基于STC89C52RC单片机的简易计算器设计《电子设计大赛》——毕业设计论文.doc
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1、 基于单片机简易计算器的设计汇总两个方案学 院 专 业 班 级 学 号 学 生 姓 名 联 系 方 式 指 导 教 师 职称 2013年 5月基于单片机的简易计算器的设计摘要近几年单片机技术的发展很快,其中,电子产品的更新速度迅猛。计算器是日常生活中比较常见的电子产品之一。如何才能使计算器技术更加的成熟,充分利用已有的硬件和软件条件,设计出更出色的计算器。本设计是以STC89C52单片机为核心的计算器模拟系统设计,输入采用4*4矩阵键盘,可以进行加、减、乘、除带符号数字运算(六位整数、两位小数),并在液晶显示屏LCD1602上静态显示操作过程及结果。本设计的操作过程是利用SCTT89C51的来
2、控制LXD1602显示器,SCT89C51有共四个端口,作为数据的输入端和输出端,其中两个端口作为输出端,两个端口作为输出端,两个特殊的端口XTAL2和XTAL1,则作为外部振荡器的输入端和输出端。四个端口的作用是:一个输入端接4*4矩阵键盘,另一个数据输入端接显示屏LCD1602的三个特殊端口,而另外两个端口作为输出端口,一个端口接显示屏LCD1602的数据端口,另一个端口作为振荡电路的输入端和输出端,连接好电路,接通电源,则可在液晶显示屏LCD1602显示加、减、乘、除的运算过程及结果,这是计算机的设计总过程。关键词:单片机;C语言;计算器Simple calculator design
3、based on single chipABSTRACTSingle-chip computer technology developing rapidly in recent years, among them,electronic product update speed is fast. The calculator is one of the electronic products are common in everyday life. How can you make the calculator technology more mature, make full use of e
4、xisting hardware and software conditions, design a better calculator.This design is based on STC89C52 single-chip microcomputer as the core of calculator simulation system design, input use 4 * 4 matrix keyboard, could add, subtract, multiply and divide signed number-crunching six (integer, two deci
5、mal places), and static on the LCD display LCD1602 display operation process and results. This design process is controlled by using SCTT89C51 LXD1602 display, SCT89C51 has a total of four ports, as the data input terminal and output terminal, two of the port as the output side, the two ports as the
6、 output side, and two special port XTAL1 and XTAL2, as external oscillator input end and output end. Four port is: a 4 * 4 matrix keyboard input, another data input termination display LCD1602 three specific ports, and the other two ports as output port, a port display LCD1602 data port, another por
7、t as oscillation circuit input end and output end, good connection electric circuit, switch on the power, can be in the LCD display LCD1602 display of add, subtract, multiply and divide operation process and result, this is the computers design process.Key words: Single chip microcomputer; The C lan
8、guage; Calculating machine基于单片机的简易计算器的设计序言随着社会的发展,科学的进步,人们的生活水平在逐步地提高,尤其是微电子技术的发展犹如雨后春笋般的变化。电子产品的更新速度快就不足惊奇了。计算器在人们的日常中是比较常见的电子产品之一,如何使计算器技术更加的成熟,充分利用已有的软件和硬件条件,设计出更出色的计算器,使其更好地为各个行业服务,成了如今电子领域重要的研究课题。现如今,人们的日常生活中已经离不开计算器了,社会的各个角落都有它的身影,比如商店、办公室、学校等,因此设计一款简单实用的计算器会有很大的实际意义。本设计旨在进一步掌握单片机理论知识,理解嵌入式单片机
9、系统的硬软件设计,加强对实际应用系统设计的能力。通过本设计的学习,使我掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法,并能综合运用本科阶段所学软、硬件知识分析实际问题,提高解决毕业设计实际问题的能力,为单片机应用和开发打下良好的基础。1对字符液晶显示模块的工作原理,如初始化、清屏、显示、调用及外特性有较清楚的认识,并会使用LCD(液晶显示模块)实现计算结果的显示;掌握液晶显示模块的驱动和编程,设计LCD和单片机的接口电路,以及利用单片机对液晶显示模块的驱动和操作;2在充分分析内部逻辑的概念,进行软件和调试,学会使用,并能够以其为平台设计出具有四则运算能力简易计算器的硬件电路和软件程序。1. 方案论
10、证1.1 芯片1.1.1 方案一本设计中的芯片采用STC89C52,配备相应的外设。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。单片机广泛应用于智能产品,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STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read
11、 Only Memory)的低电压,高性能COMOS8的微处理器。该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容;且是单片机中最典型的代表,应用于各种控制领域。1.1.2 方案优点采用芯片STC89C52,能使方案实用性和方便性更强,成本更低,STC89C52单片机作为中央处理单元进行计算器这样设计,它能够实现对六位整数、两位小数的加、减、乘、除的四则运算。1.2 输入模块1.2.1 方案一采用矩阵式键盘作为输入模块,矩阵式按键输入模块,其特点是:电路和软件稍复杂,但相比之下,当键数越多时,越节约I/O口,比较节省资源。其原理图如图1-1所示。图1-1 矩阵键盘输入1.2.2 方案的优点
12、本设计中的输入模块使用的是矩阵键盘输入。键盘输入预置用于计算,按键较多。采用矩阵式按键,可以方便地输入一个数值,使操作界面更具有更方便、简洁和人性化,且节约了宝贵的I/O口资源,故采用方案二作为系统输入模块。1.3 显示模块1.3.1 方案一采用LCD1602液晶显示,其特点是:可以调节其背光亮度,这种显示方式接口,编程虽然有些麻烦,但管理较方便,占用的I/O口资源线也不多。1.3.2 方案的应用本设计中的显示模块使用的是LCD1602液晶显示。在计算器运算中,需显示的数字、符号较多,按很据个方面的特点,而后可以发现LCD液晶显示,虽然在价格上的确是稍贵于LED数码管;但数码管在硬件设计电路中
13、,会因线太多、线路复杂而过于繁琐,则舍弃LED数码管,故选择LCD1062。2. 计算器硬件设计2.1 系统组成及硬件框图图2-1 系统组成及硬件框图2.2 元器件简介2.2.1 STC89C52特点图2-2 单片机STC89C521、 主要性能:(1) 与MCS-51单片机产品兼容;8K字节在系统可编程Flash存储(2) 1000次擦写周期;(3) 全静态操作:0Hz-33Hz;(4) 三级加密程序存储器;(5) 32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、8个中断源;(6) 全双工UART串行通信;(7) 低功耗空闲和掉电模式,掉电后中断可唤醒;(8) 双数据指针;(9) 掉电标识
14、符。2、STC89C52的功能特性概述STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。使用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和在线系统可编程Flash,使得STC89C52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。STC89C52具有以下标准功能:8K字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门口定时器,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
15、电路。另外,STC89C52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。3、STC89C52的引脚功能单片机STC89C52为40引脚芯片,见图2-3所示。图 2-3 STC89C52引脚图(1)口线:P0、P1、P2、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。
16、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。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)。在Flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。此外,P1.0和
17、P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。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(例如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在Fl
18、ash编程和校验时,P2口也接收高八位地址字节和一些控制信号。表 2-1 STC89C52的P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)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(
19、IIL)。P3口亦作为STC89C52特殊功能(第二功能)使用,如表2-1所示。在Flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。(2)其他引脚说明:看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。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DISRT0位可以使此功能无效。DISRT0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)输出脉冲用于所存地址的低八位字节。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,因此它对外输出时钟或用于定时目的。要注
20、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,只要一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外,该引脚会被拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。PSEN:程序存储允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当STC89C52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
21、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)。需注意是:如果加密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。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。图2-4 晶振外接结构引脚图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1MHz,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
22、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。(1)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,P0P3输出高电平;SP寄存器为07H;其它寄存器全部清零;不影响RAM状态,如图2-5所示。图 2-5 复位电路4、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、系统设计灵活等优点。应用领域不断扩大,除了工业控制、智能化仪表、通讯
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