基于at89s52的簡易計算器設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz24MHz內選擇，在本設計電路中選用了12MHz。電容取20PF左右。機器周期＝12時間周期，如12MHz的機器周期為1微秒。⑷ 控制或復位引腳RESET 此腳為高電平時（約2個機器周期）可將單片機復位。RST/VPD——當出現兩個機器周期高電平時，單片機復位。復位后，P0～P3輸出高電平；SP寄存器為07H；其它寄存器全部清0；不影響RAM狀態。如圖34所示。 圖34 按鍵電平復位　 AT89SXX系列單片機實現了ISP下載功能，故而取代了89CXX系列的下載方式，也是因為這樣，ATMEL公司已經停止生產89CXX系列的單片機，現在市面上的AT89CXX多是停產前的庫存產品。 AT89S52的編程方法 編程前，須按編程模式表設置好地址、數據及控制信號；順序如下：⑴ 在地址線上加上要編程單元的地址信號。⑵ 在數據線上加上要寫入的數據字節。⑶ 激活相應的控制信號。⑷ 將EA/Vpp端加上+12V編程電壓。⑸ 每對Flash存儲陣列寫入一個字節或每寫入一個程序機密位，加上一個ALE/PROG編程脈沖。每個字節寫入周期是自身定時的，大多數約為50us。改變編程單元的地址和寫入的數據，重復①—⑤步驟，直到全部文件編程結束。單片機的現狀及發展方向：單片機是為了工業控制需要滿足而誕生的，是自動控制系統的核心部件，因而也主要用于工業控制、智能化儀器儀表、家用電器中。它具有體積小，功能多、價格低、使用方便、系統設計靈活等優點，應用領域不斷擴大，除了工業控制，智能化儀表，通訊，家用電器外，在智能化高檔電子玩具產品中也大量采用單片機芯片作為核心控制部件。由于單片機主要面向工業控制，工作環境比較惡劣，入高溫，強電磁干擾，甚至含有腐蝕性氣體，在太空中工作的單片機控制系統，還必須具有抗輻射能力，這決定了單片機CPU于通用微機CPU具有不同的技術特征和發展方向：(1) 可靠性高；(2) 控制功能往往很強，數值計算交叉；(3) 指令系統比通用微處理器慢的多；(4) X系列芯片取代；(5) 抗干擾性強，工作溫度范圍寬。 其它器件簡介 鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（20個以上）和專用驅動芯片的組合，當按下某個按鍵時，它能夠處理按鍵抖動、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統軟件干預。通用計算機使用的標準鍵盤就是編碼鍵盤。當系統功能比較復雜，按鍵數量很多時，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設計。但大多數智能儀器和電子產品的按鍵數目都不太多（20個以內），為了降低成本和簡化電路通常采用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤的接口電路有設計者根據需要自行決定，按鍵信息通過接口軟件來獲取。本設計用的是16個按鍵，故選擇用非編碼鍵盤。鍵盤是單片機系統中最常用的人機對話輸入設備，用戶通過鍵盤向單片機輸入數據或指令。鍵盤控制程序需完成的任務有：監測是否有鍵按下，有鍵按下時，在無硬件去抖的動電路時，應用軟件延時方法消除按鍵抖動影響；當有多個鍵同時按下時，只處理一個按鍵，不管一次按鍵持續多長時間，僅執行一次按鍵功能程序。 矩陣按鍵掃描程序是一種節省IO口的方法,按鍵數目越多節省IO口就越可觀，思路：先判斷某一列（行）是否有按鍵按下，再判斷該行（列）是那一只鍵按下。但是，在程序的寫法上，采用了最簡單的方法，使得程序效率最高。本程序中，如果檢測到某鍵按下了，就不再檢測其它的按鍵，這完全能滿足絕大多數需要，又能節省大量的CPU時間。本鍵盤掃描程序的優點在于：不用專門的按鍵延時程序，提高了CPU效率，也不用中斷來掃描鍵盤，節省了硬件資源。另外，本鍵盤掃描程序，每次掃描占用CPU時最短，不論有鍵按下或者無鍵按下都可以在很短的時間完成一次掃描。本鍵盤掃描子程序名叫key，每次要掃描時用lcall key調用即可。陣鍵盤的工作原理：由于計算器中所需要使用的按鍵數量較多，如果全部采用獨立按鍵的話，勢必會占用很多IO口，造成了不必要的資源浪費，而如果使用矩陣鍵盤就能很好的解決上述問題，本設計中用8個IO口組成了一個4*4的矩陣鍵盤。如圖35所示：圖 35 矩陣鍵盤布局圖矩陣鍵盤內部電路圖如圖36所示： 圖 36矩陣鍵盤內部電路圖 LCD顯示模塊⑴ 引腳功能說明本設計系統是采用液晶屏1602作為顯示模塊，1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表32所示。表32 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極 各個管腳接口說明如下 第一腳：VSS為電源地 第二腳：VDD接5V正電源正極第三腳：VEE為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。第四腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器，低電平0時選擇指令寄存器。第五腳：RW為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作。第六腳：E端為使能(enable)端，高電平（1）時讀取信息，負跳變時執行指令。第七到第十四腳：D0D7為8位雙向數據線其接口原理圖如下圖37所示：圖37液晶顯示接口電路（2）1602LCD的指令說明及時序 1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表33所示：表33 控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發生存貯器地址0001字符發生存貯器地址8置數據存貯器地址001顯示數據存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數器地址10寫數到CGRAM或DDRAM）10要寫的數據內容11從CGRAM或DDRAM讀數11讀出的數據內容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數據。指令11：讀數據。 讀寫操作時序如圖38和39所示：圖38 讀操作時序圖39 寫操作時序⑶ LCD的特點： ?低壓微功耗； ?平板型結構； ?被動顯示型(無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞)； ?顯示信息量大(因為像素可以做得很小)； ?易于彩色化(在色譜上可以非常準確的復現)； ?無電磁輻射(對人體安全，利于信息保密)； ?長壽命(這種器件幾乎沒有什么劣化問題，因此壽命極長，但是液晶背光壽命有限，不過背光部分可以更換)。 4 計算器系統設計 總體設計 根據功能和指標要求，本系統選用MCS51系列單片機為主控機。通過擴展必要的外圍接口電路，實現對計算器的設計。具體設計如下：⑴ 由于要設計的是簡單的計算器，可以進行四則運算，為了得到較好的顯示效果，采用LCD 顯示數據和結果。⑵ 另外鍵盤包括數字鍵（0～9）、符號鍵（+、247。）、乘方、開方、清除鍵和等號鍵，設計中采用集成的計算鍵盤。⑶ 執行過程：開機顯示零，等待鍵入數值，當鍵入數字，通過LCD顯示出來，當鍵入+、*、/運算符，計算器在內部執行數值轉換和存儲，并等待再次鍵入數值，當再鍵入數值后將顯示鍵入的數值，按等號就會在LCD上輸出運算結果。⑷ 錯誤提示：當計算器執行過程中有錯誤時，會在LCD上顯示相應的提示,如：當輸入的數值或計算得到的結果大于計算器的表示范圍時，計算器會在LCD上提示溢出；當除數為0時，計算器會在LCD上提示錯誤。 系統模塊如圖41所示。圖41 系統模塊圖 系統硬件設計本設計選用AT89S52單片機為主控單元。 顯示部分：采用LCD靜態顯示。按鍵部分：采用4*，讀取輸入的鍵值。為了更好的實現系統得功能，設計應該遵循以下原則：⑴ 優化電路采用軟件設計與硬件設計相結合的方法；盡管采用軟件來實現硬件系統的功能時，也許響應時間會比單純使用硬件時長，而且還要占用微處理器(MCU)的時間；但是，用軟件實現硬件的功能可以簡化硬件結構，提高電路的可靠性。所以，在設計本系統得時候，在滿足可靠性和實時性