【正文】 1 電子設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)名稱： 基于 STC89C52RC 單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì) 姓 名： __ 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2 目錄 一、 可行性研究 ………………………………………………………… ..............… ..3 二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述 ....................................................4 、 功能介紹 .........................................................................................................4 基本功能 ....................................................4 擴(kuò)展功能 ....................................................4 、 總體設(shè)計(jì)方案 .............................................................................................................5 總體設(shè)計(jì)思路 ………………………………………………………………… ..…… 5 方案論證與比較 …………………………………………………………… .....…… 6 系統(tǒng)組成 ………………………………………………………………… ..… .........… 7 三、詳細(xì)設(shè)計(jì) ........................................................12 .................................................12 輸入模塊：鍵盤掃描 .........................................13 運(yùn)算模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制 ........................................14 顯示模塊： LCD1602顯示 ......................................15 ……………………………………………………………… ..……… ..16 硬件連接 ……………………………………………………………………… ...........16 …………………………………………………………………………… 17 STC89C52單片機(jī)組成 .........................................17 復(fù)位和復(fù)位電路 ..............................................18 LCD1602顯示器 ..............................................19 .........................................22 五、 總結(jié) ……………………………………………………………………………………… 24 附錄 主要程序代碼 …………………………………………………………………………… .........25 3 一、設(shè)可行性分析 ： 經(jīng)濟(jì)可行性 由于只是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的編程，所以在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)都不需要過(guò)多的經(jīng)費(fèi)，但是系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，硬件維護(hù)和損耗所造成的耗費(fèi)是必須的，但是數(shù)目也不會(huì)很大。所以經(jīng)過(guò)初步分析，經(jīng)濟(jì)上基本上是可行的 技術(shù)可行性 在技術(shù)方面，因?yàn)槎紝W(xué)習(xí)了 C語(yǔ)言，硬件課程設(shè)計(jì)等課程，對(duì)于開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 c語(yǔ)言也有一定的掌控能力，應(yīng)該能夠完成相應(yīng)的任務(wù)。 運(yùn)行可行性 該成果簡(jiǎn)單易操作，非常容易使用 。 法律可行性 由于我們需要完成的功能相對(duì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有太多涉及到很專業(yè)方面的內(nèi)容，更沒(méi)有計(jì)劃將系統(tǒng)利用到商業(yè)用途，所以不存在侵權(quán)或者版權(quán)糾紛方面的問(wèn)題。 結(jié)論 該系統(tǒng)的軟硬件都比較容易理解和實(shí)現(xiàn)，所以，具有實(shí)現(xiàn)一計(jì)算器的可行性。 4 二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述 功能概述 系統(tǒng)基本功能： （ 1）由于設(shè)計(jì)的計(jì)算器要進(jìn)行四則運(yùn)算，為了得到較好的顯示效果，經(jīng)綜合分析后，最后采用 LCD 顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。 （ 2）采用鍵盤輸入方式，鍵盤包括數(shù)字鍵（ 0～ 9）、符號(hào)鍵（ +、 、247。）、清除鍵 (on\c)和等號(hào)鍵（ =），故只需要 16 個(gè)按鍵即可，設(shè)計(jì)中采用集成的計(jì)算鍵盤。 （ 3）在執(zhí)行過(guò) 程中，開(kāi)機(jī)顯示零，等待鍵入數(shù)值，當(dāng)鍵入數(shù)字，通過(guò) LCD顯示出來(lái)，當(dāng)鍵入 +、 、 *、 /運(yùn)算符，計(jì)算器在內(nèi)部執(zhí)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，并等待再次鍵入數(shù)值，當(dāng)再鍵入數(shù)值后將顯示鍵入的數(shù)值，按等號(hào)就會(huì)在 LCD上輸出運(yùn)算結(jié)果。 （ 4）錯(cuò)誤提示：當(dāng)計(jì)算器執(zhí)行過(guò)程中有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)在 LCD上顯示相應(yīng)的提示 ,如：當(dāng)輸入的數(shù)值或計(jì)算得到的結(jié)果大于計(jì)算器的表示范圍時(shí)，計(jì)算器會(huì)在 LCD上提示 overflow；當(dāng)除數(shù)為 0時(shí)，計(jì)算器會(huì)在 LCD上提示 error。 擴(kuò)展功能：加上括號(hào)的混合運(yùn)算 總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)主要采用以下基本模塊來(lái)實(shí)現(xiàn) ： 控制器模塊，輸入模塊，輸出模塊和電源模塊。 通過(guò)對(duì)控制器進(jìn)行編程。使其對(duì)輸入模塊的信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算，然后通過(guò)輸出模塊反饋給使用者以計(jì)算結(jié)果。 5 方案論證與比較 控制部分的設(shè)計(jì)方案論證與選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制器主要用于紅外信號(hào)的接收和辨認(rèn)、控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作，控制顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等。對(duì)于控制器的選擇有以下三種方案。 方案一：采用計(jì)算器專用芯片實(shí)現(xiàn)。 用計(jì)算器專用芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)并編程實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)方案計(jì)算效率高、速度快、而且成本也相對(duì)較低， 是廠家做計(jì)算器的最佳方案。但是本人對(duì)計(jì)算器專用芯片掌握的不夠，還不足以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算器，所以這個(gè)方案不可去。 方案二：采用 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）作為系統(tǒng)的控制器。 FPGA將所有器件集成到一塊芯片上，體積小，節(jié)省空間，提高了穩(wěn)定性；直接面向用戶，具有極大的靈活性和通用性，使用方便，硬件測(cè)試和實(shí)現(xiàn)快捷，開(kāi)發(fā)效率高，工作可靠性好?？梢詫?shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，采用并行的輸入輸出方式，系統(tǒng)處理速度高，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由 FPGA 內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能，本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的 要求不是很高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分的體現(xiàn)，由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。并且 FPGA的價(jià)格相對(duì)較高，性價(jià)比太低。 方案三、用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 由于單片機(jī)集成了運(yùn)算器電路、控制電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出口電路等，所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制電路省去了很多分立元器件。由于單片機(jī)是可編程芯片，并且它可以運(yùn)用 C語(yǔ)言 STC89C52單片機(jī) 4*4 鍵盤 LCD 顯示 晶振電路 復(fù)位電路 線路原理框圖 6 編寫，對(duì)于一些復(fù)雜的計(jì)算功能，可以調(diào)用 C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)。使編寫程序變得非常簡(jiǎn)單。所以該課題用單片 機(jī)實(shí)現(xiàn)，不僅功能易于實(shí)現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。并且由于其成本低、體積小、技術(shù)成熟和功耗小等優(yōu)點(diǎn)，且技術(shù)比較成熟。性價(jià)比也相當(dāng)高。更重要的是本人經(jīng)過(guò)幾年的學(xué)習(xí)，對(duì)單片機(jī)已有深刻的理解，并且可以靈活運(yùn)用。 綜上所述，并 通過(guò)各個(gè)方面綜合比較為達(dá)到最佳效果 。我們采用方案三利用單片機(jī)控制器。 顯示電路的設(shè)計(jì)方案論證與選擇 方案一：數(shù)碼管顯示方案。 數(shù)碼管顯示 使用兩個(gè)四位一體動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示方案，此設(shè)計(jì)電路如圖所示。 采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示，具有程序簡(jiǎn)單， 對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度比較高，精確可靠 ，操作簡(jiǎn)單。顯示直觀的特點(diǎn)。但只能顯示數(shù)字和一些代碼，不能顯示漢字及一些常用的符號(hào)，且硬件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜 。 A11B7C4D2E1F10G5H3112283946JP2Q129012Q179012Q189012Q199012VCC VCC VCC VCCR49 10KR50 10KR51 10KR53 10KQ59012Q69012VCC VCC VCC VCCR42 10KR46 10KR47 10KR48 10KKBIT1KBIT2KBIT3KBIT4KBIT5KBIT6KBIT7KBIT8A11B7C4D2E1F10G5H3112293846R57Component_1Q39012Q49012D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 方案二 。 LCD1602顯示器 所謂 1602是指顯示的內(nèi)容為 16*2,即可以顯示兩行，每行 16個(gè)字符。目前字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于大部分的字符型液晶。 字符型 LCD1602通常有 14條引腳線或 16條引腳線的 LCD，多出來(lái)的 2條線是背光電源線 VCC(15腳 )和地線 GND(16腳 )，其控制原理與 14腳的 LCD完全一樣，引腳定義如下表所示： 7 HD44780 內(nèi)置了 DDRAM、 CGROM 和 CGRAM。 DDRAM 就是顯示數(shù)據(jù) RAM，用來(lái)寄存待顯示的字符代碼。 共 80 個(gè)字節(jié)，其地址和屏幕的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表： HD44780 的指令集 功能： 1 清除液晶顯示器，即將 DDRAM 的內(nèi)容全部填入 空白 的 ASCII 碼20H。 2 光標(biāo)歸位，即將光標(biāo)撤回液晶顯示屏的左上方 。 3 將地址計(jì)數(shù)器 (AC)的值設(shè)為 0。 令 功能： 1 把光標(biāo)撤回到顯示器的左上方 。 2 把地址計(jì)數(shù)器 (AC)的值設(shè)置為 0。 8 3 保持 DDRAM 的內(nèi)容不變 功能：設(shè)定每次定入 1 位數(shù)據(jù)后光標(biāo)的移位方向，并且設(shè)定每次寫入的一個(gè)字符是否移動(dòng)。參數(shù)設(shè)定的情況如下所示： 位名 設(shè)置 I/D 0=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)左移 1=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移 S 0=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏不移動(dòng) 1=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏整體右移 1 個(gè)字 功能：控制顯示器開(kāi) /關(guān)、光標(biāo)顯示 /關(guān)閉以及光標(biāo)是否閃爍。參數(shù)設(shè)定的情況如下： 位名 設(shè)置 D 0=顯示功能關(guān) 1=顯示功能開(kāi) C 0=無(wú)光標(biāo) 1=有光標(biāo) B 0=光標(biāo)閃爍 1=光標(biāo)不閃爍 功能：使光標(biāo)移位或使整個(gè)顯示屏幕移位。參數(shù)設(shè)定的情況如下： S/C R/L 設(shè)定情況 0 0 光標(biāo)左移 1 格，且 AC 值減 1 0 1 光標(biāo)右移 1 格，且 AC 值加 1 1 0 顯示器上字符全部左移一格，但光標(biāo)不動(dòng) 9 1 1 顯示器上字符全部右移一格，但光標(biāo)不動(dòng) 功能：設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。參數(shù)設(shè)定的情況如下： 位名 設(shè)置 DL 0=數(shù)據(jù)總線為 4 位 1=數(shù)據(jù)總線為 8 位 N