【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行數(shù)學(xué)運(yùn)算的手持機(jī)器，擁有集成電路芯片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能較弱，但由于它使用方便、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，因而廣泛運(yùn)用于商業(yè)交易中，也是必備的辦公用品之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及計(jì)算器應(yīng)用的普及，人們發(fā)現(xiàn)在工業(yè)控制中，有很 多時(shí)候需要在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和控制。 3 第二章 總體方案及設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 應(yīng)用《單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》等所學(xué)相關(guān)知識(shí)及查閱資料，完成簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)，以達(dá)到理論與實(shí)踐更好的結(jié)合、 進(jìn)一步綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)的能力的目的。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，可以使我在基本思路和基本方法上對(duì)基于 MCS51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)比較感性的認(rèn)識(shí)，并具備一定程度的設(shè)計(jì)能力。 設(shè)計(jì)任務(wù) 。 。 PROTUES 軟件。 KEIL 編程，具有一定的編程能力。 。 。 設(shè)計(jì)思路 方案構(gòu)思 本設(shè)計(jì)可以采用兩種方案，一種是以 FPGA 為核心處理芯片，配備相應(yīng)的外設(shè)；另外一種是以 AT89S52 處理器，配備相應(yīng)的外設(shè)。 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(lái) ,FPGA的集成密度和性能提高很快 ,其集成密度最高達(dá) 500萬(wàn)門 /片以上 ,系統(tǒng)性能可達(dá) 200MHz。由于 FPGA 器件集成度高 ,方便易用 ,開(kāi)發(fā)和上市周期短 ,在數(shù)字設(shè)計(jì)和電子生產(chǎn)中得到迅速普及和應(yīng)用 ,并一度在高密度的可編程邏輯器件領(lǐng)域中獨(dú)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(chǔ)器上 ,需外部存儲(chǔ)器芯片 ,且使用方法復(fù)雜 ,保密性差，而其對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算器而言，實(shí)用 FPGA有點(diǎn)大材小用，成本太高。 方案二：采用 AT89S52 單片機(jī)是單片微型機(jī)的簡(jiǎn)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(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的 基本功能部件：中央處理器 CPU，存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等。因此，單片機(jī)只要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)廣泛用于智能產(chǎn)品，智能儀表，測(cè)控技術(shù)，智能接口等，具有操作簡(jiǎn)單，實(shí)用方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而其中 AT89S52 以 MCS51為內(nèi)核，是單片機(jī)中最典型的代表，應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 方案比較與選擇 通過(guò)以上兩種方案論證和比較，從設(shè)計(jì)的實(shí)用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以 AT89S52 單片機(jī)作為中央處理單元進(jìn)行計(jì)算器的設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)六位浮點(diǎn)數(shù)的加減和三位浮點(diǎn)數(shù) 的乘除運(yùn)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(dú)立按鍵并接入單片機(jī)外部中斷引腳； （ 5）聲音提示開(kāi)關(guān)按鍵使用獨(dú)立按鍵并接入單片機(jī)外部中斷引腳； （ 6）平方和開(kāi)方按鍵由開(kāi)發(fā)板上的獨(dú)立按鍵實(shí)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(gè)系統(tǒng)由電源給 51 單片機(jī)和 LCD 液晶顯示提供電源使其工作，當(dāng)外 接按鍵輸入有效數(shù)值和運(yùn)算模式時(shí)，通過(guò)主控芯片實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。 AT89S52單片機(jī) 顯示模塊 電源模塊 輸入模塊 運(yùn)算模塊 5 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主控模塊設(shè)計(jì) 主要性能： (1) ? 8031 CPU 與 MCS51 兼容 ? 8K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) ? 全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz ? 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 條可編程 I/O 線 ? 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 八個(gè)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(shí)器 ? 雙數(shù)據(jù)指針 ? 掉電標(biāo)識(shí)符 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 (2) 管腳說(shuō)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(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)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(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)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?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi) 容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89S52 引腳功能 AT89S52 單片機(jī)為 40 引腳芯片見(jiàn)圖 31。 圖 31 AT89S52 引腳 （ 1） 口線： P0、 P P P3 共四個(gè)八位口。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。 對(duì) P0 端 口寫 “ 1” 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 7 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下 ， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 “ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL） 。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能 ： T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)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(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 8 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） （ 2）其他引腳說(shuō)明： RST：復(fù)位輸入。 晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)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(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下 ，復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 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(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 對(duì) FLASH存儲(chǔ)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(guò)對(duì)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(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 9 PSEN—— 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP—— 外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)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(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 XTAL1 是片內(nèi)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(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。 晶振的頻率可以在 1MHz24MHz內(nèi)選擇，在本設(shè)計(jì)電路中選用了 12MHz。電容取 20PF 左右。 機(jī)器周期＝ 12時(shí)間周期，如 12MHz 的機(jī)器周期為 1微秒。 （ 3）控制或復(fù)位引腳 RESET 此腳為高電平時(shí)（約 2個(gè)機(jī)器周期）可將單片機(jī)復(fù)位。 RST/VPD—— 當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期高電平時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。復(fù)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(fù)位 10 AT89SXX 系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了 ISP 下載功能，故而取代了 89CXX 系列的下載 方式，也是因?yàn)檫@樣， ATMEL 公司已經(jīng)停止生產(chǎn) 89CXX 系列的單片機(jī)，現(xiàn)在市面上的AT89CXX 多是停產(chǎn)前的庫(kù)存產(chǎn)品。 AT89S52的編程方法 編程前，須按編程模式表設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)；順序如下： ① 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 ② 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 ③ 激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 ④ 將 EA/Vpp端加上 +12V編程電壓。 ⑤ 每對(duì) Flash存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序機(jī)密位，加上一個(gè)ALE/PROG編程脈沖。每個(gè) 字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的，大多數(shù)約為 50us。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù)① — ⑤步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 單片機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向： 單片機(jī)是為了工業(yè)控制需要滿足而誕生的，是自動(dòng)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