【正文】 它進(jìn)行較大數(shù)目的四則運(yùn)算，并運(yùn)用它來探索有關(guān)規(guī)律，有利于幫助學(xué)生形成初步的探索和解決問題的能力。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于工業(yè)控制領(lǐng)域，因此又稱為微控器。 單片機(jī)的發(fā)展分為 4個階段： 第一階段（ 1974— 76年）：單片機(jī)初級階段。例如美國仙童公司生產(chǎn)的 F8 單片機(jī)，實(shí)際上只包括了 8 位 CPU，64 個字節(jié)的 RAM 和 2 個并行接口。以 InTEL 公司生產(chǎn)的 MCS—— 48 系列單片機(jī)為代表，該系列單片機(jī)片內(nèi)集成有 8位 CPU， 8 位定時器 /計(jì)數(shù)器，并行 I/O 接口，RAM 和 ROM 等，但是最大的缺點(diǎn)就是無串行 接口，中斷處理比較簡單而且片內(nèi) RAM 和 ROM容量較小，且尋址范圍不大與 4KB。多級中斷系統(tǒng)， 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器，片內(nèi) ROM， RAM 容量加大，且尋址范圍可達(dá) 64KB，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器。此階段的主要特征是：一方面發(fā)展 16 位單片機(jī)， 32 位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔 8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，增加片內(nèi)器件，以滿足不同的客戶要求 。 工業(yè)自動化：在自動化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測控技術(shù)，都離不開單片機(jī)。 3 儀器儀表：目前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積，易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化和多功能化方向發(fā)展。目前家電產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢是不斷提高其智能化程度。在這些設(shè)備中使用了單片機(jī)后，其功能和性能大大提高，并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制 。例如，在微波通信、短波通信、載波通信、光纖通信、程控交換等通信設(shè)備和儀器中都能找到單片機(jī)的應(yīng)用。 終端及外部設(shè)備控制：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端，以及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備如打印機(jī)、硬盤驅(qū)動器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等，在這些設(shè)備中都使用了單片機(jī)。 4 2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 我所設(shè)計(jì)的題目是一個會運(yùn)算加減乘除的計(jì)算器，而我所用到的電路如圖 所示： 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 1．我的設(shè)計(jì)里用到的單片機(jī)芯片是 AT89C51 芯片，除此之外還包括：晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)； 2．四乘四的鍵盤； 3． 5個 LED 顯示電路，我們設(shè)計(jì)的電路是采用靜態(tài)顯示。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 最 小 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 按鍵電路 晶振電路 復(fù)位電路 LED 靜 態(tài) 顯 示 5 圖 AT89C51管腳圖 主要特性 ： 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 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 RAM 32可編程 I/O 線 兩個 16位定時器 /計(jì)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 6 單片機(jī)附屬電路 單片機(jī)附屬電路主要有晶體振蕩電路和復(fù)位電路。 2．本設(shè)計(jì)所用的晶體振蕩電路 如圖 ： C133PC233PY11 2 M H zX1X2 圖 晶體振蕩電路 此晶振電路所選用的石英晶振頻率為 12MHZ。 在一個時鐘周期內(nèi)， CPU僅完成一個最基本的動作。由于時鐘脈沖是 單片 機(jī)的基本工作脈沖，它控制著 單片 機(jī)的工作節(jié)奏（使 單片 機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。但是，由于不同的 單片 機(jī) 的 硬件電路和器件不完全相同，所以其需要的時鐘頻率范圍也不相同。 二、復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機(jī)從第 — 個單元取指令。 單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須 使 RST/Vpd或 RST引腳加上持續(xù)兩個機(jī)器周期 (即 24個振蕩周期 )的高電平。單片機(jī)常 用的復(fù)位電 路如圖(a)和圖 (b)所示： 7 C31 0 u FS1S W P BR 1 11KR 1 01 0 0V C C+ 5 VR E S E T( a) R12 00R21KC12 2u sV C CR E S E TV C CV S SR E S E TM C S 5 1( b ) 圖 (a) 復(fù)位電路 圖 (b) 與單片機(jī)相連的復(fù)位電路 圖 (a) 就是我們的設(shè)計(jì)中使用的復(fù)位電路，其電阻阻值的選擇和電容容量的選擇都是經(jīng)過計(jì)算的，而最后計(jì)算的結(jié)果時間常數(shù)可以滿足 我們的需求。 圖 (b)為按鍵復(fù)位電路。 對矩陣式鍵盤的認(rèn)識 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理： 在鍵盤中 的 按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如 圖 。這樣 ，只需要單片機(jī)的 一個端口（如 P1口）就可以構(gòu)成 4*4=16個按鍵，比直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9鍵）。 由于本系統(tǒng)按鍵較多，在這里采用矩陣式 4*4鍵盤，這樣可以合理應(yīng)用硬件資源，用一個 8位 I/O口控制 , 如圖 ： 8 R110K+ 5 VR210KR310KR410KK6K 1 0K 1 4K3K7K 1 1K 1 5K1K5K9K 1 3K4K8K 1 2K 1 6K2V C Cp10p11p12p13p14p15p16p17X0X1X2X3Y0 Y1 Y2 Y3 圖 按鍵電路 矩陣式結(jié) 構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，圖 ，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的 I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低 ， 行線輸出是低電平 。具體的識別及編程方法如 。 行掃描法 ： 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法， 是一種最常用的按鍵識別方法 。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4根行線相交叉的 4個按鍵之中。 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。在確定某根行線為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。 二、 下面給出一個具體的例子： 9 圖仍如 。列線 P14P17分別接有 4個上拉電阻到正電源 +5V，并把 行 線P10P13設(shè)置為輸 出 線， 列 線 P14P17設(shè)置為輸 入 線。 。 。 ，應(yīng)識別出是哪一個鍵閉合。 P10P13按下述 4種組合依次輸出： P13 1 1 1 0 P12 1 1 0 1 P11 1 0 1 1 P10 0 1 1 1 在每組行輸出時讀取 P14P17，若全為 “1” ，則表示為 “0” 這一行沒有鍵閉合，否則有鍵閉合。 CPU僅作一次處理，必須 消 除鍵釋放時的抖動。 ” 。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖 （ b）和圖 （ c）所示。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。 共陽極數(shù)碼管的工作原理 與共陰極的正好相反。 11 LED 顯示字型碼表 見表 ： 表 LED顯示字型碼 表 顯示字符 共陰極 共陽 極 顯示字符 共陰極 共陽 極 0 3FH C0H 9 6FH 90H 1 06H F9H A 77H 88H 2 5BH A4H B 7CH 83H 3 4FH B0H C 39H C6H 4 66H 99H D 5EH A1H 5 6DH 92H E 79H 86H 6 7DH 82H F 71H 8EH 7 07H F8H 8 7FH 80H 顯示的種類 1． 靜態(tài)顯示概念 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。每個數(shù)碼管的 8個字段分別與一個 8位 I/O 口地址相連， I/O 口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到 I/O 口輸出新的段碼。 2. 動態(tài)顯示概念 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段