【文章內(nèi)容簡介】 器 、 電 源 和 一 些 可 選 外 圍 設 備及 電 子 配 件 通 過 人 工 或 機 器 設 備 組 成 。 低 檔 計 算 器 的 運 算 器 、 控 制 器 由 數(shù) 字 邏 輯 電 路 實現(xiàn) 簡 單 的 串 行 運 算 ， 其 隨 機 存 儲 器 只 有 一 、 二 個 單 元 ， 供 累 加 存 儲 用 。 高 檔 計 算 器 由 微處 理 器 和 只 讀 存 儲 器 實 現(xiàn) 各 種 復 雜 的 運 算 程 序 ， 有 較 多 的 隨 機 存 儲 單 元 以 存 放 輸 入 程 序和 數(shù) 據(jù) 。 鍵 盤 是 計 算 器 的 輸 入 部 件 ， 一 般 采 用 接 觸 式 或 傳 感 式 。 為 減 小 計 算 器 的 尺 寸 ，一 鍵 常 常 有 多 種 功 能 。 顯 示 器 是 計 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 算 結(jié) 果 外 ， 還 常 有 溢 出 指 示 、 錯 誤 指 示 等 。 計 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 算 器 都 采 用CMOS 工 藝 制 作 的 大 規(guī) 模 集 成 電 路 （ 見 互 補 金 屬 氧 化 物 半 導 體 集 成 電 路 ） ， 并 在 內(nèi) 部裝 有 定 時 不 操 作 自 動 斷 電 電 路 。 計 算 器 可 選 用 的 外 圍 設 備 有 微 型 打 印 機 、 盒 式 磁 帶 機 和磁 卡 機 等 。 單片機簡介8051 是 MCS51 系列單片機的典型產(chǎn)品，以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(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)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：8051 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲器(ROM)：8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器：8051 有兩個 16 位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(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)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(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，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。時鐘電路：78051 內(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051 單片機需外置振蕩電容。單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(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 系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 矩陣鍵盤鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機對話輸入設備，用戶通過鍵盤向單片機輸入數(shù)據(jù)或指令。鍵盤控制程序需完成的任務有：監(jiān)測是否有鍵按下，有鍵按下時，若無硬件去抖動電路時，應用軟件延時方法消除按鍵抖動影響；當有多個鍵同時按下時，只處理一個按鍵，不管一次按鍵持續(xù)多長時間，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 時間。 計算器設計思路根據(jù)功能和指示要求，本系統(tǒng)選用以 MCS51 單片機為主控機。通過擴展必要的外圍接口電路，實現(xiàn)對計算器的設計。具體設計如下：（1）由于要設計的是簡單的計算器，可以進行四則運算，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）、符號鍵（+、*、/）、清除鍵和等號鍵，故只需要 16 個按鍵即可，設計中采用集成的計算機鍵盤。(3) LED 開始顯示零，等待輸入數(shù)值，當輸入第一個數(shù)字，LED 顯示輸入值，當輸入+、*、/運算符后，LED 顯示 0，輸入第二個數(shù)字，LED 顯示第二個輸入數(shù)字，按“=” 就會在 LED 上顯示運算結(jié)果。（4）由于只進行整數(shù)運算，當計算 9247。4 結(jié)果只顯示整數(shù)部分，即結(jié)果只顯示 2。8（5）計算最大數(shù)字為 255，當輸入 256 時，將顯示 0。9第三章 硬件系統(tǒng)設計硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機系統(tǒng)的實體和裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成。單片機實質(zhì)上是一個硬件的芯片，在實際應用中，通常很難直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設備、被控對象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個單片機應用系統(tǒng)。本設計選用以 AT89S51單片機為主控單元。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 鍵盤接口電路計算機輸入數(shù)字和其他功能按鍵時要用到很多按鍵，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的 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交叉點上設置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的數(shù)量就為 4*4 個。這樣行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效的提高單片機系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。10計算器的鍵盤布局：一般有 16 個鍵組成，在單片機中正好有一個 P 端口實現(xiàn) 16 個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中最常用。 LED 顯示模塊發(fā)光二極管 LED 是單片機應用中簡單而常用的輸出設備，其在系統(tǒng)中的主要作用是顯示單片機的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等。因而作為典型的外圍設備，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。 運算模塊M