【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(jià)格低、使用方便、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，除了工業(yè)控制、江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 36 頁 智能化儀表、通訊、家用電器外，在智能化高檔 電子玩具產(chǎn)品中也大量采用單片機(jī)芯片作為核心控制部件。 由于單片機(jī)主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，入高溫，強(qiáng)電磁干擾，甚至含有腐蝕性氣體；在太空中工作的單片機(jī)控制系統(tǒng)，還必須具有抗輻射能力，這決定了單片機(jī) CPU于通用微機(jī) CPU具有不同的技術(shù)特征和發(fā)展方向： （ 1） 可靠性高； （ 2） 控制功能往往很強(qiáng) ； （ 3） 指令系統(tǒng)比通用微處理器慢得多； （ 4） X 系列芯片取代； （ 5） 抗干擾性強(qiáng)，工作溫度范圍寬。 LCD1602 液晶顯示屏 液晶顯示原理 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電 就有顯示，這 樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式計(jì)算機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。 LCD1602 的 應(yīng)用簡(jiǎn)介 LCD1602 液晶顯示器采用 HD44780 及其兼容芯片作為點(diǎn)陣式 LCD 的控制器驅(qū)動(dòng)器，還采用 HD44100 進(jìn)行 LCD 的時(shí)分割驅(qū)動(dòng)。 HD44780 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM）、字符發(fā)生器 ROM（ CGROM）、字符發(fā)生器RAM（ CGRAM）、指令寄存器 IR、數(shù)據(jù)寄存器 DR、地址計(jì)數(shù)器 AC（ Address Counter）和忙標(biāo)志 BF（ Busy Flag）等邏輯電路。 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，豐富的指令可以完成液晶的時(shí)序控制、工作方式設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示等。 采用的 LCD1602 液晶模塊是標(biāo)準(zhǔn) 16 針插座，接口電路如圖 225 所示 ，及各引腳說明如表 222 所示。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 36 頁 圖 225 LCD1602 的引腳 接口電路 圖 第 1 腳 Vss 為地電源 第 2 腳 VDD 接 5V正電源 第 3 腳 Vo為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”， 使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 4 腳 Rs為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平選擇指令寄存器。 第 5 腳 Rw為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 6 腳 E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 714腳 D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 1516腳 背光陽極和背光陰極。 表 222 LCD1602 的引腳說明 其他方面簡(jiǎn)介 DDRAM 用來暫存顯示字符的代碼，共 80 個(gè)字節(jié)， DDRAM 的各個(gè)單元對(duì)應(yīng)著顯示屏上的各個(gè)字符位 ，如圖 226 所示。因此， DDRAM 的地址也就意味著顯示字符的地址，顯示字符時(shí)首先要向 LCD 送顯示字符地址。 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D OE OF 10 ?? 27 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4E 4F 5 ? 6LCD 16 字 *2 行 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 17 頁 共 36 頁 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D 0 ? 7 圖 226 DDRAM 單元地址與顯示屏字符位的對(duì)應(yīng)關(guān)系 LCD1602 的主要技術(shù)參數(shù)： （ 1）顯示容量為 16*2 個(gè)字符； （ 2）芯片工作電壓為 ； （ 3）工作電流為 （ ）； （ 4）模塊最佳工作電壓為 ； （ 5）字符尺寸為 *（ W*H） mm。 LCD 的特點(diǎn)： （ 1） 低壓微功耗； （ 2）平板型結(jié)構(gòu)； （ 3）被動(dòng)顯示型（無眩光，不刺激人眼，不會(huì)引起眼睛疲勞）； （ 4）顯示信息量大（因?yàn)橄袼乜梢宰龅煤苄。? （ 5）易于彩色化（在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)）； （ 6）無電磁輻射（對(duì)人體安全，利于信息保密）； （ 7）長(zhǎng)壽命（這種器件幾乎沒有什么劣化問題，因此壽命極長(zhǎng)，但是液晶背光壽命有限，不過背光部分可以 更換）。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 18 頁 共 36 頁 第 3章 計(jì)算器 設(shè)計(jì)原理分析 設(shè)計(jì)方案的確定 本設(shè)計(jì)需要使用 LCD 液晶顯示屏和編碼鍵盤。故選擇靜態(tài)顯示和用 4*4 的按鍵鍵盤，使用 LCD1602 液晶顯示屏來顯示運(yùn)算過程和運(yùn)算結(jié)果。 主程序進(jìn)行初始化，其他的程序選擇模塊式的方式。首先對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)模塊調(diào)試成功后，逐一地加入主程序中，最后完成整個(gè)軟件部分的設(shè)計(jì)。 計(jì)算器硬件方案及硬件資源分配 硬件資源分配 主要用到的硬件：?jiǎn)纹瑱C(jī) STC89C52 、液晶顯示屏 LCD1602 、 4*4 按鍵鍵盤 硬件分配： P3 口：作為輸入口，與鍵盤連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入； P0、 P2 口：作為輸出口（ P2 口為高位， P0 口為低位），控制 LCD 液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)的結(jié)果； 液晶顯示屏 LCD1602 顯示輸出。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 為了更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，硬件電路的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則： 優(yōu)化硬件電路 采用軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。盡管采用軟件來實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的功能時(shí)，也許響應(yīng)的時(shí)間會(huì)比單純使用硬件時(shí)長(zhǎng)，而且還要占用微處理 器（ MCU）的時(shí)間；但是，用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能可以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，提高電路的可靠性。所以，在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的時(shí)候，在滿足可靠性和實(shí)時(shí)性的前提下，盡可能地通過軟件來實(shí)現(xiàn)硬件功能。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 19 頁 共 36 頁 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì) 根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間越長(zhǎng)。而且，所用芯片數(shù)量越少，地址和數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性也就越小。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在滿足功能的情況下爭(zhēng)取較少數(shù)量的芯片。 靈活的功能擴(kuò)展 功能擴(kuò)展是否靈活是衡量一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。一次設(shè)計(jì)往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個(gè)方面，系統(tǒng)需要不斷完 善以及進(jìn)行功能升級(jí)。進(jìn)行功能擴(kuò)展時(shí)，應(yīng)該在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上， 通過修改軟件程序和少量硬件完成。對(duì)于本系統(tǒng)而言，就是要求在系統(tǒng)硬件不變的情況下，能夠通過修改軟件程序，完成功能的升級(jí)和擴(kuò)展。 根據(jù)提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合以上三條原則，確定了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。計(jì)算器主要由以下一些功能模塊組成：非編碼鍵盤模塊、運(yùn)算模塊（單片機(jī)內(nèi)部）、LCD 液晶顯示模塊等。 該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。 STC89C52 單片機(jī)與 LCD 液晶顯示屏顯示電路是整個(gè)電路的核心，它們能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。 簡(jiǎn)易計(jì)算器主要包括：鍵盤電路、 運(yùn)算電路、輸出顯示電路。 總體硬件結(jié)構(gòu)電路圖可見附錄一。 前面說明了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用了比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案，所以該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的總外圍電路不會(huì)產(chǎn)生過多的干擾。下面對(duì)系統(tǒng)的外圍電路分別作了說明。鍵盤部分采用 4*4 按鍵鍵盤，顯示部分采用 LCD 液晶顯示屏完全能夠很好地實(shí)現(xiàn)顯示方面的要求。 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（ 20 個(gè)以上）和專用驅(qū)動(dòng)芯片的組合；當(dāng)按下某個(gè)按鍵時(shí)，它能夠處理按鍵抖動(dòng)、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預(yù)。 通 用計(jì)算機(jī)使用的鍵盤就是編碼鍵盤。在智能儀器中，使用并行接口芯片8279 或串行接口 HD7279 均可以 組成編碼鍵盤，同時(shí)還可以兼顧數(shù)碼管的顯示驅(qū)江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 20 頁 共 36 頁 動(dòng)，其相關(guān)的接口電路和接口軟件均可在芯片資料中得到。當(dāng)系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，按鍵數(shù)量很多時(shí)，采用編碼鍵盤可以簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)。 非編碼鍵盤成本低廉。從成本角度出發(fā)，本設(shè)計(jì)選用的是非編碼鍵盤。 如圖321所示。 圖 321 鍵盤電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)系統(tǒng)需要顯示少量數(shù)據(jù)時(shí)，采用 LCD 液晶顯示屏進(jìn)行顯示是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。 P0 口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口， 口作為其控制端口，控制LCD 液晶顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)。 最終顯示電路如圖 322所示。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 21 頁 共 36 頁 圖 322 LCD 液晶顯示屏顯示 第 4章 計(jì)算器軟件設(shè)計(jì) 計(jì)算器的軟件規(guī)劃 簡(jiǎn)易計(jì)算器的程序主要包括以下功能模塊： 讀鍵程序、判鍵程序段、運(yùn)算操作子程序等部分； 基于 LCD 液晶顯示屏的顯示模塊； 主模塊，為系統(tǒng)的初