基于单片机的计算器设计_计算器毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的计算器设计_计算器毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

单，功能较弱，但由于它使用方便、操作简单、价格低廉，因而广泛运用于商业交易中，也是必备的办公用品之一。 随着科学技术的不断发展及计算器应用的普及，人们发现在工业控制中，有很 多时候需要在恶劣的环境中进行各种数据的采集、运算和控制。 3 第二章 总体方案及设计 设计目的 通过本次毕业设计， 应用《单片机应用基础》《计算机应用基础》等所学相关知识及查阅资料，完成简易计算器的设计，以达到理论与实践更好的结合、 进一步综合运用所学知识设计的能力的目的。 通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于 MCS51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。 设计任务。 PROTUES 软件。 KEIL 编程，具有一定的编程能力。 设计思路 方案构思 本设计可以采用两种方案，一种是以 FPGA 为核心处理芯片，配备相应的外设；另外一种是以 AT89S52 处理器，配备相应的外设。 方案一：采用 FPGA 控制 FPGA 是一种高密度的可编程逻辑器件 ,自从 Xilinx 公司 1985 年推出第一片FPGA以来 ,FPGA的集成密度和性能提高很快 ,其集成密度最高达 500万门 /片以上 ,系统性能可达 200MHz。 由于 FPGA 器件集成度高 ,方便易用 ,开发和上市周期短 ,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用 ,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。 4 但是而基于 SRAM编程的 FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上 ,需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂 ,保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用 FPGA有点大材小用，成本太高。 方案二：采用 AT89S52 单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器 MCU（ Micro Control Unit）。 通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的 基本功能部件：中央处理器 CPU，存储器和 I/O 接口电路等。 因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中 AT89S52 以 MCS51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。 方案比较与选择 通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以 AT89S52 单片机作为中央处理单元进行计算器的设计，这样设计能够实现对六位浮点数的加减和三位浮点数 的乘除运算。 系统采用以下方案： (1)采用 AT89S52 作为主控芯片； （ 2）显示模块使用 LCD1602 液晶显示屏； （ 3）输入模块使用 4*4 矩阵键盘； （ 4） AC 清零按键使用独立按键并接入单片机外部中断引脚； （ 5）声音提示开关按键使用独立按键并接入单片机外部中断引脚； （ 6）平方和开方按键由开发板上的独立按键实现； （ 7）电源采用 LM7805 稳压电路。 系统总体模块图 图 21 总体模块图 整个系统由电源给 51 单片机和 LCD 液晶显示提供电源使其工作，当外 接按键输入有效数值和运算模式时，通过主控芯片实现整个系统的功能。 AT89S52单片机 显示模块 电源模块 输入模块 运算模块 5 第三章 系统硬件设计 主控模块设计 主要性能： (1) • 8031 CPU 与 MCS51 兼容 • 8K 字节可编程 FLASH 存储器 (寿命： 1000 写 /擦循环 ) • 全静态工作： 0Hz33MHz • 三级加密程序存储器 • 128*8 位内部 RAM • 32 条可编程 I/O 线 • 三个 16 位定时器 /计数器 • 八个中断源 • 全双工 UART 串行通道 • 低功耗的闲置和掉电模式 • 掉电后中断可唤醒 • 看门狗定时器 • 双数据指针 • 掉电标识符 • 片内振荡器和时钟电路 (2) 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 AT89S52 的功能特性描述 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编 6 程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。 此外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工 作。 掉电保护方式下， RAM 内 容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash。 同时该芯片还具有 PDIP、 TQFP和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 AT89S52 引脚功能 AT89S52 单片机为 40 引脚芯片见图 31。 图 31 AT89S52 引脚 （ 1） 口线： P0、 P P P3 共四个八位口。 P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。 对 P0 端 口写 “ 1” 时，引脚用作高阻抗输入。 7 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。 在这种模式下 ， P0 不具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写 “ 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， 和 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和定时器 /计数器 2 的触发输入（ ），具体如下表所示。 在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 引脚号第二功能 ： T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR） 时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2口输出 P2锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 8 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表 31 所示。 表 31 P3 口管脚 备选功能： 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） （ 2）其他引脚说明： RST：复位输入。 晶振工作时， RST脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。 DISRTO 默认状态下 ，复位高电平有效。 ALE/PROG—— 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE脉冲。 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH单元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE禁止位无效。 9 PSEN—— 程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN信号。 EA/VPP—— 外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH）， EA端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端， XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。 内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。 晶振的频率可以在 1MHz24MHz内选择，在本设计电路中选用了 12MHz。 电容取 20PF 左右。 机器周期＝ 12时间周期，如 12MHz 的机器周期为 1微秒。 （ 3）控制或复位引脚 RESET 此脚为高电平时（约 2个机器周期）可将单片机复位。 RST/VPD—— 当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。 复位后， P0～ P3输出高电平； SP 寄存器为 07H；其它寄存器全部清 0；不影响 RAM 状态。 如图 32 所示。 图 32 按键电平复位 10 AT89SXX 系列单片机实现了 ISP 下载功能，故而取代了 89CXX 系列的下载 方式，也是因为这样， ATMEL 公司已经停止生产 89CXX 系列的单片机，现在市面上的AT89CXX 多是停产前的库存产品。 AT89S52的编程方法 编程前，须按编程模式表设置好地址、数据及控制信号；顺序如下： ① 在地址线上加上要编程单元的地址信号。 ② 在数据线上加上要写入的数据字节。 ③ 激活相应的控制信号。 ④ 将 EA/Vpp端加上 +12V编程电压。 ⑤ 每对 Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序机密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。 每个 字节写入周期是自身定时的，大多数约为 50us。 改变编程单元的地址和写入的数据，重复① — ⑤步骤，直到全部文件编程结束。 单片机的现状及发展方向： 单片机是为了工业控制需要满足而诞生的，是自动控制系统的核心部件，因而也主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。 它具有体积小，功能多、价格低、使用方便、系统。