【文章內(nèi)容簡介】 器 、 電 源 和 一 些 可 選 外 圍 設(shè) 備及 電 子 配 件 通 過 人 工 或 機(jī) 器 設(shè) 備 組 成 。 低 檔 計(jì) 算 器 的 運(yùn) 算 器 、 控 制 器 由 數(shù) 字 邏 輯 電 路 實(shí)現(xiàn) 簡 單 的 串 行 運(yùn) 算 ， 其 隨 機(jī) 存 儲(chǔ) 器 只 有 一 、 二 個(gè) 單 元 ， 供 累 加 存 儲(chǔ) 用 。 高 檔 計(jì) 算 器 由 微處 理 器 和 只 讀 存 儲(chǔ) 器 實(shí) 現(xiàn) 各 種 復(fù) 雜 的 運(yùn) 算 程 序 ， 有 較 多 的 隨 機(jī) 存 儲(chǔ) 單 元 以 存 放 輸 入 程 序和 數(shù) 據(jù) 。 鍵 盤 是 計(jì) 算 器 的 輸 入 部 件 ， 一 般 采 用 接 觸 式 或 傳 感 式 。 為 減 小 計(jì) 算 器 的 尺 寸 ，一 鍵 常 常 有 多 種 功 能 。 顯 示 器 是 計(jì) 算 器 的 輸 出 部 件 ， 有 發(fā) 光 二 極 管 顯 示 器 和 液 晶 顯 示 器等 。 除 顯 示 計(jì) 算 結(jié) 果 外 ， 還 常 有 溢 出 指 示 、 錯(cuò) 誤 指 示 等 。 計(jì) 算 器 電 源 采 用 交 流 轉(zhuǎn) 換 器 或電 池 ， 電 池 可 用 交 流 轉(zhuǎn) 換 器 或 太 陽 能 轉(zhuǎn) 換 器 再 充 電 。 為 節(jié) 省 電 能 ， 計(jì) 算 器 都 采 用CMOS 工 藝 制 作 的 大 規(guī) 模 集 成 電 路 （ 見 互 補(bǔ) 金 屬 氧 化 物 半 導(dǎo) 體 集 成 電 路 ） ， 并 在 內(nèi) 部裝 有 定 時(shí) 不 操 作 自 動(dòng) 斷 電 電 路 。 計(jì) 算 器 可 選 用 的 外 圍 設(shè) 備 有 微 型 打 印 機(jī) 、 盒 式 磁 帶 機(jī) 和磁 卡 機(jī) 等 。 單片機(jī)簡介8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，現(xiàn)在分別加以說明：6 圖 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷，用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051 共有 4 組 8 位 I/O 口(P0、 PP2 和 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路：78051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 矩陣鍵盤鍵盤是單片機(jī)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。鍵盤控制程序需完成的任務(wù)有：監(jiān)測是否有鍵按下，有鍵按下時(shí)，若無硬件去抖動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)用軟件延時(shí)方法消除按鍵抖動(dòng)影響；當(dāng)有多個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，只處理一個(gè)按鍵，不管一次按鍵持續(xù)多長時(shí)間，僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。矩陣按鍵掃描程序是一種節(jié)省 I/O 口的方法,按鍵數(shù)目越多節(jié)省 I/O 口就越可觀，思路：先判斷某一列（行）是否有按鍵按下，再判斷該行（列）是哪一只鍵按下。但是，在程序的寫法上，采用了最簡單的方法，使得程序效率最高。本程序中，如果檢測到某鍵按下了，就不再檢測其它的按鍵，這完全能滿足絕大多數(shù)需要，又能節(jié)省大量的 CPU 時(shí)間。 計(jì)算器設(shè)計(jì)思路根據(jù)功能和指示要求，本系統(tǒng)選用以 MCS51 單片機(jī)為主控機(jī)。通過擴(kuò)展必要的外圍接口電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算器的設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)如下：（1）由于要設(shè)計(jì)的是簡單的計(jì)算器，可以進(jìn)行四則運(yùn)算，為了得到教好的顯示效果，采用 LCD 顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。(2) 另外鍵盤包括數(shù)字鍵（09）、符號(hào)鍵（+、*、/）、清除鍵和等號(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)算機(jī)鍵盤。(3) LED 開始顯示零，等待輸入數(shù)值，當(dāng)輸入第一個(gè)數(shù)字，LED 顯示輸入值，當(dāng)輸入+、*、/運(yùn)算符后，LED 顯示 0，輸入第二個(gè)數(shù)字，LED 顯示第二個(gè)輸入數(shù)字，按“=” 就會(huì)在 LED 上顯示運(yùn)算結(jié)果。（4）由于只進(jìn)行整數(shù)運(yùn)算，當(dāng)計(jì)算 9247。4 結(jié)果只顯示整數(shù)部分，即結(jié)果只顯示 2。8（5）計(jì)算最大數(shù)字為 255，當(dāng)輸入 256 時(shí)，將顯示 0。9第三章 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。單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)硬件的芯片，在實(shí)際應(yīng)用中，通常很難直接和被控對(duì)象進(jìn)行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對(duì)象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用以 AT89S51單片機(jī)為主控單元。顯示部分：采用 LCD 靜態(tài)顯示。按鍵部分，采用 4*4 鍵盤。 硬件電路原理圖如圖 31 所示：圖 31 硬件電路原理圖 鍵盤接口電路計(jì)算機(jī)輸入數(shù)字和其他功能按鍵時(shí)要用到很多按鍵，在這種情況下，編程會(huì)很簡單，但是會(huì)占用大量的 I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這樣的方式，而是采用矩陣鍵盤的方式。矩陣鍵盤采用四條 I/O 線作為行線，四條 I/O 線作為列線組成鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤上按鍵的數(shù)量就為 4*4 個(gè)。這樣行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。10計(jì)算器的鍵盤布局：一般有 16 個(gè)鍵組成，在單片機(jī)中正好有一個(gè) P 端口實(shí)現(xiàn) 16 個(gè)按鍵功能，這種形式在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用。 LED 顯示模塊發(fā)光二極管 LED 是單片機(jī)應(yīng)用中簡單而常用的輸出設(shè)備，其在系統(tǒng)中的主要作用是顯示單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等。因而作為典型的外圍設(shè)備，LED 顯示單元是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。LED 具備數(shù)字接口可以方便的和系統(tǒng)連接。 運(yùn)算模塊M