【正文】 1 電子設計 實驗名稱： 基于 STC89C52RC 單片機的簡易計算器設計 姓 名： __ 學 號： 指導老師： 2 目錄 一、 可行性研究 ………………………………………………………… ..............… ..3 二、設計方案簡述 ....................................................4 、 功能介紹 .........................................................................................................4 基本功能 ....................................................4 擴展功能 ....................................................4 、 總體設計方案 .............................................................................................................5 總體設計思路 ………………………………………………………………… ..…… 5 方案論證與比較 …………………………………………………………… .....…… 6 系統(tǒng)組成 ………………………………………………………………… ..… .........… 7 三、詳細設計 ........................................................12 .................................................12 輸入模塊：鍵盤掃描 .........................................13 運算模塊：單片機控制 ........................................14 顯示模塊： LCD1602顯示 ......................................15 ……………………………………………………………… ..……… ..16 硬件連接 ……………………………………………………………………… ...........16 …………………………………………………………………………… 17 STC89C52單片機組成 .........................................17 復位和復位電路 ..............................................18 LCD1602顯示器 ..............................................19 .........................................22 五、 總結(jié) ……………………………………………………………………………………… 24 附錄 主要程序代碼 …………………………………………………………………………… .........25 3 一、設可行性分析 ： 經(jīng)濟可行性 由于只是實驗性質(zhì)的編程，所以在設計和開發(fā)都不需要過多的經(jīng)費，但是系統(tǒng)投入運行以后，硬件維護和損耗所造成的耗費是必須的，但是數(shù)目也不會很大。所以經(jīng)過初步分析，經(jīng)濟上基本上是可行的 技術(shù)可行性 在技術(shù)方面，因為都學習了 C語言，硬件課程設計等課程，對于開發(fā)語言 c語言也有一定的掌控能力，應該能夠完成相應的任務。 運行可行性 該成果簡單易操作，非常容易使用 。 法律可行性 由于我們需要完成的功能相對簡單，沒有太多涉及到很專業(yè)方面的內(nèi)容，更沒有計劃將系統(tǒng)利用到商業(yè)用途，所以不存在侵權(quán)或者版權(quán)糾紛方面的問題。 結(jié)論 該系統(tǒng)的軟硬件都比較容易理解和實現(xiàn)，所以，具有實現(xiàn)一計算器的可行性。 4 二、設計方案簡述 功能概述 系統(tǒng)基本功能： （ 1）由于設計的計算器要進行四則運算，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）、符號鍵（ +、 、247。）、清除鍵 (on\c)和等號鍵（ =），故只需要 16 個按鍵即可，設計中采用集成的計算鍵盤。 （ 3）在執(zhí)行過 程中，開機顯示零，等待鍵入數(shù)值，當鍵入數(shù)字，通過 LCD顯示出來，當鍵入 +、 、 *、 /運算符，計算器在內(nèi)部執(zhí)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和存儲，并等待再次鍵入數(shù)值，當再鍵入數(shù)值后將顯示鍵入的數(shù)值，按等號就會在 LCD上輸出運算結(jié)果。 （ 4）錯誤提示：當計算器執(zhí)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(shù)值或計算得到的結(jié)果大于計算器的表示范圍時，計算器會在 LCD上提示 overflow；當除數(shù)為 0時，計算器會在 LCD上提示 error。 擴展功能：加上括號的混合運算 總體設計思路 本設計主要采用以下基本模塊來實現(xiàn) ： 控制器模塊，輸入模塊，輸出模塊和電源模塊。 通過對控制器進行編程。使其對輸入模塊的信號進行處理計算，然后通過輸出模塊反饋給使用者以計算結(jié)果。 5 方案論證與比較 控制部分的設計方案論證與選擇 根據(jù)設計要求，控制器主要用于紅外信號的接收和辨認、控制步進電機的動作，控制顯示步進電機的轉(zhuǎn)速等。對于控制器的選擇有以下三種方案。 方案一：采用計算器專用芯片實現(xiàn)。 用計算器專用芯片進行設計并編程實現(xiàn)。這種設計方案計算效率高、速度快、而且成本也相對較低， 是廠家做計算器的最佳方案。但是本人對計算器專用芯片掌握的不夠，還不足以實現(xiàn)設計計算器，所以這個方案不可去。 方案二：采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）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，硬件測試和實現(xiàn)快捷，開發(fā)效率高，工作可靠性好?？梢詫崿F(xiàn)各種復雜的邏輯功能，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)模實時系統(tǒng)的控制核心。由 FPGA 內(nèi)部編程實現(xiàn)計算器功能，本設計對數(shù)據(jù)處理速度的 要求不是很高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢得不到充分的體現(xiàn)，由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物電路板布線復雜，加重了電路設計和實際焊接的工作。并且 FPGA的價格相對較高，性價比太低。 方案三、用單片機實現(xiàn)。 由于單片機集成了運算器電路、控制電路、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器 /計數(shù)器以及輸入 /輸出口電路等，所以用單片機設計控制電路省去了很多分立元器件。由于單片機是可編程芯片，并且它可以運用 C語言 STC89C52單片機 4*4 鍵盤 LCD 顯示 晶振電路 復位電路 線路原理框圖 6 編寫，對于一些復雜的計算功能，可以調(diào)用 C語言庫函數(shù)。使編寫程序變得非常簡單。所以該課題用單片 機實現(xiàn)，不僅功能易于實現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。并且由于其成本低、體積小、技術(shù)成熟和功耗小等優(yōu)點，且技術(shù)比較成熟。性價比也相當高。更重要的是本人經(jīng)過幾年的學習，對單片機已有深刻的理解，并且可以靈活運用。 綜上所述，并 通過各個方面綜合比較為達到最佳效果 。我們采用方案三利用單片機控制器。 顯示電路的設計方案論證與選擇 方案一：數(shù)碼管顯示方案。 數(shù)碼管顯示 使用兩個四位一體動態(tài)數(shù)碼管顯示方案，此設計電路如圖所示。 采用動態(tài)數(shù)碼管顯示，具有程序簡單， 對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度比較高，精確可靠 ，操作簡單。顯示直觀的特點。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，且硬件設計比較復雜 。 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，用來寄存待顯示的字符代碼。 共 80 個字節(jié)，其地址和屏幕的對應關(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 光標歸位，即將光標撤回液晶顯示屏的左上方 。 3 將地址計數(shù)器 (AC)的值設為 0。 令 功能： 1 把光標撤回到顯示器的左上方 。 2 把地址計數(shù)器 (AC)的值設置為 0。 8 3 保持 DDRAM 的內(nèi)容不變 功能：設定每次定入 1 位數(shù)據(jù)后光標的移位方向，并且設定每次寫入的一個字符是否移動。參數(shù)設定的情況如下所示： 位名 設置 I/D 0=寫入新數(shù)據(jù)后光標左移 1=寫入新數(shù)據(jù)后光標右移 S 0=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏不移動 1=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏整體右移 1 個字 功能：控制顯示器開 /關(guān)、光標顯示 /關(guān)閉以及光標是否閃爍。參數(shù)設定的情況如下： 位名 設置 D 0=顯示功能關(guān) 1=顯示功能開 C 0=無光標 1=有光標 B 0=光標閃爍 1=光標不閃爍 功能：使光標移位或使整個顯示屏幕移位。參數(shù)設定的情況如下： S/C R/L 設定情況 0 0 光標左移 1 格，且 AC 值減 1 0 1 光標右移 1 格，且 AC 值加 1 1 0 顯示器上字符全部左移一格，但光標不動 9 1 1 顯示器上字符全部右移一格，但光標不動 功能：設定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。參數(shù)設定的情況如下： 位名 設置 DL 0=數(shù)據(jù)總線為 4 位 1=數(shù)據(jù)總線為 8 位 N