【正文】 部件，并具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)。 由于單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用面寬以及有其本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。 單片機(jī)的發(fā)展大致可歸納為四個(gè)階段。 第一階段（ 1976— 1980）：低性能單片機(jī)探索階段。該階段是以較簡(jiǎn)單的 8 位低檔單片機(jī)為主，將原有的單板機(jī)功能集成在一塊芯片上，該芯片具有原來單板機(jī)的功能。其主要代表芯片為 Intel 公司的 MCS48 系列，該系列芯片內(nèi)集成了 8 位 CPU、并行口 I/O 接口、 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，尋址范圍為 4KB，沒有串行通信接口。 第二階段（ 1980— 1983）：高性能單片機(jī)發(fā)展階段。這一階段仍以 8位機(jī)為主，主要增加了串行口、多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，除片內(nèi) RAM、 ROM 容量加大外，片外尋址范圍達(dá) 64KB。這一階段的單片機(jī)以 Intel 公司的 MCS51 系列、 Motorla 公司的 6801 系列和 Zilong 公司的Z8 系列為代表。 第三階段（ 1983— 1990）：高性能的 16 位單片機(jī)發(fā)展階段。這一階段的單片機(jī)性能更加完善，主頻速率提高，運(yùn)算速度加快，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，更加適用于速度快、精度高、響應(yīng)及時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)合。其主要代表 4 為 Intel 公司的 MCS96 系列。 第四階段（ 1990 至今）：微控制器的全面發(fā)展階段。各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，出現(xiàn)了高速、強(qiáng)運(yùn)算能力，尋址范圍更大的 8 位、 16 位、32 位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型 單片機(jī)。 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)正朝著高集成度、低能耗、低電壓、多功能的方向發(fā)展。 [1] STC89 系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介 MCS51 單片機(jī)是由美國(guó)的 Intel 公司開發(fā)研制的。該系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性價(jià)比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。正因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能和完善的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致后來許多單片機(jī)生產(chǎn)商多沿用或參考了其體系結(jié)構(gòu)。像 Atmel、 Philips、 Dallas 等著名的半導(dǎo)體公司都推出了兼容 MCS51的單片機(jī)產(chǎn)品。這些 著名廠商的加盟使 51 系列單片機(jī)獲得了飛速發(fā)展，進(jìn)一步豐富和發(fā)展了 51 系列單片機(jī)，產(chǎn)品性能得到了很大提升。 [2] 在這里我們要介紹的是由美國(guó)研發(fā)，臺(tái)灣公司生產(chǎn)的 STC89 系列單片機(jī)。 STC89 系列單片機(jī)是 MCS51 系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品，它們?cè)谥噶钕到y(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn) 8051 單片機(jī)完全兼容。 其 主要特性 有： 80C51 核心處理單元。 64/32/16/8Ｋ B 片內(nèi) Flash ROM，具有在應(yīng)用可編程（ IAP）、在系統(tǒng)可編程（ ISP）的功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程軟件升級(jí)，無需編程器。 1K 字節(jié) RAM； 5 雙 DPTR 數(shù)據(jù)指針； 支持 12 時(shí)鐘或 6 時(shí)鐘模式； 4 個(gè) 8 位 I/O 口， P1 口、 P2 口、 P3 口可直接驅(qū)動(dòng) LED； SPI(串行外圍接口 )和增強(qiáng)型 UAPT； 有 PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），具有 PWM 的捕獲 /比較功能； 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 可編程看門狗定時(shí)器； 1低 EMI 方式（ ALE 禁止）； 1兼容 TTL 和 COMS 邏輯電平； 1掉電模式和低功耗模式等； 1全靜態(tài)操作 0Hz～ 24Hz； 圖 為 STC 系列單片機(jī)的引腳排列圖： 圖 STC 系列單片 機(jī)引腳排列圖 其引腳功能如下： 主電源引腳 Vcc 和 Vss 6 Vcc (40 腳 )：接 +5V 電源正端； Vss (20 腳 )：接電源地。 外接時(shí)鐘引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 (19 腳 )：外接石英晶體振蕩器的一端。 XTAL2 (18 腳 )：外接石英晶體振蕩器的另一端。 控制信號(hào)或與其他電源復(fù)用引腳 （ 1） RST (9 腳 )： RST 即 RESET，當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。 （ 2） ALE/PORG (30 腳 )：地址鎖存允許信號(hào)， 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí) ，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi) ALE 信號(hào)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)正脈沖，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低8 位地址信息。在不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端仍以上述頻率（振蕩器頻率的 1/6）周期性地輸出正脈沖信號(hào)，此信號(hào)可作為外部其他部件的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。 （ 3） PSEN (29 腳 )：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。當(dāng)從 外部程序存儲(chǔ)器 讀取指令或讀取常數(shù) 期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 期間， PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 （ 4） EA (31 腳 )： EA 為訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng) EA 端為高電平時(shí)， 單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4KB（ 52 系列為 8KB），若超出此范圍，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。 當(dāng) EA 端為低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。 輸入 /輸出 (I/O)引腳 P0 口、 P1 口、 P2 口及 P3 口 （ 1） P0 口 (39 腳～ 32 腳 )： ～ 。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器，也不擴(kuò)展 7 I/O 接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向 8 位輸入 /輸出接口。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O 接口時(shí)， P0 口為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用端口。它分時(shí)提供低 8 位地址信息和8 位雙向數(shù)據(jù)信息。 （ 2） P1 口 (1 腳～ 8 腳 )： ～ ， P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 （ 3） P2 口 (21 腳～ 28 腳 )： ～ .，可作為普通準(zhǔn)雙向 I/O 接口。當(dāng)構(gòu)成系統(tǒng)總線時(shí)， P2 口作為高 8 位地址總線，傳送高 8 位地址信息。 （ 4） P3 口 (10 腳～ 17 腳 )： ～ ，為雙功能端口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用，而每一位都具有第 2 功能（見表 ），并且 P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義第 1 功能的輸入 /輸出或第 2 功能。 表 P3 口第 2 功能 引腳 符號(hào) 第 2 功能 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 0INT 外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端，低電平有效 1INT 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入，低電平有效 T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)器脈沖輸入端 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)器脈沖輸入端 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效 8 計(jì)算器的總體功能描述 計(jì)算器需要實(shí)現(xiàn)的功能如下： 本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)，所以最基本的功能是可以進(jìn)行整數(shù)的“加”、“減”、“乘”、“除”四則運(yùn)算； 既然只需要進(jìn)行基本的四則運(yùn)算，那么鍵盤只需 16 個(gè)鍵即可，包括數(shù)字鍵 0～ 9，符號(hào)鍵“ +”、“ ”、“ *”、“ /”、“ =”和一個(gè)清零鍵； 運(yùn)算時(shí)所鍵入的數(shù)字，符號(hào)（ +、 、 *、 /）均需要在顯示器上顯示，當(dāng)鍵下“ =”號(hào)鍵時(shí)，顯示計(jì)算所得的結(jié)果； 可以進(jìn)行多次連續(xù)運(yùn)算，即上次計(jì)算所得的結(jié)果可以作為下次運(yùn)算的第一個(gè)值； 可以進(jìn)行錯(cuò)誤提示，如當(dāng)除數(shù)為零，或者結(jié)算結(jié)果大于計(jì)算器所能運(yùn)算的范圍時(shí) (溢出 )，在顯示器上提示錯(cuò)誤并內(nèi)部歸零； 附加功能：在計(jì)算器順利完成的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，如加時(shí)鐘芯 片，讓系統(tǒng)既可以作為計(jì)算器，同時(shí)也可作為電子表，電子表應(yīng)具備調(diào)時(shí)功能。 9 3. 計(jì)算器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體和裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM、 RAM、 I/O、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路；二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯 示器、打印機(jī)、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器等，并為這些外圍設(shè)備設(shè)計(jì)合適的接口電路。 計(jì)算器的硬件系統(tǒng)框架 計(jì)算器的硬件系統(tǒng)框架如圖 所示： 圖 計(jì)算器的硬件系統(tǒng)框架圖 按鍵及鍵掃電路 單片機(jī) 復(fù) 位、晶振電路 顯示電路 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 電源系統(tǒng) 10 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì) 51系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。 單片機(jī)的選擇 在第 2 部分中我們已經(jīng)介紹了 STC89 系列的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)中我們采用 STC89C52RC 單片機(jī)，其性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜。它相對(duì)于另 一種比較常用的 AT89 系列的單片機(jī)來說，在功能上、引腳排列上并沒有較大的差異，我會(huì)選擇 STC 系列的單片機(jī)，主要是覺得其程序?qū)懭霑r(shí)可以通過串口采用STCISP 軟件在線下載，比 AT 系列大多采用編程器下載更方便。 STC89C52RC 主要性能有： （ 1） 8K Byte 程序存儲(chǔ)器； （ 2） 工作頻率從靜態(tài)到 33MHz，更加靈活； （ 3） 32 根 IO 端口； （ 4） 內(nèi)置兩個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，利用單片機(jī)周期工作，方便控制且可靠性高； （ 5） 包含了全雙工串行接口，方便與電腦或其它終端通信； （ 6） 內(nèi)置看門狗，防止程序跑丟，在 外界環(huán)境突變時(shí)可自行復(fù)位繼續(xù)工作； （ 7） 編程簡(jiǎn)單，可以在線下載，很方便。 其引腳如圖 所示，引腳功能我們?cè)? STC89 系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介中已詳細(xì)介紹過，在此就不多做介紹了。 11 圖 STC89C52RC 引腳圖 晶振電路的設(shè)計(jì) 晶振電路的設(shè)計(jì)如圖 所示。對(duì)于時(shí)間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進(jìn)行設(shè)計(jì)就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn)行。但由于圖中的電容 C C2 有對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率有微調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此，在本計(jì)算器系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中要注意正確選擇參數(shù)（本設(shè)計(jì)采用 30pF），振蕩頻率范圍是 ～ 12MHz，這里采用 是因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到 9600 波特率和 19200 波特率，便于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通訊。 [3] 圖 晶振電路 12 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器 PC 值初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式，其中，按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式兩種。在本設(shè) 計(jì)中，按鍵手動(dòng)復(fù)位明顯比上電復(fù)位更人性化、更方便，所以這里采用按鍵手動(dòng)復(fù)位中的按鍵電平復(fù)位，電路設(shè)計(jì)如圖 所示。 [4] 圖 按鍵電平復(fù)位電路 鍵盤接口電路的設(shè)計(jì) 鍵盤是一種按鍵的集合，它是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的人機(jī)對(duì)話輸入設(shè)備，用戶通過鍵盤向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)或指令。鍵盤中每個(gè)按鍵都是一個(gè)常開開關(guān)電路。 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)，不需要進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，因此，采用 4 4 矩陣式鍵盤 16 個(gè)鍵來實(shí)現(xiàn)基本的 “ 加 ” 、 “ 減 ” 、 “ 乘 ” 、“ 除 ” 運(yùn)算即可。 13 矩陣式鍵盤的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，有 行輸出口和列輸出口構(gòu)成行列式鍵盤，按鍵設(shè)置在行、列的交點(diǎn)上。 [5] 4 4 矩陣式鍵盤具體按鍵安排如下： 第 0 列 第 1 列 第 2 列 第 3 列 第 0 行： 0 1 2 3 第 1 行： 4 5 6 7 第 2 行： 8 9 + 第 3 行： * / ＝ 復(fù) 位 電路設(shè)計(jì)如圖 所示，圖中 1.、 4 分別接單片機(jī)的 ～ 口， 8 分別接 ～ 口。 圖 鍵盤接口電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器件有 LED 數(shù)碼管顯示器、 LED 陣列顯示器和液晶顯示器等。液晶顯示器較之 LED 數(shù)碼管顯示器來說雖價(jià)格較貴，但其顯示功能較強(qiáng)大，體積小、功耗低、界面美觀大方。 本設(shè)計(jì)進(jìn)行的是計(jì)算器設(shè)計(jì)，如果用液晶作為顯示器，兩行就足夠了， 14