【文章內(nèi)容簡介】 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(shè)置一個按鍵。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。P1口：作為輸入口，與鍵盤連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入.矩陣鍵盤的設(shè)計如圖34所示： 圖34矩陣鍵盤圖34矩陣鍵盤鍵值與其功能對應(yīng)表如表32所示： 表32按鍵功能對照 對照 鍵值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + / = . 功能 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + / = 點 LCD顯示模塊設(shè)計LCD1602，工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符（16列2行），故簡稱1602。1602LCD 液晶具有功耗低、顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，顯示速度較快，界面友好等而得到廣泛應(yīng)用，因此使用1602液晶顯示屏，可以方便的顯示多種字符，特別適用于單片機計算器的雙行顯示。通過D0D7引腳向LCD寫指令字或?qū)憯?shù)據(jù)以使LCD實現(xiàn)不同的功能或顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。P0口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口，與D0D7連接。，控制LCD液晶顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)，與RS，RW，E，連接 。 液晶顯示模塊的設(shè)計如圖35所示：圖35 液晶顯示模塊 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量：162個字符芯片工作電壓：—工作電流：()模塊最佳工作電壓：字符尺寸：(WH)mmLCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表33所示。表33引腳接口說明表編號 符號引腳說明編號符號引腳說明1GND電源地9D2數(shù)據(jù)2VCC電源正極10D3數(shù)據(jù)3V0液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：GND為地電源。第2腳：VCC接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。、音樂開關(guān)、開方和多次方運算功能模塊設(shè)計本設(shè)計要求在任何時候按下AC清零鍵，都必須退出當(dāng)前操作，數(shù)據(jù)清零，準(zhǔn)備下一次的運算，故應(yīng)采用獨立鍵盤產(chǎn)生下降沿輸入給單片機外部中斷處理。對于聲音開關(guān)按鍵，由于要求隨時關(guān)閉或打開聲音提示，本設(shè)計也采用獨立按鍵產(chǎn)生下降沿輸入給單片機的外部中斷處理。而開方或多次方運算，則可與矩陣鍵盤一起檢測，也當(dāng)做一個運算符處理。具體功能按鍵設(shè)計如圖36所示： 圖36功能按鍵設(shè)圖中，AC為清零按鍵、KeyBeep為聲音開關(guān)按鍵、KeySqrt為開方按鍵、KeyPow為多次方按鍵。由于AT89S52和LCD1602都是采用5V供電，而且其他模塊功能也采用5V電平，本系統(tǒng)采用LM7805作為穩(wěn)壓芯片，經(jīng)過初級和次級的電容濾波，最終得到穩(wěn)定的5V電壓供給系統(tǒng)使用。 圖37電源 運算模塊（單片機控制）AT89S52單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O等一臺計算機所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是一些特殊的功能，通過使用單片機編寫的程序可以實現(xiàn)高智能、高效率以及高可靠性！因此我們采用單片機作為計算器的主要功能部件，可以很快地實現(xiàn)運算功能。單片機通過按鍵來實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)和操作方式的控制，在運算過程中，先確定選用的是哪一個運算符，若是+或*，則要判斷結(jié)果是否會溢出，溢出則顯示錯誤提示，沒有益處顯示運算結(jié)果。若是/,判斷除數(shù)是否為零，為零時顯示錯誤提示，不是零顯示運算結(jié)果。第四章 軟件設(shè)計LCD1602在上電以后，應(yīng)該先等待50毫秒左右，讓其內(nèi)部芯片初始化后再對其進(jìn)行操作。在對其操作時，應(yīng)參考其時序圖，先把命令寫入其內(nèi)部寄存器設(shè)置它的工作方式和狀態(tài)。要顯示數(shù)據(jù)的時候，先設(shè)置好顯示坐標(biāo)，再往里面寫入要顯示的ASCII碼，LCD則通過刷新和替換來顯示新的數(shù)據(jù)。其程序流程圖如圖41所示： 開始 初始化 設(shè)置坐標(biāo) 發(fā)送ASII 顯示數(shù)據(jù) 圖41顯示程序流程圖其程序位于后面附錄 由于矩陣鍵盤采用4行4列的結(jié)構(gòu)，每一行每一列各對應(yīng)一個I/O口，故程序應(yīng)該逐行查詢，一旦查詢到有某一行的按鍵被按下了，則根據(jù)讀取到的I/O總線口的數(shù)據(jù)即可查詢到是哪一列的按鍵被按下了，最后對應(yīng)行列返回一個按鍵值回主函數(shù)。其程序流程圖如圖42所示： 結(jié)束返回行列對應(yīng)的按鍵值判斷是哪一列的按鍵 開始 按鍵賦初值第一行有鍵按下？ 否第二行有鍵按下？ 否第三行有鍵按下？ 否第四行有鍵按下？ 否返回按鍵初始值 圖42 矩陣鍵盤程序流程圖其程序位于后面附錄根據(jù)系統(tǒng)要求以及硬件結(jié)構(gòu)，AC按鍵直接接入單片機外部中段0，則程序應(yīng)使用中斷來清除各數(shù)據(jù)存儲變量達(dá)到清零的目的，并把清零標(biāo)志位至1，在主程序中不斷查詢標(biāo)志位，若為1，則清零后。其程序框圖如圖43所示： 中斷0入口 LCD清屏顯示0 各數(shù)據(jù)存儲清零 清零標(biāo)志位置1 返回主程序 圖43清零程序流程圖其程序如下：/***清零中斷程序******/void EX0_int() interrupt 0{ if(beepflag==1) //若開聲音則每一次按鍵均鳴叫 { beep=0。 delayms(100)。 beep=1。 } lcdwrite_(0x01)。 //顯示清屏 lcd_setxy(0,0)。 lcdwrite_data(39。039。)。 lcd_setxy(0,0)。 num=39。N39。 //數(shù)字初始化 keynum1=0,keynum2=0,sign=0。 ans1=0,ans2=0,ans=0,point=0。 conflag=0,newcalc=0。 ac=1。}根據(jù)要求，聲音開關(guān)使用外部中斷1來處理，當(dāng)按下聲音開關(guān)時，觸發(fā)單片機進(jìn)入外部中斷1，在中斷程序里，通過對聲音開關(guān)標(biāo)志位取反，在按鍵掃描過程中，加入對聲音標(biāo)志位的判斷，若為1，則發(fā)出聲音，即可實現(xiàn)聲音提示功能。其程序框圖如圖44：中斷1入口 聲音標(biāo)注位取反 聲音標(biāo)志位為1？ 否 開聲音提示 返回主程序 圖44聲音開關(guān)程序流程圖其程序如下：/***聲音中斷程序******/void EX1_int() interrupt 2{ beepflag=~beepflag。 if(beepflag==1) //若開聲音則每一次按鍵均鳴叫 { beep=0。 delayms(100)。 beep=1。 }}整體程序包括：、 本系統(tǒng)采用大小循環(huán)嵌套方式的軟件設(shè)計思想，大循環(huán)則一直在運行，使計算器一直處于工作狀態(tài)，并不斷掃描按鍵，小循環(huán)用于識別數(shù)字是否輸入完，一旦檢測到輸入的是運算符，則轉(zhuǎn)換輸入數(shù)值并儲存起來，最后按下等于號以后則根據(jù)運算符計算兩個數(shù)值的大小，并通過LCD顯示。軟件系統(tǒng)總框圖如圖45所示：開始根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)計算結(jié)果初始化參數(shù)LED顯示本次功能鍵有鍵輸入是‘=’其他鍵保存結(jié)果和功能鍵計算最后結(jié)果讀取鍵碼 鍵碼是？結(jié)果送顯示緩沖等待數(shù)值輸入數(shù)字鍵清零鍵功能鍵輸入數(shù)值狀態(tài)清零 數(shù)值送顯示緩沖圖45 軟件系統(tǒng)總框圖其程序位于后面附錄第五章 系統(tǒng)仿真及原理圖 Proteus仿真系統(tǒng)仿真圖見圖51所示： 圖51系統(tǒng)仿真圖 圖52加法運算 圖53減法運算 圖54乘法運算 圖55除法運算 圖56開根號運算 圖57冪運算 圖58錯誤提示1 圖59錯誤提示2 Protel原理圖 系統(tǒng)原理圖如圖510所示： 圖510系統(tǒng)原理圖第六章 系統(tǒng)調(diào)試邏輯錯誤：它是由設(shè)計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括錯線、開路、短路等。元器件失效：有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯誤造成元件失效，如電解電容、集成電路安裝方向錯誤等?？煽啃圆睿阂蚱淇煽啃圆畹脑蚝芏?，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；走線和布局不合理也會引起系統(tǒng)可靠性差。電源故障：若樣機由電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計要求，電源引線和插座不對，功率不足，負(fù)載能力差等。軟件調(diào)試一般分為以下四個階段：編寫程序并查錯；在 C 語言的編譯系統(tǒng)中編譯源程序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行編譯連接，并及時發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯誤；改正錯誤。在本次調(diào)試中出現(xiàn)的問題有：在程序中有的函數(shù)名未定義；在抄錄程序時，少錄入一些字符，如： ”“{”“”“；、 、等符號，而出現(xiàn)錯誤；有一些函數(shù)名錄入時少寫一個字母或順序顛倒；沒有注意函數(shù)名的調(diào)用及定義；芯片引腳定義出錯而導(dǎo)致沒有實驗現(xiàn)象。各項功能測試： 表61功能測試加法測試 減法測試 表62功能測試乘法測試 除法測試 表63功能測試開方測試 多次方運算測試 表64功能測試錯誤提示測試1 錯誤提示測試2 由以上測試結(jié)果可知，計算器的各項功能正常，基本能達(dá)到設(shè)計要求。下面將進(jìn)行多次測試，以檢驗計算器的性能指標(biāo)。本次對計算器的功能進(jìn)行多次測量，其測試結(jié)果如下表：表6