STC 51单片机 开发板 计算器 LCD1602显示 浮点计算 设计 报告

第1页共37页嵌入式系统原理及应用课程设计报告姓名：学号：指导老师：第2页共37页目录引言...................................................................................................................................3第一章硬件介绍...............................................................................................................41.1单片机介绍.........................................................................................................41.2设计所用开发板的介绍....................................................................................51.3LCD1602的原理及其应用................................................................................71.3.1开发板硬件连接关系..............................................................................71.3.2液晶屏LCD1602的功能及应用............................................................81.3.31602LCD的指令说明及时序..................................................................91.3.41602LCD的RAM地址映射及标准字库表.........................................111.4开发板矩阵键盘原理及应用...........................................................................12第二章设计思路、仿真及调试.....................................................................................152.1设计方法..........................................................................................................152.2硬件简介..........................................................................................................152.3软件设计..........................................................................................................152.3.1矩阵键盘...............................................................................................152.3.2LCD1602................................................................................................22第三章设计结果.............................................................................................................24第四章设计总结.............................................................................................................27附录.................................................................................................................................28第3页共37页引言目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：（1）在智能仪器仪表上的应用（2）在工业控制中的应用（3）在家用电器中的应用（4）在计算机网络和通信领域中的应用（5）单片机在医用设备领域中的应用（6）在各种大型电器中的模块化应用（7）单片机在汽车设备领域中的应用此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。随着智能化的逐步提高，单片机在我们生活中得到了越来越广泛的应用，其是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。本设计要制作的就是单片机于生活中最为常见的异种应用——简易计算器。本简易计算器是在普中HC6800V3.0开发板的基础上，利用开发板上已有的资源设计开发的，本开发板上有着相对丰富的硬件资源，可以较好的完成一些设计。本设计所用的单片机为STC90C516RD+，具体的设计要求如下：通过矩阵键盘检测按下的数字和运算符号，在LCD1602液晶显示屏上面显示运算的结果，在第一行上显示输入的计算式，为左对齐；在第二行显示等于号以及最后的运算结果，为了较好的显示效果和使用的效果，第二行的计算结果显示设计为右对齐。这样在LCD1602的显示屏上可以有较好的显示效果，计算效果比较分明。总体上来说，作为本嵌入式原理课程的设计作业，本设计的实现难度不大。第4页共37页第一章硬件介绍如上所述，本课程的课程设计是在普中的单片机开发板上面完成的，可以直接使用开发板上面的硬件设计，相对于普通的硬件设计而言，省去了很多硬件设计上面的过程和时间，提高了本设计的效率，加快了设计的流程。但在相应的软件设计之前，我们需要对开发板的硬件设计有着清楚的了解，以免在设计过程中出现一些不必要的麻烦和错误，影响设计进度。下面开始即对开发板的硬件连接做一些详细而必要的介绍。1.1单片机介绍单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。本设计所使用的单片机为STC的STC90C516RD。根据STC官方的介绍，本单片机有着以下特点：STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU2.工作电压：5.5V-3.8V（5V单片机）/3.8V-2.4V（3V单片机）3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0～80MHz.4.用户应用程序空间4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K/字节5.片上集成1280字节/512/256字节RAM6.通用I/O口（35/39个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3-5秒即可完成一片8.EEPROM功能第5页共37页9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地。11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用12.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范围：0-75℃/-40-+85℃15.封装：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-441.2设计所用开发板的介绍本课程设计是在开发板普中HC6800V3.0基础上完成的，开发板的外观图如图1.1所示。本开发板在硬件上配置了以下硬件：1．五线四相步进电机2．16*16点阵3．LCD1602液晶显示屏4.1个静态数码管+8个动态数码管5.四线双极性步进电机6.4*4矩阵键盘+8个独立按键7.TFT彩屏/12864/192648.RS485通信9.继电器10.蜂鸣器11.AD/DA/光敏/热敏12.18B20温度传感器13.红外14.三色交通灯本实验将在开发板现有的硬件基础上设计一个简易的计算器，按照设计要求，我们将会用到开发板上外接的LCD1602液晶显示屏、矩阵键盘。因为设计周期的限制，将不加其他的功能，比如蜂鸣器等。开发板单片机部分的连接关系如下图所所示：第6页共37页图1.1设计所用开发板第7页共37页图1.2开发板MCU的硬件连接1.3LCD1602的原理及其应用1.3.1开发板硬件连接关系开发板上LCD1602这一部分的硬件连接原理图如图1.1所示。图1.3开发板LCD1602的硬件连接关系可见，本开发板上LCD1602的硬件连接设计相对于常见的电路设计而言，并没有什么相对特殊的地方，可以硕士比较常见的设计。液晶屏的数据端口与单片机的P0第8页共37页口相连接，VCC和GND端口均有设计连接。此外通过调节变阻器RJ6可以调节液晶显示屏的图像对比度。图1.4调节图像对比度1.3.2液晶屏LCD1602的功能及应用LCD1602已很普遍了，具体介绍我就不多说了，市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样。L