【正文】 用總線結(jié)構(gòu)的方式使其具有很強的抗干擾性與可靠性。 （ 3） 控制功能強。單片機的處理速度和控制功能均好于一般微機。 （ 5） 方便擴展，可以 在單片機的基礎(chǔ)上擴展各種規(guī)模的系統(tǒng)。不斷提高的控制性能， 成本的降低，體積的減小以及可靠性和穩(wěn)定性的提高，將逐步取代傳統(tǒng)的純電路的電子控制系統(tǒng) [2]。 設(shè)計的目的與意義 由于單片機特點的多樣性，它已經(jīng)在成為了工業(yè)科技領(lǐng)域一個重要的力量。我們所學(xué)四年，現(xiàn)將知識運用到生活中的部分，這一點很有必 要。同時，在選材時，也需要合理。這次簡易計算器的設(shè)計，使我掌握了單片機的理論知識，并且我也知道如何將理論與實際聯(lián)系，知道如何用軟件分析實際硬件電路。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 29 頁 3 2 簡易計算器的設(shè)計 實現(xiàn) 簡易計算器主要用于計算一般的加 、 減 、 乘除 四則 算數(shù)，雖功能簡單，但 它讓然活躍在我們生活當(dāng)中 。如今，想要設(shè)計一款計算器有很多種方法，在了解計算器各部分組成之后，我們通過各種方案的對比，選擇出最合適的一種方案。我們可以根據(jù)設(shè)計需求選擇各部分元器件。運用這個芯片雖然在處理速度 方面有不俗的表現(xiàn)，但同時成本也相對較高，并且本人不熟悉此芯片，還不足以用它來實現(xiàn)計算器的功能，對設(shè)計增加了難度，因此不可取。由于單片機內(nèi)部集成了運算器電路、控制器電路、存儲器電路等，并且單片機是可編程器件，它成本低，技術(shù)成熟，運用廣泛，編程操作簡單。 顯示電路的設(shè)計選擇 方案一：選用數(shù)碼管做顯示。但是由于它只能顯示一些代碼和數(shù)字，并且硬件電路復(fù)雜。 電源 核心控制器 顯示電路 鍵盤 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 29 頁 4 方案二：選用 LCD1602 顯示， LCD1602 顯示效果好，與單片機硬件連接電路簡單，而且它的編程指令簡單易懂。相比于 LED顯示。 鍵盤設(shè)計方案選擇 方案一：選用獨立鍵盤。在按鍵數(shù)量不多時，這個方法簡單易行，然而計算器需要使用的按鍵眾多，顯然用獨立鍵盤會浪費較多 I/O口，不可取。 方案二：選用矩陣鍵盤。比起獨立鍵盤，矩陣鍵盤能夠節(jié)約 I/O 口，本次設(shè)計需要用的按鍵較多，如果使用獨立按鍵則需要至少 16 個 I/O 口。因此本次設(shè)計的輸入選用矩陣鍵盤。 綜上所述，鍵盤輸入部分選擇矩陣鍵盤，而后期擴展時，選擇獨立鍵盤。硬件消抖主要通過外部電路來穩(wěn)定按鍵消除按鍵抖動，比較常用的硬件 消抖方法是在電路中加入 RS 觸發(fā)器。這種方法在對按鍵較少的情況下可以使用，但本次設(shè)計按鍵需求多， RS 觸發(fā)器無疑增加了成本與功耗，也會使電路連接變復(fù)雜。軟件消抖就是在按鍵閉合檢測之后執(zhí)行一個延時子程序， 產(chǎn)生 一個 5ms～ 10ms 的延時，讓前沿抖動之后再次檢測按鍵的狀態(tài)，如果按鍵依舊保持閉合時的電平狀態(tài)，則肯定有按鍵按下。 在本次 按鍵較多的情況下，我們采用軟件消抖的方法。 本章小結(jié) 經(jīng)過對各個模塊方案的詳細對比，我們最終選擇單片機作為核心控制部分；矩陣鍵盤作為輸入部分，獨立鍵盤作為擴展部分按鍵，考慮案件數(shù)量以及電路復(fù)雜程度，選擇軟件消抖的方法，減少了按鍵出錯率； LCD1602 液晶作為顯示器。且所需元器件皆為本人所學(xué)，設(shè)計起來也方便快捷易出成果。 單片機介紹 大家熟知的是 51 系列單片機，因此本次設(shè)計采用 51系列單片機，為了配合仿真，最終采用 AT89C52 單片機。 AT89C52是一種高性能，低電壓并且?guī)в?8K 字節(jié) FLASH 只讀存儲器的 CMOS8 位微處理器。 圖 單片機引腳 AT89C52 管腳說 明 （ 1） VCC： +5V 電壓。 （ 3） I/O 接口： 第一功能： P0、 P P P P4，四個通用雙向 8位接口，可以通過程序控制，按字節(jié)輸入 /出，或者按位輸入 /出。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 29 頁 7 1)P0 口在對片外數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)操作時，作為地址和數(shù)據(jù)線使用。 2)P1 口是一個 8 位雙向 I/O 口，它內(nèi)部提供上拉電阻。 P1 口在 FLASH 編程和校驗時將接收低 8 位地址。 4)P3 口也可作為 AT89C52 的一些特殊功能口，如表 所示。 ALE/PROG：為地址鎖存控制輸入端 /編程脈沖，有兩種功能。單片機 從外部存儲器取數(shù)時，將在 PSEN 輸出低電平，選通 ROM。 XTAL1：作為振蕩器的倒向放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入 [4]。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)主要由單片機，晶振電路，復(fù)位電路組成，單片機正常工作需要依賴最小系統(tǒng)的支持。選擇 AT89C52 單片機時， EA端口須接高 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 29 頁 8 電平（ +5V） 。一般單片機最小系統(tǒng)如圖 。當(dāng)系統(tǒng)由于非正常操作而處于死鎖狀態(tài)時，為恢復(fù)正常工作狀態(tài)，也需要復(fù)位重啟。在時鐘電路工作后，在 RST引腳應(yīng)出現(xiàn)寬度不小于 2個機器周期的高電平信號，單片機才會進入復(fù)位狀態(tài)，此時，如果 RST一直處于高電平狀態(tài)，那么單片機也會一直處于復(fù)位狀態(tài)。自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容上電來實現(xiàn)的，也稱上電復(fù)位。目前，一些結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)中，單片機都采用按鍵電平復(fù)位的方式，此方式方便快捷。 圖 復(fù)位電路 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 29 頁 9 時鐘電路 單片機的 時鐘電路用于產(chǎn) 生 工作所需要的時鐘信號， 主要是片內(nèi)外振蕩電路。 電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下按時序進行工作 以實現(xiàn)同步工作的方式 。它的 輸入端為芯片引腳 為 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。 時鐘電路如圖 。由 于 LCD1602 功耗低、體積小、顯示多樣，常用在微型儀表和低功耗應(yīng)用中。 LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn) 14 腳（無背光）或 16 腳（有背光）接口，它的管腳如圖 所示。 表 LCD各管腳說明 編號 引腳 引腳說明 編號 引腳 引腳說明 1 VSS 接 地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫 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 接地電源。 第 3腳： VL 端可以用來調(diào)整液晶對比度，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號端口，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 第 6腳： E端口為使能端，當(dāng) 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：背光正極。 液晶與單片機的連接電路如圖 。本次設(shè)計需要的按鍵較多，如果使用獨立鍵盤會占用較多的 I/O 口。矩陣鍵盤的按鍵設(shè)置在鍵盤行列線交點上 ，行列線分別連接到按鍵開關(guān)兩端 。當(dāng)沒有鍵按下時，行線處于高電平的狀態(tài)；而當(dāng)有按鍵按下時，行線電平則由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。 鍵盤部分的設(shè)計 如圖 。本人在簡易計算器的基礎(chǔ)上還增加了一鍵多用的功能?！边\算鍵以及“ .”之外，還包括了三角函數(shù)，指數(shù)函數(shù)，開根，求余數(shù)，倒數(shù)等，為了實現(xiàn)這一個復(fù)用功能，需要進行按鍵的擴展。獨立按鍵的設(shè)計如圖 所示。 本章小結(jié) 本章主祝要介紹了計算器各個主要硬件模塊， 包括：單片機最小系統(tǒng)，顯示模塊，鍵盤電路，以及一些擴展方面的設(shè)計方案。設(shè)計統(tǒng)一采用 C語言編程，C 語言功能強大，同時具有高級語言和匯編語言的特點，并且可以直接對硬件進行操作。 系統(tǒng)總設(shè)計流程 系統(tǒng)總流程圖如圖 所示。主程序主要完成初始化功能；液晶主要負責(zé)顯示輸入數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果的工作；按鍵主要負責(zé)鍵入數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)運算。 按鍵程序流程設(shè)計 按鍵模塊的的子程序執(zhí)行流程為：首先需要進行行列按鍵掃描，此時需要一個按鍵消抖的過程，然后確定按鍵位置，在進入對應(yīng)鍵碼內(nèi)的數(shù)據(jù)進行處理。 開 始初 始 化 顯 示 參數(shù)輸 入 列 掃 描 信號列 掃 描 信 號 移位讀 入 行 信 號有 鍵 鍵 入 ？列 掃 描 完 ？返 回按 照 行 列 計 算鍵 值得 出 鍵 碼按 鍵 消 抖等 待 按 鍵 釋 放返 回YNNY 圖 按鍵掃描流程 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 29 頁 15 鍵盤掃描子程序，首先讀出 I/O 口 低四位，然后讀出 I/O 口 高四位，鍵值并顯示緩存。讀鍵程序使用行列掃描法。軟件消抖所用到的延時函數(shù)如下： /**************延時 ******************/ void delay(uchar z) { uchar x,y。x0。y0。 } LCD1602 顯示流程設(shè)計 當(dāng)按鍵鍵入數(shù)值和結(jié)果顯示時，都需要用到 LCD1602 作為顯示屏， LCD1602 顯示流程如圖 所示。顯示模塊程序首先要對顯示模塊進行初始化，然后控制光標(biāo) 的位置。相關(guān)的代碼如下： /*************lcd********************/ sbit lcdrs=P3^7。 sbit lcden=P3^5。 //模式： 8 位數(shù)據(jù)，兩行， 5*7 字體 write_(0x0c)。 //向左增量移動 write_(0x01)。 lcdrw=0。 P1=。 //延時函數(shù) lcden=1。 lcden=0。 lcdrw=0。 P1=date。 lcden=1。 lcden=0。 lcdrw=1。 P1=0xff。 delay(5)。 delay(5)。 delay(5)。127。 計算器的程序主要包括以下模塊 : 讀鍵程序、判斷按鍵程序段、運算操作子程序等部分 ； LCD顯示程序模塊 ；主程序模塊，對整個系統(tǒng)進行初始化。 與此同時，為了挺高整個系統(tǒng)的有效性，加入了復(fù)位按鍵，錯誤提示報警等。 軟件簡介 KEIL 軟件簡介 KEIL C51 是基于 51 系列 單片機 為 內(nèi)核的，由 美國 KEIL Software 公司研制的一款智能、實用的開發(fā) 系統(tǒng) 軟件。 uVision2 是由 KEIL Software 公司研制的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)工具， uVision2 的集成開發(fā)環(huán)境囊括了：匯編器、編譯器、實時操作系統(tǒng)、調(diào)試器和項目管理器。 PPOTUES ISIS 簡介 PROTUES 軟件是由英國 Labcenter Electronics 公司研發(fā)的 EDA 系統(tǒng)設(shè)計工具 軟件，它可以幫助設(shè)計者進行電路分析和仿真。 PROTUES 不僅是當(dāng)今最好的單片機和外圍電路仿真的工具軟件， 而且 還提供 設(shè)計、仿真數(shù)字電路 和 分析、模擬電路 及 模 /數(shù)混合電路的平臺， 真正的實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。該軟件可以直接在原理圖的虛擬原型上進行編譯，然后配合顯示和輸出可以看到仿真的結(jié)果。 仿真結(jié)果與操作說明 系統(tǒng)總體仿真 本系統(tǒng)以 AT89C52 單片機為核心，選用 的晶振，利用液晶和鍵盤來做計算器設(shè)計，應(yīng)用范圍廣泛而且方便實用。 本設(shè)計應(yīng)當(dāng)達到一般計算器所具有的加、減、乘、除四則運算功能，并且在此基礎(chǔ)上擁有一定的擴展。根據(jù)模塊需求以及計算器的工作流程基本確定計算器總體的仿真設(shè)計圖，系統(tǒng)的總體仿真圖如圖 。 （ 2） P2 口：為輸入端口，與 4*4 矩陣鍵盤連接，實現(xiàn)計算器的按鍵輸入。 整個計算器包括鍵盤電路與顯示電路。 根據(jù)硬件仿真和軟件語言編程，系統(tǒng)基本完成了簡易計算器的功能，并且在此基礎(chǔ)上進行了功能擴展。 系統(tǒng)的操作說明 （ 1） 開機默認 LCD1602 顯示屏亮起并顯示本人信息，做屏保使用，按清除鍵可清除信息做計算器使用，如圖 。”為運算符號； C 是清除鍵，也做計算器復(fù)位 使用； DEL 是刪除鍵，用于撤銷上次鍵入的錯誤數(shù)據(jù)，可以連續(xù)按 DEL 進行連續(xù)撤銷； M+鍵用于存儲上次計算的數(shù)據(jù)和結(jié)果，按一次M+輸出上次結(jié)果，按 TSamp。如果以‘ M+’‘ TSamp。的順序按下鍵盤，那么 M+中的數(shù)據(jù)將會更新； TSamp。S，再按下數(shù) 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 2