【導讀】近幾年單片機技術的發(fā)展很快，其中，電子產(chǎn)品的更新速度迅猛。計算器是日常生活。中比較常見的電子產(chǎn)品之一。如何才能使計算器技術更加的成熟，充分利用已有的硬件和。軟件條件，設計出更出色的計算器。本設計是以STC89C52單片機為核心的計算器模擬系統(tǒng)設計，輸入采用4*4矩陣鍵盤，上靜態(tài)顯示操作過程及結果。本設計的操作過程是利用SCTT89C51的來控制LXD1602顯。示器，SCT89C51有共四個端口，作為數(shù)據(jù)的輸入端和輸出端，其中兩個端口作為輸出端，如商店、辦公室、學校等，因此設計一款簡單實用的計算器會有很大的實際意義。計實際問題的能力，為單片機應用和開發(fā)打下良好的基礎。本設計中的芯片采用STC89C52，配備相應的外設。單片機是單片微型機的簡稱，故。又稱為微控制器MCU。通常由單塊集成電路芯片組成，內(nèi)部包含有。和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。產(chǎn)品，智能儀表，測控技術，智能接口等，具有操作簡單、實用方便、價格便宜等優(yōu)點，

　　

【正文】 現(xiàn)場可編程門陣列）作為系統(tǒng)的控制器。 FPGA 將所有器件集成到一塊芯片上，體積小，節(jié)省空間，提高了穩(wěn)定性；直接面向用戶，具有極大的靈活性和通用性，使用方便，硬件測試和實現(xiàn)快捷，開發(fā)效率 高，工作可靠性好?？梢詫崿F(xiàn)各種復雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，采用并行的輸入輸出方式，系統(tǒng)處理速度高，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。由 FPGA 內(nèi)部編程實現(xiàn)計算器功能，本設計對數(shù)據(jù)處理速度的要求不是很高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢得不到充分的體現(xiàn)，由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物電路板布線復雜，加重了電路設計和實際焊接的工作。并且 FPGA 的價格相對較高，性價比太低。 方案三、用單片機實現(xiàn)。 由于單片機集成了運算器電路、控制電路、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器 /計數(shù)器以及輸入 /輸出 口電路等，所以用單片機設計控制電路省去了很多分立元器件。由于單片機是可編程芯片，并且它可以運用 C語言編寫，對于一些復雜的計算功能，可以調用 C語言庫函數(shù)。使編寫程序變得非常簡單。所以該課題用單片機實現(xiàn)，不僅功能易于實現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。并且由于其成本低、體積小、技術成熟和功耗小等優(yōu)點，且技術比較成熟。性價比也相當高。更重要的是本人經(jīng)過幾年的學習，對單片機已有深刻的理解，并且可以靈活運用。 綜上所述，并 通過各個方面綜合比較為達到最佳效果 。我們采用方案三利用單片機控制器。 顯示電路的設計方案 論證與選擇 方案一：數(shù)碼管顯示方案。 數(shù)碼管顯示 使用兩個四位一體動態(tài)數(shù)碼管顯示方案，此設計電路如圖所示。 采用動態(tài)數(shù)碼管顯示，具有程序簡單， 對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度比較高，精確可靠，操作簡單。顯示直觀的特點。但只能顯示數(shù)字和一些代碼，不能顯示漢字及一些常用的符號，且硬件設計比較復雜 。 A11B7C4D2E1F10G5H3112283946JP2Q129012Q179012Q189012Q199012VCC VCC VCC VCCR49 10KR50 10KR51 10KR53 10KQ59012Q69012VCC VCC VCC VCCR42 10KR46 10KR47 10KR48 10KKBIT1KBIT2KBIT3KBIT4KBIT5KBIT6KBIT7KBIT8A11B7C4D2E1F10G5H3112293846R57Component_1Q39012Q49012D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 31 方案二 。 LCD1602顯示器 所謂 1602是指顯示的內(nèi)容為 16*2,即可以顯示兩行，每行 16個字符。目前字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780寫的控制程序 可以很方便地應用于大部分的字符型液晶。 字符型 LCD1602通常有 14條引腳線或 16條引腳線的 LCD，多出來的 2條線是背光電源線VCC(15腳 )和地線 GND(16腳 )，其控制原理與 14腳的 LCD完全一樣，引腳定義如下表所示： HD44780 內(nèi)置了 DDRAM、 CGROM 和 CGRAM。 DDRAM 就是顯示數(shù)據(jù) RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。 共 80 個字節(jié)，其地址和屏幕的對應關系如下表： HD44780 的指令集 功能： 1 清除液晶顯示器，即將 DDRAM 的內(nèi)容全部填入 空 白 的 ASCII 碼 20H。 2 光標歸位，即將光標撤回液晶顯示屏的左上方 。 3 將地址計數(shù)器 (AC)的值設為 0。 32 功能： 1 把光標撤回到顯示器的左上方 。 2 把地址計數(shù)器 (AC)的值設置為 0。 3 保持 DDRAM 的內(nèi)容不變 功能：設定每次定入 1 位數(shù)據(jù)后光標的移位方向，并且設定每次寫入的一個字符是否移動。參數(shù)設定的情況如下所示 ： 位名 設置 I/D 0=寫入新數(shù)據(jù)后光標左移 1=寫入新數(shù)據(jù)后光標右移 S 0=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏不移動 1=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏整體右移 1 個字 功能：控制顯示器開 /關、光 標顯示 /關閉以及光標是否閃爍。參數(shù)設定的情況如下： 位名 設置 D 0=顯示功能關 1=顯示功能開 C 0=無光標 1=有光標 B 0=光標閃爍 1=光標不閃爍 功能：使光標移位或使整個顯示屏幕移位。參數(shù)設定的情況如下： S/C R/L 設定情況 0 0 光標左移 1 格，且 AC 值減 1 0 1 光標右移 1 格，且 AC 值加 1 33 1 0 顯示器上字符全部左移一格，但光標不動 1 1 顯示器上字符全部右移一格，但光標不動 功能：設定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。參數(shù)設定的情況如下： 位名 設置 DL 0=數(shù)據(jù)總線為 4 位 1=數(shù)據(jù)總線為 8 位 N 0=顯示 1 行 1=顯示 2 行 F 0=57 點陣 /每字符 1=510 點陣 /每字符 CGRAM 地址指令 功能：設定下一個要存入數(shù)據(jù)的 CGRAM 的地址。 DDRAM 地址指令 功能：設定下一個要存入數(shù)據(jù)的 CGRAM 的地址。 (注意這里我們送地址的時候應該是 0x80+Address，這也是前面說到寫地址命令的時候要加上 0x80 的原因 ) 或 AC 地址指令 功能： 34 1 讀取忙碌信號 BF 的內(nèi)容， BF=1 表示液晶顯示器忙，暫時無法接收單片機送來的數(shù)據(jù)或指令 。 當 BF=0 時，液晶顯示器可以接收單片機送來的數(shù)據(jù)或指令 。 2 讀取地址計數(shù)器 (AC)的內(nèi)容。 DDRAM 或 CGRAM 指令一覽 功能：1 將字符碼寫入 DDRAM，以使液晶顯示屏顯示出相對應的字符 。 2 將使用者自己設計的圖形存入 CGRAM。 CGRAM 或 DDRAM 讀出數(shù)據(jù)的指令一覽 功能：讀取 DDRAM 或 CGRAM 中的內(nèi)容。 基本操作時序： 讀狀態(tài) 輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出： DB0～ DB7=狀態(tài)字 寫指令 輸入： RS=L， RW=L， E=下降沿脈沖， DB0～ DB7=指令碼 輸出：無 讀數(shù)據(jù) 輸入 ： RS=H， RW=H， E=H 輸出： DB0～ DB7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入： RS=H， RW=L， E=下降沿脈沖， DB0～ DB7=數(shù)據(jù) 輸出：無 、鍵盤設計方案與選擇 方案一：獨立鍵盤。 獨立鍵盤為一端接地，另一端接 I/O 口，并且要接上拉電阻。這種鍵盤的硬件都很容易實現(xiàn)，但每一個按鍵就要用一個 I/O 口，適合本次設計。 35 方案二：通過 PS2 協(xié)義 ,用鍵盤同單片機相接，從而實現(xiàn)單片機與鍵盤通信。 其電路如圖所示?，F(xiàn)在 PC機廣泛采用的 PS/2 接口為 miniDIN 6 引腳的連接器。 1— 數(shù)據(jù)線（ DATA）； — 未用； 3— 電源地（ GND）； 4— 電源（ +5 V）； 5— 時鐘（ CLK）；6— 未用。 由此圖可知 ,使用鍵盤硬件結構比較簡單 ,但鍵盤的體積太大 ,所以此系統(tǒng)不采用此方案。 方案三：自制編碼鍵盤。 編碼鍵盤的電路如圖所示，這種鍵盤有編程簡單，占用資源少，但其硬件比較復雜，要用很多的二極管，不是很理想 。 36 方案四： 4*4 矩陣式鍵盤。 其電路圖如圖所示，這種鍵盤的硬件簡單，使用的 I/O 口也不多，而且這種鍵盤的編程方法已很成熟。本次設計也可以采用這種矩陣式鍵盤。其電路圖如圖 主體設計部分 ： （ 1）、 系統(tǒng)模塊圖： 37 單片機運算模塊顯示模塊輸入模塊 （ 2）、算術運算程序流程圖： 38 加開 始判 斷 運 算 符 ？乘 除 減判 斷 結 果 溢 出 ？ 除 數(shù) 為 0 ？錯 誤 信 息 送 顯 示 緩 沖數(shù) 值 送 顯 示 緩 沖YN N Y （ 3）、 系統(tǒng)總流程圖： 39 開 始初 始 化 參 數(shù)初 始 化 L C D 顯 示本 次 功 能 鍵 ？讀 取 鍵 碼數(shù) 字 鍵 清 零 鍵 功 能 鍵鍵 入 數(shù) 值 狀 態(tài) 清 零根 據(jù) 上 次 功 能 鍵 和 輸 入的 數(shù) 據(jù) 計 算 結 果結 果 送 顯 示 緩 沖L C D 顯 示有 否 有 鍵 值 ？數(shù) 值 送 顯 示 緩 沖結 果 送 顯 示 緩 沖等 待 數(shù) 值 鍵 入 等 待 數(shù) 值 鍵 入結 果 送 顯 示 緩 沖等 待 數(shù) 值 鍵 入YNYN （ 4）、硬件設計： （ 一）、 總體硬件設計： 本設計選用 AT89C51 單片機為主控單元； 顯示部分：采用 LCD 靜態(tài)顯示；按鍵部分： 40 采用 4*4 鍵盤；用 MM74C922 為 4*4 鍵盤掃描 IC，讀取輸入的鍵值。 總體設計效果如下圖： （二）、單片機接口電路說明： 手動上電復位電路： 當 VCC上電時， C 充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后， C充滿， 10K 電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下 S，C放電。 S松手， C又充電，在 10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。幾個毫秒后，單片機進 入工作狀態(tài)。 內(nèi)部時鐘模式電路： 41 當單片機工作于內(nèi)部時鐘模式的時候，只需在 XTAL1和 XTAL2引腳連接一個晶體振蕩器或者陶瓷振蕩器，并接兩個電容后接地即可，在使用時對于電容的選擇有一定的要求： 當外接晶體振蕩器的時候，電容值一般選擇 C1=C2=30+10pF或 3010pF； 當外接陶瓷振蕩器的時候，電容值一般選擇 C1=C2=40+10pF或 4010pF； STC89C52介紹： STC89C52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 存儲器。在單芯片上 ，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k