【正文】 ..........30致 謝 ......................................................31附錄 ............................................32附錄 PCB 圖 ....................................34附錄 ..........................................36附錄 ..............................................37第一章 緒 論當(dāng)今社會，隨著人們物質(zhì)生活的不斷提高，電子產(chǎn)品已經(jīng)走進了家家戶戶，無論是生活或?qū)W習(xí)，還是娛樂和消遣幾乎樣樣都離不開電子產(chǎn)品，大型復(fù)雜的計算能力是人腦所不能勝任的，而且比較容易出錯。單片機已逐漸成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器，它的應(yīng)用越來越成為人們關(guān)注的焦點，51 單片機是對目前所有兼容 Intel 8031 指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。 研究單片機簡易計算器的意義單片機已逐漸成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器，它的應(yīng)用越來越成為人們關(guān)注的焦點，計算器在日常生活中是比較常見的電子產(chǎn)品之一。計算機能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、處理、存儲和輸出，但它所以 中國古老的計算器算盤它不能自動地實現(xiàn)這些操作過程，必須由人來操作完成。也可以進行一些簡單或者復(fù)雜的運算。P1 口作為顯示接口和 AT89S51 系列的 ISP，我們預(yù)留了兩排的接插件，一排用于顯示接口，使用 3 個 I/O 口（，, ），加上 VCC，GND 電源端用于驅(qū)動顯示板顯示所顯示的內(nèi)容。P2 口在設(shè)計中沒有分配應(yīng)用，但是預(yù)留接插件，以便擴展使用。主板的硬件設(shè)計。結(jié)果的顯示采用兩個四位七段數(shù)碼管來實現(xiàn)，可滿足要求，顯示驅(qū)動可使用 74LS244，MAX7219 ，單片機最小系統(tǒng)設(shè)計比較固定，不需要更改太多，同時設(shè)計的時候，可以進行一些擴展，比如加入 STCISP 功能。P3 口主要用于 STC 系列單片機的 ISP，和驅(qū)動蜂鳴器的的發(fā)聲。設(shè)計有針對于 STC51 系列單片機的程序下載模塊。A t m e l8 9 S 5 1amp。燒寫程序模塊供電系統(tǒng) ， D C 5 V復(fù)位電路模塊 ， 外部晶振圖 11 硬件分布圖 由于考慮到顯示的穩(wěn)定性,硬件資源占用等因素，顯示板采用 MAX7219 驅(qū)動兩個四位七段共陰數(shù)碼管作為顯示板。進行對比分析，最終選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。但是通過和方案四的對比，發(fā)現(xiàn)顯示依然不夠穩(wěn)定，PCB 布線跳線較多，如果開發(fā)為兩塊板，導(dǎo)線需要較多，不夠穩(wěn)定。方案四:最終確定使用顯示板使用 MAX7219 驅(qū)動兩個共陰四位七段紅色數(shù)碼管顯示數(shù)字。方案四硬件設(shè)計思路為：P1 口為顯示驅(qū)動，及 AT89S 系列單片機的 ISP 作用， P0 口接上拉電阻（ 103， 10KΩ），用于 4*4 鍵盤掃描，蜂鳴器由 P34 口驅(qū)動。同時硬件電路還設(shè)計了電源部分（主要為穩(wěn)壓，限壓，濾波，開關(guān)，與電源的接駁），集成 STC51 系列單片機的程序下載電路部分。MAX7219 顯示板，及與單片機的接口方案。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。完成仿真圖的設(shè)計。連接好后，認真檢查，最好的方法就是加載確認為正確的測試程序，測試各個模塊是否連接正確。如下圖，就是設(shè)計好的仿真圖。在 Proteus 仿真的虛擬的環(huán)境下，軟件和硬件已經(jīng)達到了設(shè)計所要求。第四章 模塊電路設(shè)計詳解 電源部分的設(shè)計 原理圖如圖 31 為電源模塊原理圖圖 31 電源模塊電路 原理說明當(dāng)打開電源開關(guān)，電源不穩(wěn)，會產(chǎn)生雜波，而單片機對于電源電壓非常敏感，從而影響單片機的正常工作。利用電容和電感的這一特性，將電容與負載 RL 并聯(lián)，或?qū)㈦姼信c負載 RL 串聯(lián)，則能去掉或衰減脈動直流電壓中的高頻交流成分，保留直流成分。電源的輸入采用 口徑的 DC 頭，可使用計算機 USB 口供電，或者使用 USB 接口輸出 5V 電壓的 MP3,MP4 或者手機的電源適配器進行供電。由 J4 串口接口連接到電腦的串口通信端口，使計算機能和單片機通信。J4 為 DB9 的九針串口接口，RS232 為 DIP16 封裝的 MAXIM 公司的 MAX232EPE 周邊電容為 50V 1Uf 的電解質(zhì)電容。功能是產(chǎn)生+12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。8 腳（R2IN）、9 腳（R2OUT）、10 腳（T2IN ）、 7 腳（T2OUT ）為第二數(shù)據(jù)通道。如圖 33 所示引腳圖。通道１吸收/發(fā)出一個 TTL 負載。通道 3 能吸收 /發(fā)出一個 TTL 負載，P3 通道的每一根線還有另一種功能：:RXD，串行輸入口。:T0，定時器/計數(shù)器 0 外部事件脈沖輸入端。ALE/PROG:引腳 30，地址鎖存有效信號，其主要作用是提供一個適當(dāng)?shù)亩〞r信號，在它的下降沿用于外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存貯器的低 8 位地址鎖存，使總線 P0輸出/ 輸入口分時用作地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線， 此信號每個機器出現(xiàn) 2 次，只是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間才不輸出 ALE。XTAL1:引腳 18，內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個輸入端，HMOS 芯片使用外部振蕩源時，此端必須接地。P0 口接上拉電阻（103，10KΩ），用于 4*4 鍵盤掃描，蜂鳴器由 P34 口驅(qū)動。 時鐘電路模塊的設(shè)計。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，時序是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。在單片機的 XTAL1 腳和 XTAL2 腳之間并接一個晶體振蕩器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。電容大小與晶振頻率和工作電壓有關(guān)。 原理圖如圖 37 為復(fù)位電路模塊的設(shè)計原理圖。復(fù)位電路有 3 種基本方式：上電復(fù)位，開關(guān)復(fù)位和看門狗復(fù)位。圖中 C7 與 R1 構(gòu)成了上電復(fù)位電路。 復(fù)位電路的作用非常重要，能否成功復(fù)位關(guān)系但單片機系統(tǒng)能否正常運行的問題。 原理圖如圖 38 為鍵盤掃描模塊設(shè)計原理圖。 4*4 鍵盤設(shè)計方案，鍵盤部分布線較為困難，在設(shè)計之初本采用 4*4 的鍵盤模組，不僅方便，布線也快，但是 4*4 鍵盤模組較難買到。7 8 9 247。具有亮度穩(wěn)定，不閃爍，可達 10MHz 的掃描頻率。同時，通過調(diào)節(jié)接在 ISET 電阻的大小來調(diào)節(jié)最大段電流，從而也可以調(diào)節(jié)數(shù)碼管的顯示亮度。MAX7219 的三線串行接口適用于所有微處理器,單一位數(shù)據(jù)可被尋址和修正,無需重寫整個顯示器。MAX7219 功能框圖如圖2 所示。數(shù)據(jù)各位記錄為 D0～D15 (如表 2 所列) , D8～D11 為移位寄存器地址, D0～D7 為數(shù)據(jù), D12～D15 是無關(guān)位。1122334455667788991 01 01 11 11 21 22 42 42 32 32 22 22 12 12 02 01 91 91 81 81 71 71 61 61 51 51 41 41 31 3M A X I MM A X 7 2 1 9M A X I MM A X 7 2 1 9D O U TD O U TS E G DS E G DS E G D PS E G D PS E G ES E G ES E G CS E G CV +V +I S E TI S E TS E G GS E G GS E G BS E G BS E G FS E G FS E G AS E G AC L KC L KD I ND I ND I G 0D I G 0D I G 4D I G 4G N DG N DD I G 6D I G 6D I G 2D I G 2D I G 3D I G 3D I G 7D I G 7G N DG N DD I G 5D I G 5D I G 1D I G 1L O A DL O A D圖 311 MAX7219 引腳圖 表 31 MAX7219 的引腳功能 引腳 名稱 功能1 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入端,時鐘上升沿時,數(shù)據(jù)存入內(nèi)部的 16 位移位寄存器 2 ,311DIG0～7 數(shù)碼管位驅(qū)動線(8 位)9 GND 地線(兩腳必須相連)12 LOAD 輸入數(shù)據(jù)裝載端。從 DIN 端輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過 16. 5 個時鐘周期后輸出到 DOUT 端 四位七段數(shù)碼管引腳圖七段四位共陰數(shù)碼管引腳如圖 312 所示。VCC 輸出。VCC 有輸出，再次按下 S2，電源關(guān)斷。 鍵盤模塊的優(yōu)化方案鍵盤部分可以使用 4*4 鍵盤模組模組可以大大的縮小設(shè)計的體積，也使設(shè)計實物更加的美觀，同時 PCB 的布線也更加的簡單。查找加載元器件，更改屬性，封裝……,如果找不到器件，需要自己畫器件。接下來更改封裝，沒封裝的自己通過實物測量，畫出封裝。同時通過設(shè)計工程的 BOM 表來購買元器件。上電后，并沒有出現(xiàn)太多曲折，實物一步成功。稍等一會，下載成功。在編寫程序的時候，先考慮硬件分布，以及要達到的設(shè)計效果，理清好思路，對每一塊程序小模塊進行規(guī)劃設(shè)計。同時應(yīng)用 Proteus 仿真環(huán)境。方便接下來的編程，便于修改程序以及更清晰地閱讀理解程序。 鍵盤掃描子程序如圖 62 是鍵盤掃描子程序的設(shè)計流程圖，簡述鍵盤掃描程序的一個工作過程。 數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 端口時序圖如圖 63 MAX7219 顯示驅(qū)動端口時序圖…………t C S St C Lt C Hf P St C Ht C Pt C C S H t C S Wt L D C XC SO R L O A DC L KD I ND O U T圖 63 驅(qū)動端口時序圖 MAX7219 寄存器MAX7219 有 14 個可尋址的控制字寄存器(如表 3) , 控制字寄存器由芯片的 88 雙端口 SRAM 識別,SRAM 直接尋址, 這樣單一的位能被更改或保留, 條件是電源電壓明顯大于 2V 。關(guān)閉模式寄存器數(shù)據(jù)的 16 進制碼為 X0 ,正常工作的 16 進制碼為 X1。當(dāng)選擇軟件譯碼方式時, 數(shù)據(jù) D7～D0 對應(yīng)的 MAX7219 碼的各段筆劃如表 5 所列。 亮度控制MAX7219 允許用一個接于電源輸入( V +) 和段電源( Iset ) 端之間外部電阻控制顯示亮度,并且利用強度寄存器,調(diào)節(jié)面板亮度。當(dāng)循環(huán)到 31/ 32 時最亮,此時內(nèi)部位消隱時間為一個周期的 1/ 32 , 消隱時間的增加則減少了工作周期。由于掃描的位數(shù)影響顯示亮度, 限掃寄存器不適用于顯示消隱部分 (如先行清零) 。 空操作寄存器空操作寄存器在 MAX7219 串接時使用,把所有芯片的 LOAD 端連在一起, 并將DOU T 連接到下一個 MAX7219 的 DIN 上。顯示測試模式時所有的 L ED 點亮 ,方法是將所有控制字寄存器(包括關(guān)閉寄存器) 置成無效。同時設(shè)置 MAX7219 的顯示的一些設(shè)置。同時計算結(jié)果溢出，驅(qū)動 口的蜂鳴器長鳴 1s,提示用戶計算結(jié)果溢出。這次課題也培養(yǎng)了我們認真思考，觀察，動手，發(fā)現(xiàn)以及遇到問題的解決能力。不但讓我增長了知識也讓我真正感受到理論與實際相結(jié)合的成果，受益匪淺。BINCLKOADP134P15AD7AD23AD456A15A89A10A12346P171AD0AD0GNDVCGNDAD1AD2AD3AD4 AD5VCAD6AD2AD7AD6VCAD013AD457BINLOADCKDOUTISEACDEFGDPDIG0I1DIG2I3DIG4I5DIG6I7BISET VCABCDEFGDP DIG0I1DIG2I3DIG4I5DIG6I7（ 1） 計 算 器 能 顯 示 8位 數(shù) 字 ， 開 機 運 行 時 ， 只 有數(shù) 碼 管 最 低 位 顯 示 為 “0”， 其 余 位 全 部 不 顯 示 ；（ 2） 具 有 44鍵 盤 ， 分 別 表 示 0～ ＋ 、 － 、 / 、 ＝ 和 清 零 鍵 CL， 輸 入 的 數(shù) 字 從 設(shè) 計 的 鍵 盤輸 入 ；（ 3） 可 對 兩 個 無 符 號 數(shù) 進 行 加 、 減 、 乘 、 除 運 算 ，并 顯 示 計 算 結(jié) 果 。 16278495JDBR INT0GV+COUSFPLZEKA./XWespakrQ圖 3 畫好的主板原理圖如圖 4 所示是畫好的顯示板原理圖。圖 7 打樣好的主板和顯示板 PCB 板如圖 8 所示為焊接制作好的實物。for(a=0。b++) for(c=0。 “ +、*、/ ” 的 key 值分別為11116//“ = ”的 key 值為 10//“on/c”的 key 值為 11void KeyScan(void){P0=0xFF。=0xF0。=0xF0。 P3_4=0。 delay10ms(30)。 P3_4=1。 case 0x70: { key=16。 } br