【文章內容簡介】 單，功能較弱，但由于它使用方便、操作簡單、價格低廉，因而廣泛運用于商業(yè)交易中，也是必備的辦公用品之一。隨著科學技術的不斷發(fā)展及計算器應用的普及，人們發(fā)現(xiàn)在工業(yè)控制中，有很 多時候需要在惡劣的環(huán)境中進行各種數據的采集、運算和控制。 3 第二章 總體方案及設計 設計目的 通過本次畢業(yè)設計， 應用《單片機應用基礎》《計算機應用基礎》等所學相關知識及查閱資料，完成簡易計算器的設計，以達到理論與實踐更好的結合、 進一步綜合運用所學知識設計的能力的目的。 通過本次設計的訓練，可以使我在基本思路和基本方法上對基于 MCS51單片機的嵌入式系統(tǒng)設計有一個比較感性的認識，并具備一定程度的設計能力。 設計任務 。 。 PROTUES 軟件。 KEIL 編程，具有一定的編程能力。 。 。 設計思路 方案構思 本設計可以采用兩種方案，一種是以 FPGA 為核心處理芯片，配備相應的外設；另外一種是以 AT89S52 處理器，配備相應的外設。 方案一：采用 FPGA 控制 FPGA 是一種高密度的可編程邏輯器件 ,自從 Xilinx 公司 1985 年推出第一片F(xiàn)PGA以來 ,FPGA的集成密度和性能提高很快 ,其集成密度最高達 500萬門 /片以上 ,系統(tǒng)性能可達 200MHz。由于 FPGA 器件集成度高 ,方便易用 ,開發(fā)和上市周期短 ,在數字設計和電子生產中得到迅速普及和應用 ,并一度在高密度的可編程邏輯器件領域中獨占鰲頭。 4 但是而基于 SRAM編程的 FPGA,其編程信息需存放在外部存儲器上 ,需外部存儲器芯片 ,且使用方法復雜 ,保密性差，而其對于一個簡單的計算器而言，實用 FPGA有點大材小用，成本太高。 方案二：采用 AT89S52 單片機是單片微型機的簡稱，故又稱為微控制器 MCU（ Micro Control Unit）。通常由單塊集成電路芯片組成，內部包含有計算機的 基本功能部件：中央處理器 CPU，存儲器和 I/O 接口電路等。因此，單片機只要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機廣泛用于智能產品，智能儀表，測控技術，智能接口等，具有操作簡單，實用方便，價格便宜等優(yōu)點，而其中 AT89S52 以 MCS51為內核，是單片機中最典型的代表，應用于各種控制領域。 方案比較與選擇 通過以上兩種方案論證和比較，從設計的實用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以 AT89S52 單片機作為中央處理單元進行計算器的設計，這樣設計能夠實現(xiàn)對六位浮點數的加減和三位浮點數 的乘除運算。 系統(tǒng)采用以下方案： (1)采用 AT89S52 作為主控芯片； （ 2）顯示模塊使用 LCD1602 液晶顯示屏； （ 3）輸入模塊使用 4*4 矩陣鍵盤； （ 4） AC 清零按鍵使用獨立按鍵并接入單片機外部中斷引腳； （ 5）聲音提示開關按鍵使用獨立按鍵并接入單片機外部中斷引腳； （ 6）平方和開方按鍵由開發(fā)板上的獨立按鍵實現(xiàn)； （ 7）電源采用 LM7805 穩(wěn)壓電路。 系統(tǒng)總體模塊圖 圖 21 總體模塊圖 整個系統(tǒng)由電源給 51 單片機和 LCD 液晶顯示提供電源使其工作，當外 接按鍵輸入有效數值和運算模式時，通過主控芯片實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。 AT89S52單片機 顯示模塊 電源模塊 輸入模塊 運算模塊 5 第三章 系統(tǒng)硬件設計 主控模塊設計 主要性能： (1) ? 8031 CPU 與 MCS51 兼容 ? 8K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) ? 全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz ? 三級加密程序存儲器 ? 128*8 位內部 RAM ? 32 條可編程 I/O 線 ? 三個 16 位定時器 /計數器 ? 八個中斷源 ? 全雙工 UART 串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 ? 掉電后中斷可喚醒 ? 看門狗定時器 ? 雙數據指針 ? 掉電標識符 ? 片內振蕩器和時鐘電路 (2) 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 AT89S52 的功能特性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編 6 程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16 位 定時器 /計數器，一個 6 向量2 級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。 此外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下， RAM 內 容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。 AT89S52 引腳功能 AT89S52 單片機為 40 引腳芯片見圖 31。 圖 31 AT89S52 引腳 （ 1） 口線： P0、 P P P3 共四個八位口。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯電平。 對 P0 端 口寫 “ 1” 時，引腳用作高阻抗輸入。 7 當訪問外部程序和數據存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數據復用。在這種模式下 ， P0 不具有內部上拉電阻。 在 flash 編程時， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫 “ 1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL） 。 此外， 和 分別作定時器 /計數器 2 的外部計數輸入（ ）和定時器 /計數器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號第二功能 ： T2（定時器 /計數器 T2 的外部計數輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫 “1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。 在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數據存儲器時， P2口輸出 P2鎖存器的內容。 在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 8 P3 口： P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫 “1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表 31 所示。 表 31 P3 口管腳 備選功能： 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通） （ 2）其他引腳說明： RST：復位輸入。 晶振工作時， RST腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認狀態(tài)下 ，復位高電平有效。 ALE/PROG—— 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE禁止位無效。 9 PSEN—— 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次 PSEN信號。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復位時內部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 XTAL1 是片內振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(fā)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。 （ 3）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(xiàn)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(tài)。如圖 32 所示。 圖 32 按鍵電平復位 10 AT89SXX 系列單片機實現(xiàn)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(xiàn)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： ① 在地址線上加上要編程單元的地址信號。 ② 在數據線上加上要寫入的數據字節(jié)。 ③ 激活相應的控制信號。 ④ 將 EA/Vpp端加上 +12V編程電壓。 ⑤ 每對 Flash存儲陣列寫入一個字節(jié)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(jié)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(xiàn)狀及發(fā)展方向： 單片機是為了工業(yè)控制需要滿足而誕生的，是自動控制系統(tǒng)的核心部件，因而也主要用于工業(yè)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(tǒng)