单片机简易计算器课程设计报告资料.docx
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单片机简易计算器课程设计报告资料
课程设计报告
设计名称:
简易计算器
姓名:
学号:
专业班级:
院(系):
设计时间:
2016.12.10
设计地点:
指导教师评语:
成绩:
签名:
年月日
摘要:
虽然现在科学计算器,已经得到了广泛的应用,但在某些地方,简易计算器,依然是主要的计算公具,如小学教学单位,市场,商店等。
并且随着科技的进步,我们已经告别了以前复杂的模拟电路,可以利用已有的软件和硬件条件,设计出更出色的计算器呢。
本设计是以AT89C52单片机为核心的计算器模拟系统设计,输入采用4×4矩阵键盘,可以进行加、减、乘、除4位带符号数字运算,并在LCD1602上显示操作过程。
关键词:
AT89C52LCD1602计算器矩阵键盘
一方案构思
本设计可以采用两种方案,一种是以FPGA为核心处理芯片,配备相应的外设;另外一种是以AT89C52处理器,配备相应的外设。
1.1、方案一:
采用FPGA控制
FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件,自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来,FPGA的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达500万门/片以上,系统性能可达200MHz。
由于FPGA器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。
但是而基于SRAM编程的FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上,需外部存储器芯片,且使用方法复杂,保密性差,而其对于一个简单的计算器而言,实用FPGA有点大材小用,成本太高。
1.2、方案二:
采用AT89C52
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AT89C52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。
1.3方案比较与选择
通过以上两种方案论证和比较,从设计的实用性,方便性和成本出发,选择了以AT89C52单片机作为中央处理单元进行计算器的设计,这样设计能够实现对四位加减乘除和除法四位小点数的运算。
二系统硬件设计及说明
2.1系统组成及总体框图
AT89C52
主控制模块
图3.1系统组成及总体框图
2.2元件简介
(1)LCD1602液晶显示屏
1、应用简介
模块内部自带字符发生存储器(CGROM),字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是(41H),显示时模块把代码41H发给液晶模块,我们就能在液晶上看到字母“A”。
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3.2.3所示:
关于LCD1602的详细资料见表3.2.3-1和表3.2.3-2。
图3.2.3LCD接口电路
表3.2.3-1LCD1602引脚说明
第1脚
VSS为地电源
第2脚
VDD接5V正电源
第3脚
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
实际电路中采用2K电阻到地,比较理想。
第4脚
RS为寄存器选择,高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。
第5脚
RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时(00)可以写入指令或者显示地址;
当RS为低电平RW为高电平时(01)可以读入忙信号;
当RS为高电平RW为低电平时(10)可以写入数据。
第6脚
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚
D0~D7为8位双向数据线。
第15~16脚
背光阳极和背光阴极。
表3.2.3-2LCD1602指令表
指令1
清显示指令码01H,光标复位到地址00H位置;
指令2
光标复位指令码02H,光标返回到地址00H位置;
指令3
光标和显示模式设置
I/D位→光标移动方向,高电平右移,低电平左移;
S位→屏幕上所有文字是否左移或者右移,高电平有效,低电平无效;
指令4
显示开关控制
D位→控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示;
C位→控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标;
B位→控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁;
指令5
光标或显示移位
S/C位→高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标
指令6
功能命令设置
DL位---高电平时为4位数据总线,低电平时为8位总线;
N—位低电平时为单行显示,高电平时为双行显示;
F—位低电平时显示5x7的点阵字符,高电平时为5x10的点阵字符;
指令7
字符发生器RAM地址设置
指令8
DDRAM地址设置
指令9
读忙信号和光标地址
BF位→为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命令或者数据
指令10
写数据
指令11
读数据
2、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)。
三设计原理分析
3.1设计方案的确定
本设计需要使用LCD液晶显示屏和编码键盘。
故选择静态显示和用编码键盘。
使用LCD液晶显示屏显示运算结果。
主程序进行初始化,其他的程序选择模块式的方式。
首先对每个模块进行调试,当模块调试成功后,逐一的加入主程序中,最后完成整个软件部分的设计。
3.2计算器硬件方案及硬件资源分配
(1)硬件资源分配
主要用到的硬件:
AT89C52LCD液晶显示屏编码键盘
硬件分配:
1、P1、P3口:
做为输出口,控制LCD液晶显示屏显示数据的结果。
2、P2口:
做为输入口,与键盘连接,实现数据的输入。
3、LCD液晶显示屏显示输出。
(2)系统的硬件设计
为了更好的实现系统得功能,硬件电路的设计应该遵循以下原则:
1、优化硬件电路
采用软件设计与硬件设计相结合的方法;尽管采用软件来实现硬件系统的功能时,也许响应时间会比单纯使用硬件时长,而且还要占用微处理器(MCU)的时间;但是,用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构,提高电路的可靠性。
所以,在设计本系统得时候,在满足可靠性和实时性的前提下,尽可能的通过软件来实现硬件功能。
2、可靠性及抗干扰设计
根据可靠性设计理论,系统所用芯片数量越少,系统的平均无故障时间越长。
而且,所用芯片数量越少,地址和数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越小。
因此,系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片。
3、灵活的功能扩展
功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。
一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面,系统需要不断完善以及进行功能升级。
进行功能扩展时,应该在原有设计的基础上,通过修改软件程序和少量硬件完成。
对于本系统而言,就是要求在系统硬件不变的情况下,能够通过修改软件程序,完成功能的升级和扩展。
根据第提出的系统设计方案,结合以上三条原则,确定了系统硬件的设计。
计算器主要由以下一些功能模块构成:
非编码键盘模块、LCD液晶显示屏模块等。
该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。
AT89C52单片机与LCD液晶显示屏显示电路是整个电路的核心,它们实现系统的功能要求。
简易计算器主要包括:
键盘电路,显示电路。
下图为总体硬件结构。
(如图4.2.2所示为整个系统的原理图)
图4.2.2计算器原理图
前面叙述了该系统的设计说明,系统采用了比较简单的设计方案,所以该系统的硬件设计的总外围电路不会产生过多的干扰。
在下面的阐述中,对系统的外围电路分别予以介绍。
键盘部分采用编码键盘,显示部分采用LCD液晶显示屏完全能够很好的实现显示方面的要求。
(3)键盘电路的设计
键盘可分为两类:
编码键盘和非编码键盘。
编码键盘是较多按键(20个以上)和专用驱动芯片的组合,当按下某个按键时,它能够处理按键抖动、连击等问题,直接输出按键的编码,无需系统软件干预。
通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。
在智能仪器中,使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以组成编码键盘,同时还可以兼顾数码管的显示驱动,其相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。
当系统功能比较复杂,按键数量很多时,采用编码键盘可以简化软件设计。
非编码键盘成本低廉。
从成本角度出发,本设计选用的是非编码键盘。
如图4.2.3
图4.2.3编码键盘电路
(4)显示电路的设计
当系统需要显示少量数据时,采用LCD液晶显示屏进行显示是一种经济实用的方法。
P0口作为液晶显示的数据端口,P3.5-P3.7口作为其控制端口,控制LCD液晶显示屏显示输出数据。
最终电路如图4.2.4所示:
图4.2.4LCD液晶显示屏显示
四计算器的软件设计
4.1计算器的软件规划
简易计算器的程序主要包括以下功能模块:
1、定时查键模块,分为读键程序、判键程序段、运算操作子程序等部分;
2、基于LCD液晶显示屏的显示模块;
3、主模块,为系统的初始化。
4.2键盘扫描的程序设计
键盘扫描子程序,首先读出P1的低四位,然后读出P1口的高四位。
然后键值并显示缓存。
然后将键如的值转换为ASCII码然后就可以软件来设置硬件按键各个键代表的内容。
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)。
数字键按下则将相应的数字送入缓存区,功能键按下则执行相应的程序。
4.3显示模块的程序设计
显示模块程序首先要对显示模块进行初始化;然后控制光标的位置;定义液晶显示的控制端口,用SBIT指令完成;然后设置清屏、关闭显示、归位、开显示、显示位置的首地址等等。
显示模块的流程图如图5.3所示:
4.4主程序的设计
主程序主要是用来对LCD液晶显示屏进行初始化的。
对输入按键判断,然后进行加减乘除,最后计算出结果,显示出计算结果
。
4.5软件的可靠性设计
提高本仪器其可靠性措施主要有:
为防止程序跑飞,软件中设置了软件陷阱。
5参考文献
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北京电子工业出版社
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