畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)Page1基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)課題名稱：基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：專業(yè)：院系：指導(dǎo)教師：年月日目錄第一章 緒論 11.1前言 1第二章方案設(shè)計(jì) 22.1功能要求 22.2方案論證 22.3單片機(jī)簡介 22.4HYPERLINK第三章系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 53.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 53.2矩陣鍵盤介紹 6HYPERLINK3.5獨(dú)立按鍵 12第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 144.1軟件系統(tǒng)介紹 144.2主程序介紹 144.3主流程圖 14結(jié)論 15致謝 16參考文獻(xiàn) 17HYPERLINK附錄一：原理圖、仿真圖 18附錄二：實(shí)物圖、上位機(jī)圖 21HYPERLINK附錄四：程序 22PagePage1摘要本設(shè)計(jì)以STC89C52RC單片機(jī)作為計(jì)算器的微處理器；采用4*4矩陣按鍵作為數(shù)據(jù)輸入，以LCD1602實(shí)現(xiàn)信息交互。矩陣按鍵的設(shè)計(jì)：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之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）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。采用低功耗的字符型液晶作為顯示器件，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。顯示更為直觀。該系統(tǒng)基于可靠地硬件設(shè)計(jì)和穩(wěn)定的軟件算法實(shí)現(xiàn)題目的基本要求。關(guān)鍵詞：STC89C52RC;矩陣按鍵;LCD1602，液晶。AbstractThedesignofSTC89C52RCsinglechipcalculatorprocessorusing4*4matrixkeysasadatainput,LCD1602interaction.Designofmatrixkeys:whentherearenumberofkeysinthekeyboard,inordertoreducetheI/Oportuse,usuallybuttonsarrangedinamatrixform.Matrixkeyboard,eachintersectionofhorizontalandverticallinesnotdirectlyconnected,butakeytobeconnected.Inthisway,aport(suchastheP1)canconstitutea4*4=16key,thantheportlinesdirectlytothekeyboard1timemoreandmorelines,moreobviousdifference,addedaline,forexample,canconstitutea20-keykeyboard,anddirectlywiththeportlinescanonlybeextrakeys(9).Therefore,comparisonofnumberofkeysrequiredforquitesometime,makingthekeyboardmatrixmethodisreasonable.Lowpowerconsumption-charactercanbeusedasadisplaydevice,1602LCDalsocalled1602-character,itisaspecificallydesignedtodisplayletters,numbers,symbols,suchasthedot-matrixLCDmodules.Showmoreintuitive.Thesystemisbasedonreliablehardwaredesignandthebasicrequirementsofstablesoftwaretopics.Keywords:STC89C52RC;Matrixkeypad;LCD1602;LCD緒論1.1前言計(jì)算器是日常工作和學(xué)習(xí)生活中的常用工具，人們利用它代替了許多復(fù)雜計(jì)算，包括加減乘除和其他運(yùn)算。尤其是小型計(jì)算器，它攜帶方便，在生活中用起來方便快捷，成為了財(cái)政、學(xué)習(xí)、生意上都青睞的必需品。它的需求廣泛，在計(jì)算器的發(fā)展上存在很大的空間和市場意義。單片機(jī)在我國的各行各業(yè)得到了廣泛使用，單片機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)制造技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，它是嵌入式控制系統(tǒng)的核心。如今，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用到我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域，如：電子、科技、通信、汽車、工業(yè)等。一般只需幾塊錢，有著經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的優(yōu)勢，用單片機(jī)可以很方便的實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的設(shè)計(jì)。使用單片機(jī)來設(shè)計(jì)計(jì)算器有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能明顯地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微處理機(jī)不斷涌現(xiàn)，硬件費(fèi)用會(huì)變得很便宜。體積小、重量輕、耗能少是它們的共同優(yōu)點(diǎn)。（2）可顯著改善控制的可靠性。集成電路和大規(guī)模集成電路的平均無故障時(shí)大大長于分立元件電子電路。（3）硬件電路易標(biāo)準(zhǔn)化。在電路集成過程中采用了一些屏蔽措施，可以避免電力電子電路中過大的瞬態(tài)電流、電壓引起的電磁干擾問題，因此可靠性比較高。（4）采用微處理機(jī)的數(shù)字控制，使信息的雙向傳遞能力大大增強(qiáng)，容易和上位系統(tǒng)機(jī)聯(lián)接，可隨時(shí)改變控制參數(shù)。（5）可以設(shè)計(jì)適合于眾多電力電子系統(tǒng)的統(tǒng)一硬件電路，其中軟件可以模塊化設(shè)計(jì)，拼裝構(gòu)成適用于各種應(yīng)用對(duì)象的控制算法；以滿足不同的用途。軟件模塊可以方便地增加、更改、刪減，或者當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)變化時(shí)徹底更新。方案設(shè)計(jì)2.1功能要求能夠讀取矩陣按鍵的數(shù)據(jù)輸入，并對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并通過LCD1602液晶與用戶實(shí)現(xiàn)信息交互。軟件對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算的支持包括負(fù)數(shù)、小數(shù)的計(jì)算，對(duì)不符合要求的輸入數(shù)據(jù)，能通過LCD1602實(shí)現(xiàn)報(bào)錯(cuò)功能。2.2方案論證方案一:采用獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入，軟件編寫簡便，但需要大量可用IO口，占用了大量資源。方案二:采用矩陣按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入，軟件編程稍復(fù)雜，但是16個(gè)按鍵僅僅只需要八個(gè)IO口，相比獨(dú)立按鍵，節(jié)約了一半的硬件資源。方案三:信息交互采用數(shù)碼管，數(shù)碼管由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，多用于顯示數(shù)字，筆畫等。方案四：信息交互采用LCD,它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。顯示更為直觀。以上4種方案都可以實(shí)現(xiàn)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本硬件需求。出于綜合考慮,我們采用方案二實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入，節(jié)約硬件IO資源，采用方案四實(shí)現(xiàn)信息交互，顯示更加直觀。2.3單片機(jī)簡介STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。1.增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.[1]

2.工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM6.通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T210.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11.通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART12.工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）13.PDIP封裝2.4管腳說明1電源:

①VCC-芯片電源，接+5V；

②VSS-接地端；

2.時(shí)鐘:

XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

3.控制線:

控制線共有4根：

①RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。

②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。

4.I/O口線：P0、P1、P2、P3共四個(gè)八位口。

P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫操作。P0口也用以輸出外部存儲(chǔ)器的低8位地圖1址。由于是分時(shí)輸出,故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存,信號(hào)用ALE。

P1口是專門供用戶使用的I/O口,是準(zhǔn)雙向口。

P2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí),P2口也可以作為用戶I/O口線使用,P2口也是準(zhǔn)雙向口。

P3口是雙功能口,該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一I/O功能或第二I/O功能。作為第一功能使用時(shí)操作同P1口。主要特性8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間;可直接使用串口下載；圖2-1單片機(jī)引腳圖系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)：由矩陣按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、LCD1602實(shí)現(xiàn)信息交互，經(jīng)過C語言編程，使硬件實(shí)現(xiàn)簡單的計(jì)算器功能。本設(shè)計(jì)通過使用STC89C51單片機(jī)芯片來設(shè)計(jì)電路，編制程序，仿真，調(diào)試，完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。整個(gè)控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：矩陣按鍵模塊、LCD1602顯示模塊、串口調(diào)試模塊。圖3-1系統(tǒng)模塊組成圖3.2矩陣鍵盤介紹矩陣鍵盤是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組。矩陣鍵盤程序則實(shí)現(xiàn)了矩陣鍵盤的功能。矩陣鍵盤減少了I/O的占用，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法是很合理的。結(jié)構(gòu)組成：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之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）。識(shí)別方法：矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比獨(dú)立按鍵要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，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。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。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(shí)別方法，介紹過程如下。1、判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。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(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。軟件編程：第一步，使行線為編程的輸入線，列線是輸出線，拉低所有的列線，判斷行線的變化，如果有按鍵按下，按鍵按下的對(duì)應(yīng)行線被拉低，否則所有的行線都為高電平。第二步，在第一步判斷有鍵按下后，延時(shí)10ms消除機(jī)械抖動(dòng)，再次讀取行值，如果此行線還處于低電平狀態(tài)則進(jìn)入下一步，否則返回第一步重新判斷。第三步，開始掃描按鍵位置，采用逐行掃描，每間隔1ms的時(shí)間，分別拉低第一列，第二列，第三列，第四列，無論拉低哪一列其他三列都為高電平，讀取行值找到按鍵的位置，分別把行值和列值儲(chǔ)存在寄存器里。第四步，從寄存器中找到行值和列值并把其合并，得到按鍵值，對(duì)此按鍵值進(jìn)行編碼，按照從第一行第一個(gè)一直到第四行第四個(gè)逐行進(jìn)行編碼，編碼值從“0000”至“1111”，再進(jìn)行譯碼，最后顯示按鍵號(hào)碼。圖3-2矩陣按鍵電路圖HYPERLINK3.3串口調(diào)試串行接口是一種可以將接受來自CPU的并行數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，同時(shí)可將接受的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)字符供給CPU的器件。一般完成這種功能的電路，我們稱為串行接口電路。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。串口通信（SerialCommunications）的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。通信原理：串口通信（SerialCommunications）的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長度不得超過2米；而對(duì)于串口而言，長度可達(dá)1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成，分別是地線、發(fā)送、接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配。a，波特率：這是一個(gè)衡量符號(hào)傳輸速率的參數(shù)。指的是信號(hào)被調(diào)制以后在單位時(shí)間內(nèi)的變化，即單位時(shí)間內(nèi)載波參數(shù)變化的次數(shù)，如每秒鐘傳送240個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含10位（1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，8個(gè)數(shù)據(jù)位），這時(shí)的波特率為240Bd，比特率為10位*240個(gè)/秒=2400bps。一般調(diào)制速率大于波特率，比如曼徹斯特編碼）。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)往往不會(huì)是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是6、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127（7位）。擴(kuò)展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼），那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語“包”指任何通信的情況。c，停止位：用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。d，奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位為1，這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會(huì)判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。通訊結(jié)構(gòu)：串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。串口是?jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。大多數(shù)計(jì)算機(jī)（不包括筆記本電腦）包含兩個(gè)基于RS-232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時(shí)，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。RS-232（ANSI/EIA-232標(biāo)準(zhǔn)）是IBM-PC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)。可用于許多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem，同時(shí)也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動(dòng)和連線的改進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用中RS-232的傳輸長度或者速度常常超過標(biāo)準(zhǔn)的值。RS-232只限于PC串口和設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS-232串口通信最遠(yuǎn)距離是50英尺。圖3-3串口調(diào)試電路圖3.4液晶顯示模塊LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。（1）引腳說明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。（2）1602LCD的RAM地址映射以及標(biāo)準(zhǔn)字庫表LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符圖有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母。它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的（說明：1為高電平，0為低電平）。指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示。C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)。B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線。N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示。F：低電平時(shí)顯示5X7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符（有些模塊是DL：高電平時(shí)為8位總線，低電平時(shí)為4位總線）。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀出忙信號(hào)和光標(biāo)地址。BF為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙，模塊就能接收相應(yīng)的命令或者數(shù)據(jù)。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。本設(shè)計(jì)的灰度調(diào)節(jié)是采用10k電阻和1.5k電阻分壓的形式，灰度適中。液晶顯示電路如下圖3-4液晶顯示電路3.5獨(dú)立按鍵單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個(gè)I/O口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤接法。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們在按鍵時(shí)通過注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般10~200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來說太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)抖動(dòng)部分加之處理，軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對(duì)其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10~200毫秒以避開抖動(dòng)（經(jīng)典值為20毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O口的值，這一次的值如果為1表示低電平的時(shí)間不到10~200毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是0時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖所示：圖3-5按鍵控制電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件系統(tǒng)介紹軟件的編程設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，也是能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的關(guān)鍵。單片機(jī)編程常用的語言是C語言和匯編語言，最終都要轉(zhuǎn)為IntelHEX格式或二進(jìn)制格式(Binary)文件拷入單片機(jī)芯片內(nèi)。這里我們使用的是C語言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。4.2主程序介紹主程序如圖4-1所示，本程序運(yùn)行于Rtx51Tny實(shí)時(shí)系統(tǒng)上，它是一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），可以用它來建立多個(gè)任務(wù)（函數(shù)）同時(shí)執(zhí)行的應(yīng)用。初始化函數(shù)包括IO初始化、LCD1602液晶顯示模塊初始化。完成初始化任務(wù)，程序執(zhí)行線程1，并刪除線程0任務(wù)，線程1為設(shè)計(jì)者基本信息，執(zhí)行一次，啟動(dòng)線程2，刪除本線程，線程2計(jì)算器的基本功能。除此外，本程序?qū)?yīng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序作為子程序。4.3主流程圖圖4-1程序流程圖結(jié)論經(jīng)過一段時(shí)間的努力，在黃亞輝老師和同學(xué)們的幫助及指導(dǎo)下基本完成了本次設(shè)計(jì)的工作。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我通過基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，對(duì)于單片機(jī)工作原理，功能有了宏觀的了解，并對(duì)單片機(jī)C語言程序的應(yīng)用有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在利用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡易LCD液晶顯示屏的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，從電路的設(shè)計(jì)，元器件的選用，電路的調(diào)試，我都能獨(dú)立的設(shè)計(jì)與制作，這讓我對(duì)于理論和實(shí)際相結(jié)合有了新的認(rèn)識(shí)。本次課題的任務(wù)是使用STC89C52RC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的計(jì)算器設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際情況，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性，方案實(shí)施的難易度等多方面考慮，硬件設(shè)計(jì)中我采用了STC89C52RC單片機(jī)來作為控制的核心，用矩陣按鍵作為數(shù)據(jù)輸入、LCD1602用于信息交互，具有電路簡單，成本低，實(shí)用性高等特點(diǎn)；軟件設(shè)計(jì)上，以Rtx51Tny實(shí)時(shí)系統(tǒng)為平臺(tái)，多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序作為子程序，代碼簡介明了，便于調(diào)試修改，運(yùn)行穩(wěn)定。除此外，通過C#程序語言設(shè)計(jì)了一個(gè)針對(duì)于本課題的上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)多種程序語言之間的相互交流，同時(shí)也極大地提升了自我的技術(shù)能力。完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)后，我發(fā)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)原理有了更新的認(rèn)識(shí)，懂得了這些器件在實(shí)際生產(chǎn)中的最基礎(chǔ)的應(yīng)用，掌握計(jì)算機(jī)的一些畫圖軟件的應(yīng)用。致謝經(jīng)過一段時(shí)間的努力，在黃亞輝老師和同學(xué)們的幫助及指導(dǎo)下基本完成了本次設(shè)計(jì)的工作。本課題在選題及研究過程中得到黃亞輝老師的悉心指導(dǎo)。黃亞輝多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。黃亞輝老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。對(duì)黃亞輝的感激之情是無法用言語表達(dá)的。在此，我還要感謝為我提供幫助的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成.參考文獻(xiàn)[1]查兵，崔浩.單片機(jī)原理[J].中國高新技術(shù),2011年1期[2]金仁貴.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)方法[J].電腦知識(shí)與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流,2006年12期[3]嚴(yán)懷龍.基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].廣西輕工業(yè),2006年6期[4]楊美仙.單片機(jī)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].科技信息(學(xué)術(shù)研究),2007[5]張志利.基于RS232協(xié)議的單片機(jī)多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009附錄附錄一：原理圖、仿真圖圖1Altiumdesigner設(shè)計(jì)的電路原理圖圖2PROTUES仿真運(yùn)行圖附錄二：實(shí)物圖、上位機(jī)圖圖3實(shí)物圖圖4基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)上位機(jī)附錄三：運(yùn)行效果圖圖5運(yùn)行效果圖附錄四：程序Main.c#include<lcd1602.h>//LCD1602顯示模塊驅(qū)動(dòng)程序#include<Key_Switch.h>//按鍵掃描處理函數(shù)#include<rtx51tny.h> //rtx51tny實(shí)時(shí)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)文件voidmain_task(void)_task_0//進(jìn)程0{IO_Init();//初始化IO口LCD_init();//初始化LCD1602os_create_task(1);//啟動(dòng)線程1LCD_DISPLAY_taskos_wait(K_TMO,2,0);//延時(shí)20毫秒os_delete_task(0);//刪除本線程}voidLCD_DISPLAY_task(void)_task_1//進(jìn)程1{ucharTemp;for(;Temp<1;Temp++)LCD_My();LCD_write_command(0x01);//顯示我的學(xué)號(hào)os_wait(K_TMO,2,0);//延時(shí)20毫秒os_create_task(2);//啟動(dòng)線程2Key_Switch_taskos_delete_task(1);//刪除本線程}voidKey_Switch_task(void)_task_2//進(jìn)程2{while(1){Key_Switch_Num();//進(jìn)入矩陣按鍵掃描}}lcd1602.c#include<lcd1602.h>ucharLCD_addr=0;/**********************************************函數(shù)名：LCD_init功能：LCD1602的初始化************************************************/voidLCD_init(void){LCD_RW=0;LCD_write_command(0x38);//設(shè)置1602的顯示光標(biāo)功能Delay_xMs(1);LCD_write_command(0x0e);//顯示開及光標(biāo)設(shè)置Delay_xMs(1);LCD_write_command(0x06);//顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置Delay_xMs(1);LCD_write_command(0x01);//顯示清屏Delay_xMs(1);}/**********************************************函數(shù)名：LCD_write_command行參：command要定入的指令功能：向LCD1602的寫1個(gè)指令************************************************/voidLCD_write_command(ucharcommand){LCD_RS=0;//選擇寫指令LCD_EN=0;//使能初使化LCD_DB=command;//發(fā)送指令LCD_EN=1;//開使能Delay_xMs(1);//延時(shí)LCD_EN=0;//關(guān)使能}/**********************************************函數(shù)名：LCD_write_data行參：dat要寫入的數(shù)據(jù)功能：向LCD1602的寫1個(gè)數(shù)據(jù)************************************************/voidLCD_write_data(uchardate){LCD_RS=1;//選擇寫數(shù)據(jù)LCD_EN=0;//使能初使化LCD_DB=date;//發(fā)送指令LCD_EN=1;//開使能Delay_xMs(1);//延時(shí)LCD_EN=0;//關(guān)使能}/**********************************************函數(shù)名：LCD_write_data行參：功能：顯示我的學(xué)號(hào)************************************************/voidLCD_My(void){ucharcodettt[]="XieChenJun";//13ucharcodekkk[]="201415030115";//12uinti=0;LCD_write_command(0x80);//0x80第一行從頂頭開始顯示，加n，后移n位顯示for(i=0;i<12;i++){LCD_write_data(ttt[i]);Delay_xMs(50);}Delay_xMs(20);LCD_write_command(0x80+64);//0x80+64,第二行從頂頭開始顯示，加64再加n，第二行從n開始顯示。for(i=0;i<12;i++){LCD_write_data(kkk[i]);Delay_xMs(50);}LCD_write_data(0x80);Delay_xMs(20);}Switch.c#include<Key_Switch.h>uintNum_flag=0,Math_flag=0,SUM_flag=0;doubleSUM,Vualt1,Vualt2;voidKey_Switch_Num(void){ucharKey_Num;doubleVualt_buff;uchari;ucharcodelimit[]="DateLimit";//13charsx[20];if(P1!=0xf0){Delay_xMs(1);if(P1!=0xf0){if(SUM_flag==1){LCD_write_command(0x01);Delay_xMs(10);SUM_flag=0;}P1=0xfe;switch(P1)//檢測第一行按鍵狀態(tài){case0xee:Key_Num='/';break;case0xde:Key_Num='=';break;case0xbe:Key_Num='0';Vualt_buff=0;break;default:P1=0xf0;break;}P1=0xfd;switch(P1)//檢測第二行按鍵狀態(tài){case0xed:Key_Num='*';break;case0xdd:Key_Num='3';Vualt_buff=3;break;case0xbd:Key_Num='2';Vualt_buff=2;break;case0x7d:Key_Num='1';Vualt_buff=1;break;default:P1=0xf0;break;}P1=0xfb;switch(P1)//檢測第三行按鍵狀態(tài){case0xeb:Key_Num='-';break;case0xdb:Key_Num='6';Vualt_buff=6;break;case0xbb:Key_Num='5';Vualt_buff=5;break;case0x7b:Key_Num='4';Vualt_buff=4;break;default:P1=0xf0;break;}P1=0xf7;switch(P1)//檢測第四行按鍵狀態(tài){case0xe7:Key_Num='+';break;case0xd7:Key_Num='9';Vualt_buff=9;break;case0xb7:Key_Num='8';Vualt_buff=8;break;case0x77:Key_Num='7';Vualt_buff=7;break;default:P1=0xf0;break;}}}elseif(Clear_Key==0)Key_Num='C';//清除所有信息elseif(Beep_Key==0)Key_Num='B';//使用蜂鳴器elseif(ClearoBit_Key==0)Key_Num='S';//重新輸入一位數(shù)據(jù)elseP1=0xf0;if(Key_Num=='0'||Key_Num=='1'||Key_Num=='2'||Key_Num=='3'||Key_Num=='4'||Key_Num=='5'||Key_Num=='6'||Key_Num=='7'||Key_Num=='8'||Key_Num=='9')//獲取計(jì)算的數(shù)值{if(Num_flag==0)Vualt1=Vualt1*10+Vualt_buff;elseif(Num_flag==1)Vualt2=Vualt2*10+Vualt_buff;//將數(shù)據(jù)整合計(jì)算LCD_write_command(0x80+LCD_addr);LCD_write_data(Key_Num);//顯示輸入值LCD_addr++;//地址移位if(LCD_addr>=16){LCD_addr=0;LCD_write_command(0x01);Delay_xMs(10);//對(duì)地址量限幅}}elseif(Key_Num=='+'||Key_Num=='-'||Key_Num=='*'||Key_Num=='/'){//獲取計(jì)算形式if(Math_flag==0){LCD_write_command(0x80+LCD_addr);LCD_write_data(Key_Num);LCD_addr++;//地址移位Num_flag=1;//表示已產(chǎn)生一次計(jì)算形式switch(Key_Num){case'+':Math_flag=1;break;case'-':Math_flag=2;break;case'*':Math_flag=3;break;case'/':Math_flag=4;b