电子设计-基于STC89C52RC单片机的简易计算器设计

1电子设计实验名称：基于STC89C52RC单片机的简易计算器设计姓名：__学号：指导老师：目录一、可行性研究…………………………………………………………..............…..3二、设计方案简述....................................................42.1、功能介绍.........................................................................................................42基本功能....................................................4扩展功能....................................................42.2、总体设计方案.............................................................................................................5总体设计思路…………………………………………………………………..……5方案论证与比较…………………………………………………………….....……6系统组成…………………………………………………………………..….........…7三、详细设计........................................................121.各个模块设计.................................................12输入模块：键盘扫描.........................................13运算模块：单片机控制........................................14显示模块：LCD1602显示......................................152.硬件电路设计………………………………………………………………..………..16硬件连接………………………………………………………………………...........163.元件的介绍……………………………………………………………………………17STC89C52单片机组成.........................................17复位和复位电路..............................................18LCD1602显示器..............................................194.PCB设计以及结果显示.........................................22五、总结………………………………………………………………………………………24附录主要程序代码…………………………………………………………………………….........25一、设可行性分析：1.2.1经济可行性由于只是实验性质的编程，所以在设计和开发都不需要过多的经费，但是系统投入运行以后，硬件维护和损耗所造成的耗费是必须的，但是数目也不会很大。所以经过初步分析，经济上基本上是可行的1.2.2技术可行性3在技术方面，因为都学习了C语言，硬件课程设计等课程，对于开发语言c语言也有一定的掌控能力，应该能够完成相应的任务。1.2.3运行可行性该成果简单易操作，非常容易使用。1.2.4法律可行性由于我们需要完成的功能相对简单，没有太多涉及到很专业方面的内容，更没有计划将系统利用到商业用途，所以不存在侵权或者版权纠纷方面的问题。1.2.5结论该系统的软硬件都比较容易理解和实现，所以，具有实现一计算器的可行性。二、设计方案简述2.1功能概述系统基本功能：（1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD显示数据和结果。（2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、4清除键(on\c)和等号键（=），故只需要16个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。（3）在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。（4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示overflow；当除数为0时，计算器会在LCD上提示error。扩展功能：加上括号的混合运算2.2总体设计思路本设计主要采用以下基本模块来实现：控制器模块，输入模块，输出模块和电源模块。通过对控制器进行编程。使其对输入模块的信号进行处理计算，然后通过输出模块反馈给使用者以计算结果。STC89C52单片机4*4键盘LCD显示晶振电路复位电路线路原理框图5方案论证与比较控制部分的设计方案论证与选择根据设计要求，控制器主要用于红外信号的接收和辨认、控制步进电机的动作，控制显示步进电机的转速等。对于控制器的选择有以下三种方案。方案一：采用计算器专用芯片实现。用计算器专用芯片进行设计并编程实现。这种设计方案计算效率高、速度快、而且成本也相对较低，是厂家做计算器的最佳方案。但是本人对计算器专用芯片掌握的不够，还不足以实现设计计算器，所以这个方案不可去。方案二：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA将所有器件集成到一块芯片上，体积小，节省空间，提高了稳定性；直接面向用户，具有极大的灵活性和通用性，使用方便，硬件测试和实现快捷，开发效率高，工作可靠性好。可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，采用并行的输入输出方式，系统处理速度高，适合作为大规模实时系统的控制核心。由FPGA内部编程实现计算器功能，本设计对数据处理速度的要求不是很高，FPGA的高速处理的优势得不到充分的体现，由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。并且FPGA的价格相对较高，性价比太低。方案三、用单片机实现。由于单片机集成了运算器电路、控制电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等，所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。由于单片机是可编程芯片，并且它可以运用C语言编写，对于一些复杂的计算功能，可以调用C语言库函数。使编写程序变得非常简单。所以该课题用单片机实现，不仅功能易于实现，而且精确度高，稳定性好，抗干扰能力强。并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，且技术比较成熟。性价比也相当高。更重要的是本人经过几年的学习，对单片机已有深刻的理解，并且可以灵活运用。综上所述，并通过各个方面综合比较为达到最佳效果。我们采用方案三利用单片机控制器。显示电路的设计方案论证与选择方案一：数码管显示方案。数码管显示使用两个四位一体动态数码管显示方案，此设计电路如图所示。采用动态数码管显示，具有程序简单，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，精确可靠，操作简单。显示直观的特点。但只能显示数字和一些代码，不能显示汉字及一些常用的符号，且硬件设计比较复杂。6A11B7C4D2E1F10G5H3112283946JP2Q129012Q179012Q189012Q199012VCCVCCVCCVCCR4910KR5010KR5110KR5310KQ59012Q69012VCCVCCVCCVCCR4210KR4610KR4710KR4810KKBIT1KBIT2KBIT3KBIT4KBIT5KBIT6KBIT7KBIT8A11B7C4D2E1F10G5H3112293846R57Component_1Q39012Q49012D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7方案二;LCD1602显示器所谓1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。目前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，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于大部分的字符型液晶。字符型LCD1602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，引脚定义如下表所示：HD44780内置了DDRAM、CGROM和CGRAM。DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表：7HD44780的指令集1.清屏指令功能：1清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入空白的ASCII码20H;2光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方;3将地址计数器(AC)的值设为0。2.光标归位指令功能：1把光标撤回到显示器的左上方;2把地址计数器(AC)的值设置为0;3保持DDRAM的内容不变3.进入模式设置指令功能：设定每次定入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。参数设定的情况如下所示：位名设置I/D0=写入新数据后光标左移1=写入新数据后光标右移S0=写入新数据后显示屏不移动1=写入新数据后显示屏整体右移1个字4.显示开关控制指令8功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下：位名设置D0=显示功能关1=显示功能开C0=无光标1=有光标B0=光标闪烁1=光标不闪烁5.设定显示屏或光标移动方向指令功能：使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下：S/CR/L设定情况00光标左移1格，且AC值减101光标右移1格，且AC值加110显示器上字符全部左移一格，但光标不动11显示器上字符全部右移一格，但光标不动6.功能设定指令功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。参数设定的情况如下：位名设置DL0=数据总线为4位1=数据总线为8位N0=显示1行1=显示2行F0=5×7点阵/每字符1=5×10点阵/每字符97.设定CGRAM地址指令功能：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。8.设定DDRAM地址指令功能：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。(注意这里我们送地址的时候应该是0x80+Address，这也是前面说到写地址命令的时候要加上0x80的原因)9.读取忙信号或AC地址指令功能：1读取忙碌信号BF的内容，BF=1表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送来的数据或指令;当BF=0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令;2读取地址计数器(AC)的内容。10.数据写入DDRAM或CGRAM指令一览功能：1将字符码写入DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符;2将使用者自己设计的图形存入CGRAM。11.从CGRAM或DDRAM读出数据的指令一览10功能：读取DDRAM或CGRAM中的内容。基本操作时序：读状态输入：RS=L，RW=H，E=H输出：DB0～DB7=状态字写指令输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码输出：无读数据输入：RS=H，RW=H，E=H输出：DB0～DB7=数据写数据输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据输出：无2.2.2.3、键盘设计方案与选择方案一：独立键盘。独立键盘为一端接地，另一端接I/O口，并且要接上拉电阻。这种键盘的硬件都很容易实现，但每一个按键就要用一个I/O口，适合本次设计。方案二：通过PS2协义,用键盘同单片机相接，从而实现单片机与键盘通信。其电路如图所示。现在PC机广泛采用的PS/2接口为miniDIN6引脚的连接器。1—数据线（DATA）；—未用；3—电源地（GND