【正文】 研究意義 中國(guó)古代最早采用的一種計(jì)算工具叫籌策，又被叫做算籌。約二百七十枚一束，放在布袋里可隨身攜帶。 17 世紀(jì)初，西方國(guó)家的計(jì)算工具有了較大的發(fā)展，英國(guó)數(shù)學(xué)家納皮爾發(fā)明的 “納皮爾算籌 ”，英國(guó)牧師奧卻德發(fā)明了圓柱型對(duì)數(shù)計(jì)算尺，這種計(jì)算尺不僅能做加減乘除、乘方、開(kāi)方運(yùn)算，甚至可以計(jì)算三角函數(shù)，指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)，這些計(jì)算工具不僅帶動(dòng)了計(jì)算器的發(fā)展，也為現(xiàn)代計(jì)算器發(fā) 展奠定了良好的基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用廣泛的計(jì)算工具。國(guó)內(nèi)的計(jì)算器從產(chǎn)生到發(fā)展成熟，也經(jīng)歷了一段過(guò)程。近年來(lái)國(guó)內(nèi)的計(jì)算器呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)，不僅設(shè)計(jì)精巧、緊湊，功能實(shí)用、簡(jiǎn)練。而隨著計(jì)算機(jī)的普及，又出現(xiàn)了軟件計(jì)算器，軟件計(jì)算器的功能更加強(qiáng)大，而且計(jì)算的位數(shù)增加，更加精確，而且懂得計(jì)算機(jī)的人可以借助軟件來(lái)設(shè)計(jì)各種不同的計(jì)算器，實(shí)現(xiàn)功能裁剪，因此非常靈活。真正來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)計(jì)算器的設(shè)計(jì)是以實(shí)用為前提的。把實(shí)用性和科學(xué)應(yīng)用聯(lián)合起來(lái)才能適應(yīng)更多的應(yīng)用場(chǎng)合，因此決定設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用性和科學(xué)性相結(jié)合的計(jì)算器 作為我的研究課題 。本課題主要要求掌握計(jì)算器相應(yīng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。 實(shí)現(xiàn)功能 （ 1） 計(jì)算器 在 上電或按鍵復(fù)位 之 后能 自動(dòng) 顯示 系統(tǒng)提示符 “P”，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài) 。 （ 3） 實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)運(yùn)算 。 工作原理 設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算器， 設(shè)計(jì)中采用的是 STC89C54RD+ 單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)信號(hào)的輸出?？傮w原理為：利用 STC89C54RD+ 單片機(jī)構(gòu)造多功能 處理 ，可 進(jìn)行計(jì)時(shí)以及監(jiān)控外部中斷系統(tǒng) ，通過(guò) C 語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)的編程即可 進(jìn)行運(yùn)算傳送信號(hào) ，并可以通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換，當(dāng)輸出的信號(hào)通過(guò)顯示器顯示輸出的信息 。 總體設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。顯示 模塊 ，輸入 模塊 ，復(fù)位 模塊 等。可由編程來(lái)實(shí)現(xiàn) 根據(jù) 定時(shí) 、 計(jì)數(shù) 時(shí)計(jì)數(shù)溢出而產(chǎn)生的 中斷申請(qǐng)信號(hào) 中斷功能， 并由 LCD1602 液晶對(duì) 被 測(cè)值進(jìn)行顯示。 STC89C54RD+單片機(jī) 的基本特點(diǎn)是 低功耗 、 高性能 ， 片內(nèi) 由 4KB 可編程 /擦除只讀存儲(chǔ)器的 8 位 COMS 微控制器 組成 ， 通過(guò)結(jié)合 高密度 、 非易失存儲(chǔ)技術(shù) 來(lái)保證單片機(jī)引腳與相應(yīng)指令系統(tǒng)的高兼容度 。 在通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 內(nèi)容 立即會(huì) 被保存 下來(lái) ， 而此時(shí) 單片機(jī)其他一切 都會(huì)停止工作 ，直到 產(chǎn)生 下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位 信號(hào)整個(gè)系統(tǒng)才會(huì)重新開(kāi)始工作。 STC89C54RD+引腳圖 如圖 2 所示。光二極管 的作用 主要是 ： 運(yùn)用二極管的單向?qū)щ?特 性 來(lái)提示 電源是否接通 或觀察電源是否一直保持 通電正常、穩(wěn)定，并且 100Ω的電阻與二極管串聯(lián)，其作用是保護(hù)二極管不會(huì)因?yàn)殡娏?突然變大而被燒壞 。 圖 3 電源 電路 復(fù)位 模塊 復(fù)位電路的作用是按下復(fù)位鍵可以使顯示界面回到最開(kāi)始的地方。F， 1k， 200Ω，1KΩ電阻一端接 電源 ，另一端接電容的 正 極接到單片機(jī)的復(fù)位引腳，按鍵與 10181。當(dāng)按鍵松開(kāi)的， VCC 給電容充電， RST 仍為高電平，而當(dāng)電容充電完成后，相當(dāng)于短路，則為低電平，正常工作。 圖 4 復(fù)位電路 時(shí)鐘模塊 晶振電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率。設(shè)計(jì)中用第一方法，有石英晶體和微調(diào)電容（一般取值 30pF 左右）組成，石英晶體產(chǎn)生震蕩，單片機(jī)振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)稱(chēng)振蕩信號(hào)，它的頻率等于石英晶體的振蕩頻率（ fosc） ,簡(jiǎn)稱(chēng)晶振頻率，振蕩脈沖信號(hào)還不是單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)必須由振蕩脈沖信號(hào)經(jīng)單片機(jī)片內(nèi)時(shí)鐘電路的處理后才能產(chǎn)生。其中振蕩電路由高增益反相器以及并聯(lián)外 接的石英晶體和電容構(gòu)成產(chǎn)生振蕩脈沖。振蕩電路由單片機(jī)芯片的 XTAL1 端輸入， XTAL2 端輸出。而STC89C54RD+中自帶有分頻電路所以不需要外接電路對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻。如圖 5 所示。由下載口進(jìn)行單片機(jī)與電腦的連接。 主要 是 由 P P31 兩個(gè)引腳下載，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信。因而作為典型的外圍器件，LED顯示單元是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。 液晶 LCD1602 顯示器用于輸入信號(hào)以及運(yùn)算結(jié)果的顯示。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間 6 隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和 行間距 的作用。 表 1 LCD1602 基本操作程序 操作 輸入 輸出 讀狀態(tài) RS=L， R/W=H， E=H D0—D7=狀態(tài)字 寫(xiě)指令 RS=L， R/W=L， D0—D7=指令碼， E=高脈沖 無(wú) 讀數(shù)據(jù) RS=H， R/W=H， E=H D0—D7=數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù) RS=H， R/W=L， D0—D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 無(wú) 電路主要由電位器、可變換串行及并行通信方式的短接電路、供電電路構(gòu)成，具體電路如圖 6 所示。通過(guò)外部按鍵使單片機(jī)接收信號(hào)，課程設(shè)計(jì)采用的是 4*4 的矩陣鍵盤(pán)和 6 個(gè)獨(dú)立式鍵盤(pán)。行線(xiàn)連接的接口為輸入口，用于輸入按鍵的行位置信息，列線(xiàn)連接的接口為輸出口，用于輸出掃描電平，當(dāng)按鍵按下鍵時(shí)由高電平變?yōu)榈碗娖剑鐖D 7 所示。當(dāng)按下某個(gè)鍵，該鍵處變?yōu)榈碗娖健? 圖 7 4*4 矩陣式鍵盤(pán) 7 圖 8 6 個(gè)獨(dú)立式鍵盤(pán) 電路原理圖 電路原理圖見(jiàn)附錄 A。 元器件清單 元器件清單見(jiàn)附錄 C。 具體程序見(jiàn)附錄 D。 相關(guān) 程序流程圖如圖 9 所示 ， 具體程序見(jiàn)附錄 D。 簡(jiǎn)單來(lái) 9 說(shuō)，就是 用作 LCD1602液晶屏顯示，將顯示的數(shù)據(jù)傳送至 LCD1602模塊化函數(shù)中，將需要顯示的內(nèi)容顯示在 LCD1602液晶屏上。 圖 10 液晶顯示流程圖 鍵掃模塊 當(dāng) 有 操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī) 首先會(huì) 先 判斷 鍵值，然后 依據(jù)判斷出的 鍵值 來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能程序 ，并由液晶顯示操作狀態(tài) 。 圖 11 按鍵程序流程圖 延時(shí)模塊 10 延時(shí)模塊用于延時(shí)，等待等需要的調(diào)用。 系統(tǒng)程序清單 課題軟件系統(tǒng)程序清單 見(jiàn)附錄 D。 采用 4*4 矩陣鍵盤(pán) 和 6 個(gè)獨(dú)立按鍵 作為輸入端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入功能。 表 2 按鍵功能設(shè)置 0 1 2 3 tan 復(fù)位 4 5 6 7 cos DEC 8 9 + — sin HEX * / = SQU SQR 無(wú) 如 表 2 所示， 此計(jì)算器我用了 23 個(gè)按鍵 ， 10 個(gè)數(shù)字鍵， 4 個(gè)常用運(yùn)算鍵， 1個(gè)等號(hào)鍵， 1 個(gè)清零鍵， 1 個(gè) 平方 鍵， 1 個(gè)開(kāi)方鍵， 3 個(gè)三角函數(shù)運(yùn)算鍵， 1 個(gè) 十進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制按 鍵 和 1 個(gè) 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制按鍵。 這時(shí) 輸入數(shù)字， 液晶屏?xí)@示輸入的數(shù)據(jù)，輸入完數(shù)據(jù)后按下功能鍵，再按“ =”鍵，屏幕上顯示出計(jì)算的結(jié)果。 測(cè)試過(guò)程 界面顯示以及測(cè)試的結(jié)果：各層界面顯示以及測(cè)試的結(jié)果與示波器所測(cè)得圖形及參數(shù)為： （ 1）當(dāng)上電顯示后，顯示的是系統(tǒng) 提示符 “P.”，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài) 。 12 圖 12 上電顯示界面 （ 2） 當(dāng)輸入 12 加 27 后，得出計(jì)算結(jié)果 39。如圖 14 所示。如圖 15 所示。如圖 16 所示。 誤差分析： （ 1） 硬件電路中 焊接時(shí) ， 不能做到所有器件的線(xiàn)路都很合理，在操作是會(huì)有相互影響。 （ 3）實(shí)驗(yàn)用的元器件，如芯片易受溫度的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，即會(huì)產(chǎn)生誤差。我大體總結(jié)了以下幾點(diǎn)： （ 1）基本功要過(guò)硬，不能馬虎經(jīng)常犯小錯(cuò)誤。 （ 2）要善于查找資料，提高自己的資料查詢(xún)能力，要善于利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲得知識(shí)，獲得幫助。有了明確的目的，就可以發(fā)揮自己的頭腦來(lái)完成它了。只有這樣才能糾正程序的不足，并使其更加人性化。期待今后有更多類(lèi)似的鍛煉機(jī)會(huì)。 課程設(shè)計(jì)是需要大量時(shí)間去動(dòng)手練習(xí)才能體驗(yàn)到它的內(nèi)涵的，同時(shí)還需要用心地投入， 時(shí)間和情感花下去之后，的確感受到有所收獲，增加了對(duì)編程的興趣?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)學(xué)到了很多，通過(guò)實(shí)踐真正的做到了學(xué)有所用。從 LCD1602 的使用，到各個(gè)數(shù)字如何入，這些是我們學(xué) 過(guò) ， 但是還不是太懂的。對(duì)于 51 單片機(jī)，我一直是 用 匯編的，但對(duì)于此次設(shè)計(jì)我完全用 C 語(yǔ)言 ，因?yàn)?C 語(yǔ)言 的可讀性很好，層次分明，而不像匯編都是在寄存器器間操作，很煩瑣，對(duì)于寫(xiě)太長(zhǎng)的程序很不好寫(xiě)，而且用 C 語(yǔ)言我們可以用到 C 語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)，這是個(gè)很好的東西，也可以用到變量，而不像匯編只能用到寄存器，這樣有助于運(yùn)用。所以對(duì)于程序流程圖是個(gè)很重要的 東西，我們應(yīng)該先考慮功能，考慮好主流程，再?gòu)闹髁鞒坛霭l(fā)，再到各個(gè)基本模塊，寫(xiě)程序不是很難，難的是你要如何寫(xiě) 。只有明確的任務(wù)才能寫(xiě)的更好。而且這次設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)是一次 寶貴 的經(jīng)驗(yàn)，不是說(shuō)寫(xiě)這個(gè)程序有多難，硬件設(shè)計(jì)有多難，而是我對(duì)于設(shè)計(jì)流程的掌握，如果我再做一個(gè)設(shè)計(jì)我會(huì)知道首先該如何做，而不是像現(xiàn)在這樣在摸索，這是 一個(gè)很好的開(kāi)始。北京：電子工業(yè)出版社， 2021. [3] 戴佳，戴衛(wèi)恒 .51 單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講 .北京：電子工業(yè)出版社， 2021. [4] 劉文濤 .單片機(jī)語(yǔ)言 C51 單片機(jī)典型應(yīng)用設(shè)計(jì) .北京：人民郵電出版社， 2021. [5] 邊春元 .C51 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. 18 致 謝 本次 課程 設(shè)計(jì)得到 班導(dǎo)凌 老師的熱心指導(dǎo)，在這里對(duì) 凌 老師表示最衷心的感謝。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期，首先給我們介紹了不少有用的資料和書(shū)籍；在硬件設(shè)計(jì)等方面給予悉心的指導(dǎo)；在調(diào)試的過(guò)程中 凌 老師給每個(gè)出現(xiàn)的問(wèn)題給予及時(shí)的指導(dǎo)。待人平和、工作認(rèn)真、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn) ， 給我留下很深刻的印象。這一切都在潛移默化地影響著我，為我以后進(jìn)入工作崗位樹(shù)立了良好的榜樣。 說(shuō) 明： LCD SCLK(E)連至 P27， SID(RW)連至 P26， CS(RS)連至 P25 型 號(hào)： STC89C54RD+ 使用晶振為 12MHz *******************************************************************/ include include include define uint unsigned int define uchar unsigned char define K sbit RS=P2^5。 sbit EN=P2^7。 sbit SQUARE=P2^0。 sbit SIN=P2^2。 sbit HEX=P3^6。 define GPIO_KEY P1 uchar code keycode[16]={0xEE,0XDE,0XBE,0X7E,0XED,0XDD,0XBD,0X7D,0XEB,0XDB,0XBB,0X7B,0XE7,0XD7,0XB7,0X77}。 uchar result[16]= 。 int result_size=0。 int count=0。039。139。239。339。439。539。639。739。839。939。A39。B39。C39。