单片机设计实验报告简单计算器的设计

1目录1.总体方案选择...........................................................................................................21.1实验要求：.....................................................................................................21.2方案设计..........................................................................................................22.硬件原理电路图的设计及分析................................................................................22.1主控模块..........................................................................................................22.1.1STC89C52单片机主要特性.................................................................32.1.2STC89C52单片机管脚图.....................................................................42.1.3STC89C52单片机的中断系统.............................................................42.1.4STC89C52单片机的定时/计数器.......................................................42.2矩阵键盘模块设计：......................................................................................52.2.1矩阵键盘原理介绍...............................................................................52.2.2矩阵键盘电路设计...............................................................................52.3LCD液晶显示器简介......................................................................................62.3.1液晶模块简介.......................................................................................62.3.2液晶显示部分与89S52的接口...........................................................73系统软件设计.............................................................................................................93.1系统软件流程图..............................................................................................93.2系统整体原理图............................................................................................104.系统调试..................................................................................................................114.1硬件调试........................................................................................................114.2软件调试........................................................................................................114.3调试结果........................................................................................................125.心得体会................................................................................................................1321.总体方案选择1.1实验要求：1)通过小键盘实现数据的输入，并在LED数码管上显示2)实现+、-、*、/3)在LED数码管上显示结果4)并有清零，退出功能1.2方案设计本系统以STC89C52单片机为控制核心，对系统进行初始化，主要完成对键盘的响应、液晶显示灯功能的控制，起到总控和协调各模块之间工作的作用。单片机通过检测键盘读取使用者按下对用功能的按键，然后通过单片机内部运放把运算的结果显示在液晶屏幕上。图1-1系统结构框图本系统结构如图1-1所示，本设计可分为以下模块：单片机主控模块、键盘模块、功率放大模块、闹铃模块、按键设置模块。下面对各个模块的设计方案逐一进行论证分析。2.硬件原理电路图的设计及分析2.1主控模块STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。STC89C52单片机的基本组成框图见图2-1。键盘模块单片机主控模块液晶显示模块3时钟电路ROM/EPROM/Flash4KBRAM128BSFR21个定时个/计数器2CPU总线控制中断系统5个中断源2个优先级串行口全双工1个4个并行口XTAL2XTAL1RSTEAALEPSENP0P1P2P3VssVcc图2-12.1.1STC89C52单片机主要特性1.一个8位的微处理器(CPU)。2.片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89系列单片机最多提供1K的RAM。3.片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。4.四个8位并行I／O接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5.两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。6.五个中断源的中断控制系统。7.一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8.片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。42.1.2STC89C52单片机管脚图图2-289S52单片机管脚图1.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：2.控制信号引脚RST,ALE,PSEN和EA：3.输入/输出端口P0/P1/P2/P3：2.1.3STC89C52单片机的中断系统STC89C52系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。2.1.4STC89C52单片机的定时/计数器在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。89C52单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计5数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。2.2矩阵键盘模块设计：2.2.1矩阵键盘原理介绍在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。2.2.2矩阵键盘电路设计图2-3矩阵键盘硬件连接图首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。S2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBS17SW-PBP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.06判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。2.3LCD液晶显示器简介液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明程度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这特点便可做成字符显示器。液晶显示器(LCD)英文全称为LiquidCrystalDisplay，它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是LCD液晶模块，采用一个16×1的字符型液晶显示模块。2.3.1液晶模块简介LCD1602液晶模块采用HD44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DD