【導(dǎo)讀】近幾年單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展很快，其中，電子產(chǎn)品的更新速度迅猛。計(jì)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(jì)算器技術(shù)更加的成熟，充分利用已有的硬件和。軟件條件，設(shè)計(jì)出更出色的計(jì)算器。本設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)為核心的計(jì)算器模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輸入采用4*4矩陣鍵盤，上靜態(tài)顯示操作過程及結(jié)果。本設(shè)計(jì)的操作過程是利用SCTT89C51的來控制LXD1602顯。示器，SCT89C51有共四個(gè)端口，作為數(shù)據(jù)的輸入端和輸出端，其中兩個(gè)端口作為輸出端，如商店、辦公室、學(xué)校等，因此設(shè)計(jì)一款簡單實(shí)用的計(jì)算器會(huì)有很大的實(shí)際意義。計(jì)實(shí)際問題的能力，為單片機(jī)應(yīng)用和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)中的芯片采用STC89C52，配備相應(yīng)的外設(shè)。單片機(jī)是單片微型機(jī)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(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)。產(chǎn)品，智能儀表，測控技術(shù)，智能接口等，具有操作簡單、實(shí)用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，

　　

【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(shí)現(xiàn)快捷，開發(fā)效率 高，工作可靠性好。可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)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(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由 FPGA 內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能，本設(shè)計(jì)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(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。并且 FPGA 的價(jià)格相對較高，性價(jià)比太低。 方案三、用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 由于單片機(jī)集成了運(yùn)算器電路、控制電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出 口電路等，所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制電路省去了很多分立元器件。由于單片機(jī)是可編程芯片，并且它可以運(yùn)用 C語言編寫，對于一些復(fù)雜的計(jì)算功能，可以調(diào)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(jī)實(shí)現(xiàn)，不僅功能易于實(shí)現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。并且由于其成本低、體積小、技術(shù)成熟和功耗小等優(yōu)點(diǎn)，且技術(shù)比較成熟。性價(jià)比也相當(dāng)高。更重要的是本人經(jīng)過幾年的學(xué)習(xí)，對單片機(jī)已有深刻的理解，并且可以靈活運(yùn)用。 綜上所述，并 通過各個(gè)方面綜合比較為達(dá)到最佳效果 。我們采用方案三利用單片機(jī)控制器。 顯示電路的設(shè)計(jì)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(gè)四位一體動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示方案，此設(shè)計(jì)電路如圖所示。 采用動(dòng)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(hù)，同時(shí)其精度比較高，精確可靠，操作簡單。顯示直觀的特點(diǎn)。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(hào)，且硬件設(shè)計(jì)比較復(fù)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(gè)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(yīng)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(gè)字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)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(biāo)歸位，即將光標(biāo)撤回液晶顯示屏的左上方 。 3 將地址計(jì)數(shù)器 (AC)的值設(shè)為 0。 32 功能： 1 把光標(biāo)撤回到顯示器的左上方 。 2 把地址計(jì)數(shù)器 (AC)的值設(shè)置為 0。 3 保持 DDRAM 的內(nèi)容不變 功能：設(shè)定每次定入 1 位數(shù)據(jù)后光標(biāo)的移位方向，并且設(shè)定每次寫入的一個(gè)字符是否移動(dòng)。參數(shù)設(shè)定的情況如下所示 ： 位名 設(shè)置 I/D 0=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)左移 1=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移 S 0=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏不移動(dòng) 1=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏整體右移 1 個(gè)字 功能：控制顯示器開 /關(guān)、光 標(biāo)顯示 /關(guān)閉以及光標(biāo)是否閃爍。參數(shù)設(shè)定的情況如下： 位名 設(shè)置 D 0=顯示功能關(guān) 1=顯示功能開 C 0=無光標(biāo) 1=有光標(biāo) B 0=光標(biāo)閃爍 1=光標(biāo)不閃爍 功能：使光標(biāo)移位或使整個(gè)顯示屏幕移位。參數(shù)設(shè)定的情況如下： S/C R/L 設(shè)定情況 0 0 光標(biāo)左移 1 格，且 AC 值減 1 0 1 光標(biāo)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(biāo)不動(dòng) 1 1 顯示器上字符全部右移一格，但光標(biāo)不動(dòng) 功能：設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。參數(shù)設(shè)定的情況如下： 位名 設(shè)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(diǎn)陣 /每字符 1=510 點(diǎn)陣 /每字符 CGRAM 地址指令 功能：設(shè)定下一個(gè)要存入數(shù)據(jù)的 CGRAM 的地址。 DDRAM 地址指令 功能：設(shè)定下一個(gè)要存入數(shù)據(jù)的 CGRAM 的地址。 (注意這里我們送地址的時(shí)候應(yīng)該是 0x80+Address，這也是前面說到寫地址命令的時(shí)候要加上 0x80 的原因 ) 或 AC 地址指令 功能： 34 1 讀取忙碌信號(hào) BF 的內(nèi)容， BF=1 表示液晶顯示器忙，暫時(shí)無法接收單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)或指令 。 當(dāng) BF=0 時(shí)，液晶顯示器可以接收單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)或指令 。 2 讀取地址計(jì)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(yīng)的字符 。 2 將使用者自己設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)方案與選擇 方案一：獨(dú)立鍵盤。 獨(dú)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(shí)現(xiàn)，但每一個(gè)按鍵就要用一個(gè) I/O 口，適合本次設(shè)計(jì)。 35 方案二：通過 PS2 協(xié)義 ,用鍵盤同單片機(jī)相接，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與鍵盤通信。 其電路如圖所示?，F(xiàn)在 PC機(jī)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(shí)鐘（ CLK）；6— 未用。 由此圖可知 ,使用鍵盤硬件結(jié)構(gòu)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(fù)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(shè)計(jì)也可以采用這種矩陣式鍵盤。其電路圖如圖 主體設(shè)計(jì)部分 ： （ 1）、 系統(tǒng)模塊圖： 37 單片機(jī)運(yùn)算模塊顯示模塊輸入模塊 （ 2）、算術(shù)運(yùn)算程序流程圖： 38 加開 始判 斷 運(yùn) 算 符 ？乘 除 減判 斷 結(jié) 果 溢 出 ？ 除 數(shù) 為 0 ？錯(cuò) 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(jì) 算 結(jié) 果結(jié) 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(jié) 果 送 顯 示 緩 沖等 待 數(shù) 值 鍵 入 等 待 數(shù) 值 鍵 入結(jié) 果 送 顯 示 緩 沖等 待 數(shù) 值 鍵 入YNYN （ 4）、硬件設(shè)計(jì)： （ 一）、 總體硬件設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)選用 AT89C51 單片機(jī)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(shè)計(jì)效果如下圖： （二）、單片機(jī)接口電路說明： 手動(dòng)上電復(fù)位電路： 當(dāng) VCC上電時(shí)， C 充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)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(jī)進(jìn)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(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn) 入工作狀態(tài)。 內(nèi)部時(shí)鐘模式電路： 41 當(dāng)單片機(jī)工作于內(nèi)部時(shí)鐘模式的時(shí)候，只需在 XTAL1和 XTAL2引腳連接一個(gè)晶體振蕩器或者陶瓷振蕩器，并接兩個(gè)電容后接地即可，在使用時(shí)對于電容的選擇有一定的要求： 當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇 C1=C2=30+10pF或 3010pF； 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)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(chǔ)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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k