单片机设计实验报告简单计算器的设计Word文档格式.docx
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单片机主控模块、键盘模块、功率放大模块、闹铃模块、按键设置模块。
下面对各个模块的设计方案逐一进行论证分析。
2.硬件原理电路图的设计及分析
2.1主控模块
STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。
STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器（掩膜ROM），和128B的数据存储器（RAM）组成。
STC89C52单片机的基本组成框图见图2-1。
图2-1
2.1.1STC89C52单片机主要特性
1.一个8位的微处理器（CPU）。
2.片内数据存储器RAM（128B），用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89系列单片机最多提供1K的RAM。
3.片内程序存储器ROM（4KB），用以存放程序、一些原始数据和表格。
4.四个8位并行I／O接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。
5.两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。
6.五个中断源的中断控制系统。
7.一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I／O口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。
8.片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。
最高允许振荡频率为12MHz。
2.1.2STC89C52单片机管脚图
图2-289S52单片机管脚图
1.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：
2.控制信号引脚RST,ALE,PSEN和EA：
3.输入/输出端口P0/P1/P2/P3：
2.1.3STC89C52单片机的中断系统
STC89C52系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。
由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；
由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；
同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。
2.1.4STC89C52单片机的定时/计数器
在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；
也经常要对外部事件进行计数。
89C52单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：
T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。
2.2.1矩阵键盘原理介绍
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。
在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。
这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。
由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。
这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。
行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
2.2.2矩阵键盘电路设计
图2-3矩阵键盘硬件连接图
首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。
方法是：
向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。
如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。
判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。
依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；
如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
2.3LCD液晶显示器简介
液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明程度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这特点便可做成字符显示器。
液晶显示器（LCD）英文全称为LiquidCrystalDisplay，它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。
显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。
本系统显示部分用的是LCD液晶模块，采用一个16×
1的字符型液晶显示模块。
2.3.1液晶模块简介
LCD1602液晶模块采用HD44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM（AC）。
IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDTAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码， CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系，可以查看参考文献（30）中的表4. CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节，可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符，AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或CGRAM但愿，LCD1602液晶模块的引脚图如图2-4所示。
图2-4LCD1601引脚图
寄存器选择控制如表2-1。
表2-1寄存器选择控制
RS
R/W
操作说明
写入指令寄存器（清除屏等）
1
读busyflag（DB7），以及读取位址计数器（DB0~DB6）值
写入数据寄存器（显示各字型等）
从数据寄存器读取数据
2.3.2液晶显示部分与89S52的接口
如图2-5所示。
用89C51的P2口作为数据线，用P3.2、P3.1、P3.0分别作为LCD的E、R/W、RS。
其中E是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号本模块设计要点如下：
显示模块初始化：
首先清屏，再设置接口数据位为8位，显示行数为1行，字型为5×
7点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁,最后设置为正向增量方式且不移位。
向LCD的显示缓冲区中送字符，程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示.首先取一个要显示的字符或数据送到LCD的显示缓冲区，程序延时2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。
图2-5LCD1602与STC89C52的接口
3系统软件设计
3.1系统软件流程图
图3-1软件流程图
18
3.2系统整体原理图
4.系统调试
4.1硬件调试
计算器的电路系统较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，对于各种锋利的引脚要注意处理，否则会刺破带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。
在本计算器的设计调试中遇到了很多的问题。
回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：
（1）程序调试初期液晶一直没有正常显示，总在第一行显示黑条。
解决：
经调查发现液晶对比度没有调好，旋转液晶调节对比度用的电位器直到液晶显示正常。
（2）开始时程序一直不能往单片机下载。
检查复位电路，时钟电路，以及单片机的供电系统，后来发现晶振没有起振，最终把晶振的起振电容换了就能够下载程序。
4.2软件调试
计算器是多功能的数字型设备，可以根据用户按下的按键记录要计算的数值。
并通过单片机内部运算计算出结果并在屏幕上显示。
计算器的功能很多，所以对于它的程序也较为复杂,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。
最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件。
在软件的调试过程中主要遇到的问题如下：
1．每次计算一次数值运算后，屏幕上会残留以前换算的结果，进行下一次运算的时候也没有消除。
经过分析初步确认是液晶在进行下一次运算的时候没有进行清屏，在上一次运算完成后，进行新一次运算的时候单片机对液晶进行处理使其进行清屏处理，最后解决了此问题。
2．当用户按下按键的时候，单片机读取的数值跟设定的数值不对。
重新检查矩阵键盘电路的连接，重新建立一个新的对应关系。
4.3调试结果
经过一系列的问题查找后系统最终能正常工作，并完成所有的功能。
以下为系统仿真图:
图4-1系统仿真图
5.心得体会
通过这次课程设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。
经过我长时间的设计及调试，本系统基本能实现设定的要求。
通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。
首先硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。
基本掌握了Protel99SE原理图的方法，并设计了一个单片机最小系统。
通过开发板的设计和硬件搭建的过程，使我对51系单片机的接口有了更深层次的理解，熟悉了一些单片机常用的外围电路引脚和连接方法，如LED数码管，键盘等。
并且我学会了分析问题解决问题的能力，加深了对所学理论知识的理解和运用。
我的动手能力得到了很大的提高，创新意识得到了锻炼。
在整个设计过程中，虽然忙碌劳累，但也充实快乐，老师每天都会不厌其烦的陪着我们在机房，有任何问题都会对我们倾囊相授，在这我想向陪伴我们三年的老师说声谢谢，你们辛苦了！
参考文献
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华南理工大学出版社，2004年
[3]阎石．数字电子技术基础．北京：
高等教育出版社，1997年
[4]张晓丽等．数据结构与算法．北京：
机械工业出版社，2002年
[5]马忠梅等．ARM&
Linux嵌入式系统教程．北京：
北京航空航天大学出版社，
[6]李建忠．单片机原理及应用．西安：
西安电子科技大学，2002年
[7]韩志军等.单片机应用系统设计[M].机械工业出版社，2004
[8]周润景等.Proteus在MCS-51&
ARM7系统中的应用百例[M].电子工业出版社，
[9]马忠梅等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社，2006
[10]刘树中，孙书膺，王春平.单片机和液晶显示驱动器串行接口的实现[J].微计算机信息，2007
系统源程序
#include<
reg52.h>
#include"
LCD1602.h"
math.h"
//端口及函数说明----------------------------------------------------------------------------
#defineKey_portP2 //按键
unsignedcharkey_scan（void）;
//键盘扫描函数
bitFlagN=0;
//是否有数字按下,按下后置1
bitFlagO=0;
//是否有操作符按下，按下后置1
bitFlagD=0;
//是否按下小数点，按下后置1
bitFlagNegX=0;
bitFlagNegY=0;
doubleX=0.0,Y=0.0,RES=0.0;
//X为第一个操作数Y为第二个操作数
unsignedcharOPER=0;
//操作符号
intNum[16]={0};
//存放结果位
//-------------------------------------------------------------------------------
voiddelay（unsignedinti）
{
unsignedintx,y;
for（x=0;
x<
i;
x++）
for（y=0;
y<
110;
y++）;
}
while（Num[i]==0）//判断第一个不为0的数
{
i++;
}
k=4-i;
if（i>
3） //RES<
1时
LCDDispChar（2,2,'
0'
）;
LCDDispChar（3,2,'
.'
for（l=0;
l<
4;
l++）
{
LCDDispNum（4+l,2,Num[l+4]）;
}
else
for（j=0;
j<
k;
j++） //显示所有的整数部分
LCDDispNum（2+j,2,Num[i++]）;
LCDDispChar（2+j,2,'
j++;
LCDDispNum（2+j,2,Num[l+4]）;
j++;
}
}
//计算部分的函数
//传入参数：
x-运算数1，y运算数2，oper运算符号
//返回值：
运算结果
voidCalculate（void）
switch（OPER）
{
case11:
RES=（double）X*1.0+Y;
break;
case12:
RES=（double）X*1.0-Y;
case13:
RES=（double）X*1.0*Y;
case14:
RES=（double）X*1.0/Y;
default:
}
//主函数
voidmain（）
{
unsignedchari=0;
unsignedinttemp=0;
unsignedcharlocation=0;
//当前显示指针位置
FlagN=0;
FlagO=0;
FlagD=0;
FlagNegX=0;
FlagNegY=0;
LCDInit（）;
while（FlagO）
LCDCursor（）;
while（FlagN）//输入X的过程中没有按下操作符建按下后跳出
{
i=key_scan（）;
OPER=i;
//取得操作符
if（（i>
=0）&
&
（i<
10））
{
if（FlagD）//当没有按下小数点时
{
X=X*10+i;
}
else //按下小数点后的情况，
{ //储存值以便显示
Num[temp+4]=i;
//更新X值以便计算
if（temp==0）
X=X+（double）i/10;
if（temp==1）
X=X+（double）i/100;
if（temp==2）
X=X+（double）i/1000;
if（temp==3）
X=X+（double）i/10000;
if（temp==4）
X=X+（double）i/100000;
temp++;
}
LCDDispNum（location++,1,i）;
}
elseif（i==10） //显示小数点
LCDDispChar（location++,1,'
}
elseif（i==12&
X==0）//按下‘-’号
FlagN=0;
FlagNegX=1;
LCDDispChar（location++,1,'
-'
}//输入X
if（FlagNegX）
X=0-X;
if（i==11） //显示操作符
LCDDispChar（location++,1,'
+'
elseif（i==12）
LCDDispChar（location++,1,'
elseif（i==13）
X'
elseif（i==14）
/'
else
?
'
temp=0;
FlagD=0;
FlagN=0;
FlagO=0;
//所有标志位清零
while（FlagO）//没有按下=时
i=key_scan（）;
10））
if（!
FlagD）//当没有按下小数点时
Y=Y*10+i;
else
{
Y=Y+（double）i/10;
Y=Y+（double）i/100;
Y=Y+（double）i/1000;
Y=Y+（double）i/10000;
Y=Y+（double）i/100000;
}
LCDDispNum（location++,1,i）;
Y==0）//按下‘-’号
FlagNegY=1;
（'
if（i==10） //显示小数点
if（!
FlagNegY）
Y=0-Y;
）'
if（i==15）
='
LCDNotCursor（）;
Calculate（）;
connum（RES）;
while
（1）;
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