51单片机智能计算器报告

信息与电气工程学院课程设计说明书（2020/2021学年第一学期）课程名称 ：小型数字系统创新实训（2）题 目 ： 基于单片机的简易计算器 专业班级 ： 计算机1803 学生姓名 ： 潘荣虎 学 号： 180210333 指导教师 ： 黄伟建 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 目录1.课程设计目的32课程设计任务32.1系统分析32.1.1设计内容32.1.2原始数据及任务42.2方案设计42.2.1单片机功能参数介绍42.2.2开发板资源介绍62.2.3综合电路设计72.3单元电路设计72.3.1矩阵键盘电路72.3.2显示部分82.4软件部分102.4.1软件执行过程102.4.2实现程序112.5系统调试123课程设计总结124参考文献12评分表141.课程设计目的随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步地提高，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，使其更好地为各个行业服务，成了如今电子领域重要的 研究课题。现如今，人们的日常生活中已经离不开计算器了，社会的各个角落都有它的身影，比 如商店、办公室、学校等，因此设计一款简单实用的计算器会有很大的实际意义。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为单片机应用和开发打下良好的基础。1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显示模块的驱动和操 作；2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。2课程设计任务2.1系统分析2.1.1设计内容1.与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在系统可编程Flash存储2.1000次擦写周期；3.全静态操作：0Hz-33Hz；4.三级加密程序存储器；5.32个可编程I/O 口线、三个16位定时器/计数器、8个中断源；6.全双工UART串行通信；7.低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒；8.双数据指针；9.掉电标识符。2.1.2原始数据及任务设计并制作出一个以单片机为核心的电子锁系统，完成以下任务：1. 确定总体设计方案；2. 设计具体电路3. 合理分配地址，编写系统程序4. 利用Proteus进行电路仿真5. 利用Altium Designer设计硬件电路原理图和 PCB 图6. 软硬件联机调试2.2方案设计2.2.1单片机功能参数介绍单片机采用STC89c52是由宏晶公司生产的高性能八位单片机。如图一所示。该芯片采用 FLASH 存储技术，内部具有 8KB 字节快闪存存储器，采用 DIP 封装，是目前在中小系统中应用最为普及的单片机。STC89c52 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于 8K ，四个 I/O 口全部提供给用户。可用 5V 电压编程，而且擦写时间仅需 10 毫秒，仅为 8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与 8751/87C51 的 12V 电压擦写相比，相对不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围（ 2.7V6V ），全静态工作，工作频率宽在 0Hz 24MHz 之间，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz 12MHz 更具有灵活性，系统能快能慢。 STC89c52 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。 P0 口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读 / 写操作。 STC89c52 单片机为 40 引脚芯片所示，在本设计中，主要用到 P0 口、 P2 口、 P1.0 口及 P3.2 口。图2.2.1STC89C52单片机1.口线：P0、Pl、P2、P3共四个八位口。POD： PO 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(HL)。在Flash 编程和校验时，P1 口接收低8位地址字节。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的 外部计数输入(P1.0ZT2)和定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。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T”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(UL)。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（例如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 口也接收高八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； 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）。P3 口亦作 为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如表21所示。在Flash编程和校验时，P3 口 也接收一些控制信号。2.2.2开发板资源介绍1.本设计中的芯片采用STC89C52,配备相应的外设。单片机是单片微型机的简称，故 又称为微控制器MCU （Micro Control Unit）o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。单片机广泛应用于智能 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STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FlashProgramable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器。该 器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容；且是单片机中最典型的代表，应用 于各种控制领域。2.LCD1602液晶显示屏1液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有 显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、 易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式计算机、数字摄像机、PDA移 动通信工具等众多领域。3.LCD1602的应用简介LCD1602液晶显示器采用HD44780及其兼容芯片作为点阵式LCD的控制器驱动器， 还采用HD44100进行LCD的时分割驱动。HD44780的内部结构主要包括显示数据RAM (DDRAM)、字符发生器ROM (CGROM)、字符发生器RAM (CGRAM)、指令寄存器IR数据寄存器DR、地址计数器AC (Address Counter)和忙标志BF (Busy Flag)等逻 辑电路。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，丰富的指令可以完成液晶的时序控 制、工作方式设置和数据显示等。采用的LCD1602液晶模块是标准16针插座，接口电路如图26所示，及各引脚说明LCD1602的主耍技术参数：1.显示容量为16*2个字符；2.芯片工作电压为4.5V-5.5V；3.工作电流为2.0mA (5.0V)；4.模块最佳工作电压为5.0V；5.字符尺寸为 2.95*4.35 (W*H) mm。4.LCD的特点:（1）低压微功耗；（2）平板型结构；（3）被动显示型（无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳）；（4）显示信息量大（因为像素可以做得很小）；（5）易于彩色化（在色谱上可以非常准确的复现）；（6）无电磁辐射（对人体安全，利于信息保密）；（7） 长寿命（这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命 有限，不过背光部分可以更换）。2.2.3综合电路设计图2.2.3 综合电路图2.3单元电路设计2.3.1矩阵键盘电路键盘扫描子程序，首先读出P3 口的低四位，然后读出P3 口的高四位。然后键值并显 示缓存。而后，将键盘上的值转换为ASCH码，最后就可以用软件来设置硬件按键各个键 所代表的内容。读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。第一次 所有行线均输出低电平，从所有读入键盘信息（列信息）；第二次所有列线均输出低电平, 从所有行线读入键盘信息（行信息）。系统中连接的是4*4行列式按键键盘，其中勺为数字键；“+、*、/、= ”为符号键; “9N/C”为功能键（清屏键），在程序中会加入一个记忆功能键，而与其搭配的硬件按键为 符号键中的，以为求方便。数字键按下则将相应的数字送入数字缓冲区；符号键按下则将送入符号缓冲区；功能 键按下则执行相应的程序；最终进行运算后，综合结果将送入结果缓冲区，并在LCD液 晶显示屏上显示出来。图2.3.1矩阵键盘电路2.3.2显示部分数码管由7个条状的发光二极管排列而成，可实现数字“09”及少量字符的显示。为了显示小数点，增加了1个点状发光二极管，因此数码管实际由8个LED组成，分别命名为“a、b、c、d、e、f、g、dp”，本开发板使用的是共阴极数码管，在每段数码管端加上一个限流电阻。图2.3.2数码管电路图对共阴极数码来说，其8个发光二极管的阴极在数码管内部全部连接在一起，所以称“共阴”，而它们的阳极是独立的，通常在设计电路时一般把阴极接地。当我们给数码管的任意一个阳极加一个高电平时，对应的这个发光二极管就点亮了。如果想要显示出一个8字，并且把右下角的小数点也点亮的话，可以给8个阳极全部送高电