基于AT89S52的简易计算器设计论文Word文档下载推荐.docx

基于AT89S52的简易计算器设计论文Word文档下载推荐.docx

《基于AT89S52的简易计算器设计论文Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于AT89S52的简易计算器设计论文Word文档下载推荐.docx（46页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步的提高，尤其是微电子技术的发展，犹如雨后春笋般的变化。

电子产品的更新速度快就不足惊奇了。

计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。

如何使计算器技术更加的成熟，充分利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器，使其更好的为各个行业服务，成了如今电子领域重要的研究课题。

单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。

单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

本系统就是充分利用了AT89S52芯片的I/O引脚。

ATMEL89系列单片机是ATMEL公司的以8031核构成的8位Flash单片机系列。

这个系列单片机的最大特点就是在片内含有Flash存储器。

至于位数和功能，如果有需要可以设计扩充原系统来实现。

1.2设计目的

通过本次设计，运用《智能化测量控制仪表原理与设计》、《MCS-51系列单片微型计算机及其应用》所学知识及查阅相关资料，完成简易计算器的设计，达到理论知识与实践更好结合、提高综合运用所学知识和设计能力的目的。

本设计旨在进一步掌握单片机理论知识，理解嵌入式单片机系统的硬软件设计，加强对实际应用系统设计的能力。

通过本设计的学习，使我掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用本科阶段所学软、硬件知识分析实际问题，提高解决毕业设计实际问题的能力，为单片机应用和开发打下良好的基础。

⑴对字符液晶显示模块的工作原理，如初始化、清屏、显示、调用及外特性有较清楚的认识，并会使用LCD（液晶显示模块）实现计算结果的显示；

掌握液晶显示模块的驱动和编程，设计LCD和单片机的接口电路，以及利用单片机对液晶模块的驱动和操作；

⑵在充分分析内部逻辑的概念，进行软件和调试，学会使用，并能够以其为平台设计出具有四则运算能力简易计算器的硬件电路和软件程序。

1.3设计任务

在本次工程实践中，主要完成如下方面的设计任务：

⑴简要综述单片机技术发展的现状及液晶显示和矩阵键盘基本原理；

⑵掌握MCS-51系列某种产品的最小电路及外围扩展电路的设计方法；

⑶了解单片机数据转换功能及工作过程；

⑷用protues软件完成原理电路的绘制；

⑸完成系统设计说明书。

2计算器系统简介

2.1单片机的发展

随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，在一片集成电路芯片上集成微处理器、储存器、I/O接口短路等元器件，从而构成了“单片机微型计算机”，简称单片机。

单片机的诞生标志着计

算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。

以单片机微核心的智能化产品，将计算机技术、信息处理技术和电子测量与控制技术结合在一起，对传统产品结构和应用方式产生根本性的变革。

单片机的发展像PC系统中的CPU一样历经几代的过程，由于单片机的巨大市场空间和广泛的应用范围，世界各大芯片厂商纷纷推出自己的单片机产品。

1976年Intel公司率先推出8位机MCS-48系列产品，其性能大大超过并取代了MCS-48系列产品。

如计算速度为MCS-48系列的10倍，时钟12MHz时指令周期可为1μs。

由于8位机可以一次处理一个ASCⅡ码，因而一问世便显示出其强大的生命力，广泛应用于显示、终端键盘、打印、字处理、工业控制等。

虽然在8位机发展应用过程中出现了16位机、32位机，乃至64位机，但是8位机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占领着单片机市场的主导地位。

所以世界各大芯片生产厂商纷纷生产与MCS-51兼容或不兼容的单片机产品。

虽然单片机品种多样，型号繁多，时至至今有如下发展趋势：

⑴低功耗CMOS化

MCS-51系列的8051推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。

象80C51就采用了HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。

CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。

所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。

⑵微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。

甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。

现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

⑶主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。

所以51为核心的单片机占据了半壁江山.而Microchip公司的PIC精简指令集（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。

此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。

在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。

2.2计算器系统现状

计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可选外围设备及电子配件通过人工或机器设备组成。

低档计算器的运算器、控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算，其随机存储器只有一、二个单元，供累加存储用。

高档计算器由微处理器和只读存储器实现各种复杂的运算程序，有较多的随机存储单元以存放输入程序和数据。

键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。

为减小计算器的尺寸，一键常常有多种功能。

显示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示器或液晶显示器等。

除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等。

计算器电源采用交流转换器或电池，电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。

为节省电能，计算器都采用CMOS工艺制作的大规模集成电路（见互补金属-氧化物-半导体集成电路），并在内部装有定时不操作自动断电电路。

计算器可选用的外围设备有微型打印机、盒式磁带机和磁卡机等。

2.3简易计算器系统简介

本计算器是以AT89S52单片机为核心构成的简易计算器系统。

该系统通过单片机控制，实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测，并把检测数据存储下来。

整个计算器系统的工作过程为：

首先存储单元初始化，显示初始值和键盘扫描，判断按键位置，查表得出按键值，单片机则对数据进行储存与相应处理转换，之后送入数码管动态显示。

整个系统可分为三个主要功能模块：

功能模块一，实时键盘扫描；

功能模块二，数据转换为了数码管显示；

功能模块三，数码管动态显示。

3主要器件简介

3.1AT89S52单片机简介

单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU（MicroControlUnit）。

通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的基本功能部件：

中央处理器CPU，存储器和I/O接口电路等。

因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中AT89S52以MCS-51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。

AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。

该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。

片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。

通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。

它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。

AT89S52单片机如图3-1所示。

图3-1单片机AT89S52

3.1.1主要性能

（1）•8031CPU与MCS-51兼容

　　•8K字节可编程FLASH存储器（寿命：

1000写/擦循环）

　　•全静态工作：

0Hz-33MHz

　　•三级加密程序存储器

　　•128*8位内部RAM

　　•32条可编程I/O线

　　•三个16位定时器/计数器

　　•八个中断源

　　•全双工UART串行通道

•低功耗的闲置和掉电模式

•掉电后中断可唤醒

•看门狗定时器

•双数据指针

•掉电标识符

•片内振荡器和时钟电路

（2）管脚说明：

　　▪VCC：

供电电压。

▪GND：

接地。

3.1.2AT89S52的功能特性描述

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

此外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

8位微控制器8K字节在系统可编程Flash。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

3.1.3AT89S52引脚功能

AT89S52单片机为40引脚芯片见图3-2。

图3-2AT89S52引脚图

⑴口线：

P0、P1、P2、P3共四个八位口。

▪P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

　　当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

▪P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

　　在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

　　引脚号第二功能：

　　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

　　P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

　　P1.5MOSI（在系统编程用）

　　P1.6MISO（在系统编程用）

　　P1.7SCK（在系统编程用）

▪P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

▪P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

　　P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-1所示。

表3-1P3口管脚备选功能：

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

/INT0（外部中断0）

P3.3

/INT1（外部中断1）

P3.4

T0（记时器0外部输入）

P3.5

T1（记时器1外部输入）

P3.6

/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

/RD（外部数据存储器读选通）

　　在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

⑵其他引脚说明：

▪RST：

复位输入。

晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。

看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

▪ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

▪PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

▪EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

▪XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

▪XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

XTAL1，XTAL2接石英晶体振荡器。

如图3-3所示晶体电路图。

晶振电路如图3-3所示：

图3-3晶振电路

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。

内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。

晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择，在本设计电路中选用了12MHz。

电容取20PF左右。

机器周期＝12×

时间周期，如12MHz的机器周期为1微秒。

⑷控制或复位引脚

RESET此脚为高电平时（约2个机器周期）可将单片机复位。

RST/VPD——当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。

复位后，P0～P3输出高电平；

SP寄存器为07H；

其它寄存器全部清0；

不影响RAM状态。

如图3-4所示。

图3-4按键电平复位

　AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能，故而取代了89CXX系列的下载方式，也是因为这样，ATMEL公司已经停止生产89CXX系列的单片机，现在市面上的AT89CXX多是停产前的库存产品。

3.1.4AT89S52的编程方法

编程前，须按编程模式表设置好地址、数据及控制信号；

顺序如下：

⑴在地址线上加上要编程单元的地址信号。

⑵在数据线上加上要写入的数据字节。

⑶激活相应的控制信号。

⑷将EA/Vpp端加上+12V编程电压。

⑸每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序机密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。

每个字节写入周期是自身定时的，大多数约为50us。

改变编程单元的地址和写入的数据，重复①—⑤步骤，直到全部文件编程结束。

单片机的现状及发展方向：

单片机是为了工业控制需要满足而诞生的，是自动控制系统的核心部件，因而也主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。

它具有体积小，功能多、价格低、使用方便、系统设计灵活等优点，应用领域不断扩大，除了工业控制，智能化仪表，通讯，家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件。

由于单片机主要面向工业控制，工作环境比较恶劣，入高温，强电磁干扰，甚至含有腐蚀性气体，在太空中工作的单片机控制系统，还必须具有抗辐射能力，这决定了单片机CPU于通用微机CPU具有不同的技术特征和发展方向：

（1）可靠性高；

（2）控制功能往往很强，数值计算交叉；

（3）指令系统比通用微处理器慢的多；

（4）X系列芯片取代；

（5）抗干扰性强，工作温度范围宽。

3.2其它器件简介

3.2.1键盘接口电路

键盘可分为两类：

编码键盘和非编码键盘。

编码键