【正文】 改進成可以進行乘除的計算。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書2第一章 設(shè)計原理及要求 設(shè)計方案的確定本設(shè)計是以單片機 AT89C51 為核心的簡易計算器設(shè)計，要通過芯片 AT89C51 實現(xiàn)計算器程序運行來完成加、減、乘和除的簡單計算功能。 系統(tǒng)的設(shè)計方案本設(shè)計由以下幾部分組成：AT89C51 單片機系統(tǒng)（運算模塊） 、鍵盤電路、顯示電路、時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成，計算器系統(tǒng)框圖如圖 11 所示。盡管采用軟件來實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的功能內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書3時，也許響應(yīng)的時間會比單純使用硬件時長，而且還要占用微處理器（MCU）的時間；但是，用軟件實現(xiàn)硬件的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高電路的可靠性?？煽啃约翱垢蓴_設(shè)計根據(jù)可靠性設(shè)計理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時間越長。因此，系統(tǒng)的設(shè)計思想是在滿足功能的情況下爭取較少數(shù)量的芯片。一次設(shè)計往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個方面，系統(tǒng)需要不斷完善以及進行功能升級。對于本系統(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，完成功能的升級和擴展。計算器主要由以下一些功能模塊組成：非編碼鍵盤模塊、運算模塊（單片機內(nèi)部）和LCD 液晶顯示模塊等。AT89C51 單片機、LCD 液晶顯示屏顯示電路和鍵盤電路是整個電路的核心，它們能實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書4第二章 硬件模塊設(shè)計在本設(shè)計中主要用到的硬件：單片機 AT89C5液晶顯示屏 LCD1602 、4*4 矩陣鍵盤。 單片機 AT89C51本設(shè)計所用單片機采用 AT89C51 單片機，它兼容于 MCS－51 系列單片機，而且具有 1000 次可擦寫的 FLASHMEMORY，方便于系統(tǒng)的開發(fā)以及參數(shù)的修改。該種單片機的最高頻率可達到24MHz。圖 21 單片機 AT89C51 實物圖及引腳圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書5 AT89C51 芯片的特點AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機，他的特點如下：與 MCS51 兼容 1000 寫/擦循環(huán)4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器數(shù)據(jù)保留時間：10 年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級程序存儲器鎖定128*8 位內(nèi)部 RAM32 可編程 I/O 線兩個 16 位定時器/計數(shù)器5 個中斷源 1可編程串行通道1低功耗的閑置和掉電模式1片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明VCC：供電電壓。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。P0 口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。當作為輸出時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收和輸出 4 個 TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL） ，這是由于上拉的緣故。P3 口管腳備選功能如下： 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（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。 芯片擦除整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下表示靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 鍵盤控制模塊計算器輸入數(shù)字和其他功能按鍵要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的 I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式，而是采用矩陣鍵盤的方案。這樣內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書8鍵盤上按鍵的個數(shù)就為 44 個。 矩陣鍵盤的工作原理鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。通用計算機使用的鍵盤就是編碼鍵盤。當系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，按鍵數(shù)量很多時，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設(shè)計。從簡易和成本角度出發(fā)，本設(shè)計選用的是非編碼鍵盤。一般由 16 個鍵組成，在單片機中正好可以用一個 P 口實現(xiàn) 16 個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中也最常用。圖 22 矩陣鍵盤內(nèi)部電路圖 圖 23 矩陣鍵盤布局圖 鍵盤電路主要器件介紹為了進一步節(jié)省單片機 I/O 口資源，我們在設(shè)計中使用了 MM74C922 芯片。其引腳圖如圖 24 所示。(2) X1X4（腳 17）：4*4 鍵盤第一行至第四行。(4) VCC（腳 18）：電源腳，+3V 至+15V (5) GND（腳 9）：接地管腳(6) OSC（Oscillator，腳 5）：鍵盤掃描電路之頻率所需外加電容的引腳。(8) OE（Output Enable，腳 13）：芯片使能腳，接低電位可使芯片使能。任一按鍵按下時，此腳位會輸出高電位，按鍵釋放后此腳又會恢復(fù)為低電位。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書10圖 25 鍵盤接口電路圖 LCD 顯示模塊本設(shè)計采用 LCD 液晶顯示器來顯示輸入輸出數(shù)據(jù)。LCD 引腳圖如圖 26 所示。圖 27 LCD 背光和不帶背光的尺寸對比圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書11 顯示電路當系統(tǒng)需要顯示少量數(shù)據(jù)時，采用 LCD 液晶顯示屏進行顯示是一種經(jīng)濟實用的方法。顯示電路圖如圖 28 所示。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書12表 21 引腳接口說明表編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù)4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù)5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù)6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù)7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極第 1 腳：VSS 為地電源。第 3 腳：VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。第 5 腳：R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第 6 腳：E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第 15 腳：背光源正極。 運算模塊（單片機控制）AT89C51 單片機是在一塊芯片中集成了 CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能 I/O 等一臺計算機所需要的基本功能部件。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。另外系統(tǒng)還包括時鐘電路和復(fù)位電路。 系統(tǒng)流程圖在軟件設(shè)計中程序分別要完成鍵盤輸入檢測、LCD 初始化及顯示、算術(shù)運算和錯誤處理及輸出等功能。首先對每個模塊進行調(diào)試，當模塊調(diào)試成功后，逐一地加入主程序中，最后完成整個軟件部分的設(shè)計。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書15開始初始化參數(shù)初始化 LCD 顯示有鍵輸入？ 讀取鍵碼LCD 顯示數(shù)字鍵 清零鍵 功能鍵狀態(tài)清零輸入數(shù)值數(shù)值送顯示緩沖YN根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)計算結(jié)果結(jié)果送顯示緩沖本次功能鍵圖 31 系統(tǒng)流程圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書16 程序本設(shè)計程序采用 C 語言編程，程序分為多個模塊，由主程序、鍵值轉(zhuǎn)換和 LCD系列程序等模塊組成。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書17第四章 系統(tǒng)調(diào)試 軟件介