基于单片机的科学计算器设计.pdf

攀枝花学院本科毕业设计（论文）摘要摘要在现代科技迅猛发展的当今，计算器依然是人们日常生活中不可或缺的电子产品之一。计算器始终在不断发展及完善之中，功能必将更加强大。基于这样的理念，本设计采用 AT89C51 单片机作为主控芯片，使用 C 语言为系统进行编程，采用 4*4 矩阵键盘作为输入模块，输出模块采用 LCD1602 液晶显示，从而实现基于单片机的基本功能。本设计重点说明以下几个方面内容：1.基于单片机的计算器所具备哪些基本功能，对矩阵键盘输入原理及液晶显示原理进行简单的阐述。2.介绍系统的整体设计理念，展示系统设计的流程框图，并对功能模块的划分，及所选用的元器件性能参数进行详细说明。3.对系统的每个功能模块的软硬件设计，进行详细说明。关键词单片机，AT89C52,LCD1602 液晶,矩阵键盘，C 语言I攀枝花学院本科毕业设计（论文）ABSTRACTABSTRACTIn the rapid development of modern science and technology today,the calculatoris still one of the electronic products is an integral part of peoples daily life.Thecalculator always among the continuous development and improvement,the functionwill certainly be more powerful.Based on this concept,the design uses AT89C51microcontroller as the master chip,using the C programming language for the system,with 4*4 matrix keyboard as an input module,output module LCD1602 LCD display,in order to achieve the basic functions of the MCU.This design highlights the following aspects:1.microcontroller-basedcalculatorwithbasicfunctions,theprincipleofasimple exposition of principle and LCD matrix keyboard input.2.describes the systems overall design concept,showing the flow diagram of thesystem design,the andfunction module framing,and optionalComponentperformance parameters described in detail.3.of each functional module of the system hardware and software design in detail.KeyKey wordswordsmicrocontroller AT89C52,LCD1602 LCD,matrix keyboard,ClanguageII攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要摘要.I.IABSTRACTABSTRACT.I II I1 1绪论绪论.1 11.11.1 课题的研究背景及意义课题的研究背景及意义.1 11.21.2 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容.2 22 2 设计任务及方案设计任务及方案.3 32.12.1 设计任务设计任务.3 32.22.2 设计方案设计方案.3 33 3系统硬件设计系统硬件设计.4 43.13.1 单片机最小硬件系统单片机最小硬件系统.4 43.1.1 主控芯片 AT89C52 单片机简介.43.1.2 复位电路.93.1.3 时钟电路.103.23.2 键盘接口电路键盘接口电路.1 10 03.33.3 液晶显示电路液晶显示电路.11114 4 系统软件设计系统软件设计.1 15 54.14.1 键盘扫描部分程序设计键盘扫描部分程序设计.1 15 54.24.2 运算部分程序设计运算部分程序设计.1 15 54.34.3 显示部分程序设计显示部分程序设计.1 16 64.44.4 主函数程序设计主函数程序设计.1 17 75 5 仿真和调试仿真和调试.1 19 95.15.1 KEIL KEIL系统概述系统概述.1 19 95.25.2 K KEILEIL使用步骤使用步骤.1 19 95.35.3PROTEUSPROTEUS7.17.1 介绍介绍.2 20 05.45.4 P PROTEUSROTEUS对于本设计的仿真步骤对于本设计的仿真步骤.2 20 05.55.5 仿真结果仿真结果.2 21 16 6结论结论.2 22 2参考文献参考文献.2 23 3附录附录 A A：源程序源程序.2 24 4附录附录 B B：系统总图：系统总图.3 34 4致致 谢谢.3 35 5III攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论1绪论1.1 课题的研究背景及意义计算器一般由运算器，存储器，控制器，键盘，显示器，电源和一些外围设备及电子配件组成。低档的计算器的运算器，控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算。其随机存储器只有一到二个单元，供累加存储用。高档计算器由只读存储器和微处理器一同实现各种复杂的运算程序。且有较多的随机存储单元用来存放输入程序和数据。键盘是计算器的输入部件，采用接触式或传感式。显示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示器或液晶显示器等。除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等显示。计算器电源采用电池或者交流转换器池。为节省电能，计算器都采用CMOS工艺制作的大规模集成电路（见互补金属-氧化物-半导体集成电路），并在内部装有定时不操作自动断电电路。计算器可选用的外围设备有盒式磁带机，微型打印机，磁卡机等等。计算器的基本类型:1.算术型计算器：可进行加、减、乘、除等简单的四则运算，又称简单计算器。2.科学型计算器：可进行乘方、开方、指数、对数、三角函数、统计等方面的运算，又称函数计算器。3.程序计算器：可以编程序，把较复杂的运算步骤贮存起来，进行多次重复的运算。当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比较容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。计算器这一程序机器实际上是从计算机中割裂出来的衍生品，但因其方便快捷的操作模式，已经被广泛应用于商业等日常生活中，极大的方便了人们对于数字的整合运算。起源和发展最早的计算工具诞生在中国。筹策是中国古代最早采用的一种计算工具，又被称之为做算筹。这种算筹的制作材料多是竹子，木头，或兽骨一束约二百七十枚，使用时可以放在布袋里面随身携带。直到科技发达的今天，中国群众任然有很多在使用珠算盘，珠算盘是中国古代计算工具领域中的另一项发明，到明代时期。珠算盘的结构已经几乎与现代的珠算盘相同。在 17 世纪初期，计算工具在西方国家的有了非常大的发展，英国数学1攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论家-纳皮尔发明了纳皮尔算筹，英国牧师-奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺能够实现多种计算功能，不仅能够实现基本的四则运算，也可以进行乘方和开方运算。更为强大的是，这种计算尺还可以计算三角函数，指数函数和对数函数。这些计算工具积极推动了计算器的发展，为现代计算器的发展奠定了非常良好的基础，慢慢演变，成为现代社会中广泛应用的计算工具。在 1642 年，19 岁的法国科学家-帕斯卡引用了算盘的原理，发明了世界上第一部机械式计算器，他的计算器装置中有一些齿轮互相联锁，当其中此轮转过十位之后，就会使与其相连接的另一个齿轮转过一位，使用者可以像使用电话号码拨盘那样，直接把数字拨进去，此后计算结果就可以出现在另一个窗口中，但是只可以做加减计算，不能做乘除运算。在 1694 年，德国的莱布尼兹将机械式计算器进行了改进，使其可以进行乘除运算。自此此后，一直等到20 世纪 50 年代末，电子计算器才开始出现。1.2 本课题研究的主要内容本设计主要研究的是，基于单片机的简易计算器，采用 AT89C52 单片机作为主控器件，矩阵键盘输入，液晶显示器讲计算过程及结果显示输出，通过 C 语言编程，实现建议简易计算器的功能。2攀枝花学院本科毕业设计（论文）2设计任务及方案2 设计任务及方案2.1 设计任务1.对计算器硬件系统进行设计，利用 AT89C52 作为主控器件，组成一个能进行简单四则运算的计算器，能进行数据归零，按键提示。2.运用 keil 进行计算器软件系统的设计。3.在 protues 仿真平台上，对软件进行调试及仿真。2.2 设计方案按照系统设计的功能的要求，确定设计系统由主控模块、显示模块、键盘扫描接口电路、按键提示电路 4 个模块组成。系统构成框图如图 2.1 所示：键盘输入电路单片机最小系统LCD液晶显示电路按键提示电路图 2.1系统构成框图3攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计3系统硬件设计3.1 单片机最小硬件系统单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分，包括主控芯片、复位电路和时钟电路。3.1.1 主控芯片 AT89C52 单片机简介AT89C52 引脚图如图 3.1 所示：图 3.1AT89C52 引脚图AT89C52 是 ATMEL 公司生产的 51 系列单片机，是一个低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 8k bytes 的可以反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256bytes 的随机存取数据存储器（RAM）。4攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计AT89C52 的主要功能特性：兼容 MCS51 指令系统8k 可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口 及 256x8bit 内部 RAM3 个 16 位 可编程定时/计数器 中断 时钟频率 0-24MHz2 个 串行 中断，可编程 UART 串行通道2 个 外部 中断源，共 6 个 中断源2 个 读写 中断口线，3 级 加密位低功耗 空闲和掉电 模式，软件设置睡眠及唤醒功能AT89C52 的主要管脚有：XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。外接 12MHz 晶振。VCC 和 VSS:为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。RST/Vpd:为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。P0 口：8 位漏极开路型双向 I/O 口，地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位可以用吸收电流的方式来驱动8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1”时，可以作为高阻抗输入端使用。在访问外部数据存储器或者程序存储器的时候，分时转换地址低8 位，和数据总线复用。在访问期间激活内部的上拉电阻。P1 口：带有内部上拉电阻的8 位 双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可以驱动（吸收电流或输出电流）的4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻可以把端口拉到高电平，可作输入口使用。当作为作输入口使用时，因为内部存在有上拉电阻，因此某个引脚被外部信号拉低，会输出一个电流(IIL)。与 AT89C51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。参见表 1：表 1：引脚P1.0P2.0P2 口：为带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可以驱动（吸收电流或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。当对端口P2 写“1”时，通过内部的上拉电阻可以把端口拉到高电平去，此时可作输入口使用，T2时钟输出T2EX（定时器/计数器 2）功能特性5攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计当作输入口使用时，因为其内部存在有上拉电阻，当某个引脚被外部信号拉低的时候会输出一个电流(IIL)。P3 口：为带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收电流或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。当对P3 口写入“1”时，它们会被内部上拉电阻拉高并且可以作为输入端口。此时，当被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还可以接收一些用于Flash 闪速存储器编程及程序校验的控制信号。ALE/PROG：当访问数据存储器或者外部程序存储器的时候，ALE（地址锁存）允许输出脉冲用在锁存地址的低8 位字节。一般情况之下，ALE 仍然以时钟振荡频率的六分之一来输出固定的脉冲信号。因此它可以用来为外部输出时钟或者用来作为定时目的。值得大家注意的是：每当来访问外部的数据存储器时，将会跳过一个ALE 脉冲。在对 Flash 存储器编程的期间，该引脚还可以用于输入编程脉冲（PROG）。如果有必要，还可通过对特殊功能寄存器（SFR）区域中的 8EH 单元的 D0 位置位，可以禁止 ALE 操作。在该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才可以将 ALE 激活。此外，该引脚还会被微微拉高一些，当单片机执行外部程序时，应该设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序存储允许外部程序读取内存频闪（PSEN）的方式，当 AT89C52取从外部程序存储器读取指令时（或数据），每个机器周期两次有效PSEN。作为外部数据存储器的访问，并在同一时间传递信号，跳过PSEN 两次。EA/VPP：允许外部访问，意图使 CPU 只访问外部程序的存储器（地址范围为0000H-FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。注意：如果当加密位LB1被编程时，EA 端状态会在复位时被内部锁存。如果EA 管脚接为高电平（连接 Vcc 端）时，CPU 执行内部程序存储器的指令。当 Flash 存储器编程时，此引脚和+12 V 的编程允许电源 VPP，当然，这必须是该设备使用12V 编程电压 Vpp。特殊功能寄存器：在 AT89C52 的芯片内的存储器中，一共有128 个单元的的 80H-FFH 的特殊功能寄存器（SFE）。不是所有的地址都能被定义，总共有 128 个字节从 80H-FFH 只有一部分会被定义，以及有相当一部分还没有被定义。针对该单位对没有提供的定义的部分读写将是无效的，读出的数值将是不确定的，而写的数据也将会丢失。不应将数据“1”被写入没有被定义的单位，因为可能会在未来中的产品，在这些单元中的赋予了新的功能，这而在样的情况下，复位后，这些单位在数值始终为“0”6攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计数据存储器：AT89C52 内部 RAM 有 256 字节。80H-FFH，高 128 字节特殊功能寄存器（SFR）地址重叠，也就是说，高128 字节的 RAM，与特殊功能寄存器有相同的地址，它们是分开的，在物理上来说。当一个指令访问的 7FH 内部地址单元以上的部分，指令寻址模式是不同的，该决定寻址访问高位 128 字节的 RAM 或访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址访问，那么访问的是特殊功能寄存器。定时器 2:定时器 2 是一个 16 位的定时器/计数器。它无论是作为一个计时器，还是作为外部事件计数器，都是可行的。它的工作原理所选择的特殊功能寄存器 T2CONC/T2。定时器 2 的工作模式有三种：捕捉，自动重装模式（向上或向下计数）和波特率发生器，工作T2CON 控制位选择。定时器 2由两个 8 位寄存器 TH2 和 TL2 定时器工作，在定时器的工作方式中，每个机器周期 TL2 寄存器的值加 1，一个机器周期由12 个振荡器时钟构成，因此，计数率是振荡频率的1/12。在计数器工作的时候，当T2 引脚的外部输入信号时，1-0 下降沿产生，寄存器的值加1，在这样的工作之下，在每个机器周期 5SP2 期间，外部输入进行采样。通过在第一个机器周期所采样到的值为 1，下一个机器周期所采样到的值是0，随后的寄存器中，就在下一个周期的 S3P1 期间加 1。确定 1-0 过渡占用两个机器周期（24 个振荡周期），因此，最大计数率的振荡频率的1/24。是必需的，以确保正确的采样的输入电平的变化时刻之前保持至少一个完整的周期，以确保输入信号被至少一次采样。捕获方式：在捕获模式下，T2CON 控制位 EXEN2 来选择两个不同的工作方式。当 EXEN2=0，定时器 2 就是是一个 16 位的定时器或者计数器。当计数溢出的时候，溢出标志TF2 在 T2CON 中设置，此时中断在同一时间激活。如果 EXEN2=1，定时器 2 做同样的操作，T2EX 引脚的外部输入信号1-0 负跳变发生时，TH2 和 TL2 中的值被捕获到 RCAP2H 和 RCAP2L 中。此外，T2EX引脚信号跳变使 T2CON 的 EXF2 置位，TF2 的类似，EXF2 激活中断。当定时器处于自动重装模式，可以通过编程来向上或向下计数，这个功能可以 DCEN位特殊功能寄存器 T2CON（允许自动重装（向上或向下计数器）倒计时）选择。复位的时候，DCEN 位置“0”，默认设置定时器计数。当DCEN 设置，定时器 2 可以向上计数，取决于T2EX 引脚的值，当 DCEN=0 时，定时器 2会自动设置为计数摸索，且向上，在此模式控制位EXEN2 T2CON中有两个选项，如果 EXEN2=0，定时器 2 计数到 0FFFFH 溢出集，TF2 激活中断，而16 位计数寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L 的重装 RCAP2H 和 RCAP2L 的值由软件预置。如果 EXEN2=1，定时器 2 的 16-位重载溢出或外部输入端子的T2EX 触7攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计发从 1-0 的的的下降沿。这个脉冲信号使EXF2 设置的中断被启用时，如果一个中断被允许，同样也会产生中断。定时器2 的中断入口地址是：002BH-0032H。当 DCEN=1 时的。并允许定时器2 向上计数或者向下计数，通过这种方式，用 T2EX 引脚来控制计数器的计数方向。该T2EX 引脚到一个逻辑“1”时，使得该定时器计数高达0FFFFH 时，产生溢出，置位 TF2，同时把 16-位的的计数的寄存器RCAP2H 与 RCAP2L 重新-加载成 TH2 和 TL2 中。当 T2EX 引脚到逻辑“0”的时候，就将定时器 2 的向下计数，当 TH2 和 TL2的值是等于到包含在RCAP2H 和 RCAP2L 中的值的时候，计数溢出，把 TF2置位，与此同时，在定时寄存器中，重新装入0FFFFH。中断：AT89C52 共有 6 个中断源：两个外部中断（INT0 和 INT1），三个定时中断（定时器 0，1，2）和串行端口中断。通过设置特殊寄存器 IE 设置或清除控制每个中断源的允许或禁止。IE 的总禁止位是 EA，它用来控制所有中断的允许或禁止。程序员不可以把 1 写入保留位，它们是用来在未来 AT89 系列产品中被用作为扩展的。在定时器2 中，受T2CON，TF2 和 EXF2 的逻辑的影响来产生中断，这些标志不能被硬件清除，服务程序被确定为 TF2 或 EXF2 产生中断。并且是由软件来清除所产生的中断标志。TF0 和 TF1 定时器 0 和定时器 1 标志 S5P2机器周期定时器溢出状态位设置，并在下一个机器周期的中断标志查询之前查询到该标志。然而，定时器 2 标志 TF2 S2P2 机器周期定时器溢出状态位被设置，并在同一个机器周期查询标志。时钟振荡器：AT89C52 有一个高增益的反相放大器，用于构成内部振荡器。引脚 XTAL2 和引脚 XTAL1 是放大器的输出端和输入端。此放大器的反馈元件芯片石英晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器的振荡电路，一个外部晶体（或陶瓷谐振器）和电容器C1，C2 构成并联连接到放大器的反馈回路中的振荡电路。外部电容器C1，C2 的选择，虽然不是很严格的要求，但电容的大小由电平的振荡频率受到轻微影响，振荡器的工作的稳定性，启动程序的难度和温度稳定性，并且如果我们使用石英晶体，那么电容选取 30pF10pF 的范围比较合适，如果是选择陶瓷谐振器来使用，那么建议选择 40PF10F 的范围比较合适。用户也可以使用外部时钟。在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1 端，也可称之为，内部时钟产生电路的输入端，此时，把 XTAL2 引脚悬空。外部时钟信号通过2 分频路作为内部时钟信号的触发器，因此对外部时钟信号的占空比无特殊要求应符合技术条件的要求低的最低高电平持续时间和最大持续时间。空闲节电模式：在空闲模式操作时，此时CPU 处于睡眠状态，所有片上外设仍然活跃在软件这种方式。在这种情况下，芯片上的RAM 和特殊功能8攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计寄存器的内容冻结。空闲模式可以终止任何启用的中断请求或硬件复位。由硬件复位终止空闲，只需要短短两个机器周期有效复位信号，在这种状态下，片上硬件抑制访问内部RAM，但访问的端口引脚，当复位到终止空闲的端口，以避免可能产生无意的写指令的指令后，进入空闲模式不应该是单端口或外部存储器写指令。掉电模式：在掉电模式下，振荡器停止，而进入掉电模式的指令是最后一条指令被执行，片上RAM 以及特殊功能寄存器的内容将会在终止掉电模式前被冻结住。只有采取硬件复位的方式，才能退出掉电模式是。一个硬件复位之后，所有的特殊功能寄存器将被重新定义，但RAM 中的内容不会被改变，在 VCC 的正常工作电平被恢复之前，应为无效复位，并必须保持目标时间，才能使振荡器重新启动并稳定工作。3.1.2 复位电路复位电路如图 3.2图 3.2复位电路采用按键方式,电阻分别选取 100 和 10K，电容选取 0.1 F。上电复位是复位电路的第一功能。通用的微机电路正常的的工作电源电压为 5V5，即 4.75V 至 5.2V。复位电路是用来让微型计算机系统保持稳定可靠的工作状态的不能缺少的部分。总所周知，微型计算机电路是有时序的数字电路，它需要一个稳定的时钟信号，所以当电源开启时，只有当 VCC 超过 4.75V 的时候或者 VCC 低于 5.25V 的时候，并且要晶体振荡器工作状态持续稳定，复位信号才可以被撤销，计算机电路才能开始正常工作。上电复位原理：当 VCC 上电时，电容 C 充电，而在 10K 的电阻上出现电压，使得单片机可以复位；几个毫秒之后，电容C 被充满，10K 的电阻上的电流被降为 0，电压此时也为 0，从而使得单片机开始进入工作状态。手动复位原理：工作期间，按下按键 S，电容 C 放电。按键 S 松手，电容 C又充电，此时在10K 电阻上出现电压，从而使得单片机复位。几个毫秒后，单片机开始进入工作状态。9攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计3.1.3 时钟电路时钟电路如图 3.3：图 3.3时钟电路时钟电路是计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。单片机工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟信号控制下才能有序地进行，时钟电路就是为单片机工作提供基本时钟的。单片机的时钟信号通常有两种产生方式：内部时钟方式和外部时钟方式。内部时钟方式：内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚分别为此放大器的输人端和输出端,在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。晶振的取值范围一般为 024MHz，常用的晶振频率有 6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。一些新型的单片机还可以选择更高的频率。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用 2030pF 的瓷片电容。外部时钟方式：是在单片机 XTAL1 引脚上外接一个稳定的时钟信号源，它一般适用于多片单片机同时工作的情况，使用同一时钟信号可以保证单片机的工作同步。3.2 键盘接口电路键盘接口电路如图 3.4 所示：10攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计图 3.4键盘接口电路4*4 矩阵键盘工作原理：矩阵键盘又称为行列式键盘，它由 4 条 I/O 线为行线，4 条 I/O 线做列线组成，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘中的按键数为 4*4 个，所以称之为 4*4 矩阵键盘，这种行列式的键盘结构大大提高了 I/O 口的利用率。在本设计中:行线置高电平，接 P1 口的低四位 P1.3-P1.0列线置低电平，接 P1 口的高四位 P1.7-P1.4高四位为输入，低四位为输出1.检测当前是否有键按下，采用逐行扫描法，检测方法为先将 P1.7-P1.4 依次置0，检测 P1.3-P1.0 状态，若全为 1 则无键闭合，否则有键闭合。2.取出键抖动，当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步判断。3.若有键按下，应判断究竟是哪一键按下。方法是对键盘的行线进行扫描将 P1.7-P1.4 依次置 0 时，P1.3-P1.0 状态表 3.2：P1.31110P1.21101P1.11011P1.00111闭合状态第一行闭合第二行闭合第三行闭合第四行闭合表 3.2P10-P13 状态表3.3 液晶显示电路本设计液晶显示部分采用 LCD1206 电路如图 3.5：11攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计图 3.5LCD1206 电路液晶显示原理：线段的显示:图象形式的液晶显示装置有 MN 个基本的显示单元，假设LCD显示 64 行，每行有 128 列，一字节的 8 位对应每 8 位，即组成方式是由每行 16字节，共 168=128 个点而组成的，6416 显示单元与 RAM 的显示区对应于 1024个字节，以对应于每一个显示位置上的每个字节的显示的亮暗程度。例如，屏幕亮和暗的第一行的内容由16个字节的RAM区内容来决定，而当000H-00FH（000H）=FFH 时显示在屏幕左上角的短亮线，长度是 8 个小点，而当（3FFH）=FFH，就在屏幕的右下角会显示一个简短的亮线;（000H）=FFH（001H）=00H（002H）=00H，.（00EH）=00H（00FH）=00H，第 8 段亮线和 8 个暗线，在屏幕顶部显示一条虚线。这是液晶显示器（LCD）显示的基本原理。字符的显示:一个字符在液晶显示中显示是比较复杂的，因为一个字符是由68 或者 88 的点阵构成的，不仅要找到和显示在屏幕上的显示RAM 的 8 个字节的位置对应的字节，而且还要使每个字节不同的位是“1”，另一个是“0”，把“1”点亮，而“0”是不亮。用这样的方法来组成一个字符。但是显示字符对于内带有字符发生器的控制器，是比较简单的，可以允许控制器工作在文本模式中，根据液晶屏上开始显示的行和列的号，和就可以找出 RAM 所对应的地址，设置一个游标，发送这个字符所对应的代码就可以了。汉字的显示:对于汉字的显示一般是采用图形的方式，将要显示的中国汉字的点阵码（字模提取软件）从微机中提取，每个汉字占 32B，分为左，右两半，每半各 16B，左边是基数 1，3，5右边是偶数 2，4，6.正确的显示中文12攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计字符，根据在 LCD 上现实的行列号，及行列数可以找出在 RAM 上所对应的的地址，在光标的位置上加1，发送的第二个字节，先换行再按列对齐，给第三个字节.直到 32B 完全被显示，就可以在液晶显示屏上得到一个完整的中文字符。LCD1206 引脚如图 3.6 所示：图 3.6LCD1206 引脚图LCD1602 采用标准的 16 脚接口，但在 proteus 仿真中无字库，故为 14 脚第 1 脚：VSS 为电源接地第 2 脚：VCC 接 5V 电源的正极第 3 脚：V0 为液晶显示器的对比度调整端，当接正电源的时时候对比度最弱，而接地电源时对比度最高（而当对比度过高时会，就会产生“鬼影”，使用时可以通过接一个 10K 的电位器来调整对比度）。第 4 脚：RS 为寄存器选择脚，当高电平 1 时就选择数据寄存器，当低电平 0 时就选择指令寄存器。第 5 脚：RW 是读写信号线，当高电平时进行读操作，当低电平时进行写操作。第 6 脚：E(或 EN)端为使能端,当高电平 1 时读取信息，当负跳变时执行指令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：1.显示质量高:液晶显示器的每一个点从一收到信号那一刻后，就始终保持相同的色彩和亮度，保持恒定发光，而阴极射线管显示器（CRT）却需要不断刷新来亮点。因而液晶显示器的显示画质更加清晰稳定。液晶显示器都是数字式的，当其和单片机系统连接时，系统更加简单可靠，操作更加的方便。2.体积小、重量轻:液晶显示器主要是通过改变显示屏上的电极控制液晶分子的状态来达到显示的目的，因此在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻很多。3.功耗低:液晶显示器的功耗消耗最大的地方主要是在其内部的电极和驱动IC 上，因此液晶显示器的耗电量比其它的显示器要少得多。LCD1602 的指令码如表 2 所示：13攀枝花学院本科毕业设计（论文）3系统硬件设计令清 除 显示地 址 归位显 示 状态开/关进 入 点设定游 标 或显 示 移位控制功 能 设定设定CGRAM地址设定DDRAM地址读 取 忙标 志 和地址写 数 据到 RAM读出RAM的值指令码RRS/W0000D D7 60 00 0D500D400D300D200D101D01X功能将 DDRAM 填满20H,并且设定DDRAM 的地址计数器(AC)到00H设定 DDRAM 的地址计数器(AC)到00H,并且将游标移到开头原点位置;这个指令不改变 DDRAM 的内容D=1:整体显示 ONC=1:游标 ONB=1:游标位置反白允许指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位设定游标的移动与显示的移位控制位;这个指令不改变 DDRAM 的内容DL=0/1：4/8 位数据 RE=1:扩充指令操作 RE=0:基本指令操作设定 CGRAM 地址000 0001DCB000 00001I/DXS000 001SR/C/LXAC3AC3AC3REAC2AC2AC2X00000 00 11AC5AC5AC5DLAC4AC5AC5XAC1AC1AC1XAC0AC0AC0001 0设定 DDRAM 地址（显示位址）第一行：80H87H 第二行：90H97H读取忙标志(BF)可以确认内部动作是否完成,同时可以读出地址计数器(AC)的值将数据 D7D0 写入到内部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)从内部 RAM 读取数据 D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)01B AF C61011表 2LCD1602 的指令码14攀枝花学院本科毕业设计（论文）4系统软件设计4 系统软件设计4.1 键盘扫描部分程序设计键扫程序的过程为：开始时，先判断是否有键闭合，无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，先去抖动，然后确定是否有键按下，若无键按下，则返回继续判断是否有键闭合，若有键按下，则判断键号，然后释放，若释放按键完毕，则返回，若没有释放按键，则返回继续释放。流程图如图 4.1开始N是否有键按下NY返回去抖动确有键按下Y判断行号N释放Y结束图 4.1-键盘扫描流程图4.2 运算部分程序设计算术运算程序的过程为：首先判断当前输入的运算符是以下运算符中的哪一个+、-、*、/，如果是+或者是*，则要先判断运算结果是否会溢出，如果结果溢出则不显示运算结果，没溢出就显示运算结果，若是/，则要先判断除数是否为零，为零就不显示结果，不为零则显示运算结果，若是-，则直接显示运算结果。其流程图如图 4.1 所示：15攀枝花学院本科毕业设计（论文）4系统软件设计开始运算符是？加乘除减运算结果溢出YNN除数为零Y显示错误数值送显示缓冲图 4.2-运算流程图4.3 显示部分程序设计显示程序的过程为：显示开始时，先进行 LCD 的初始化，判断是否显示汉字或 ACSII 码或图形，若不显示，则返回，若显示的是汉字或ACSII 码，则进行相应功能的设置，然后送地址和数据，再判断是否显示完,显示完则返回，没有显示完则继续送地址，若显示的是图形，则先进行相应功能的设置，再送行地址和列地址，然后送数据，最后判断是否显示完，显示完则返回，没有显示完则继续送行地址和列地址。其流程图如图 4.3 所示：16攀枝花学院本科毕业设计（论文）4系统软件设计开始液晶初始化是否显示字符Y相应功能设置送地址N送数据是否显示完Y返回图 4.3-显示流程图4.4 主函数程序设计主函数流程图如图 4.4 所示17N攀枝花学院本科毕业设计（论文）4系统软件设计开始初始化参数初始化LCDNY读取键码数字输入数值按键C状态清零功能根据上次功能键和输入的数据计算结果本次功能键是=计算结果其他键保存结果及功能键是否按键数值送显示缓存结果送显示缓存LCD液晶显示等待数值图 4.4-主函数流程图程序清单详见附录 118攀枝花学院本科毕业设计（论文）5仿真和调试5 仿真和调试5.1 keil 系统概述Keil C51是美国 Keil Software公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C 来开发，体会更加深刻。软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，其生成的汇编代码结构紧凑，读者理解起来比较容易。在开发大型软件时由此更能体现高级语言的优势。Keil C51 工具包的整体结构中，其中 uVision 与 Ishell 分别是 C51 forWindows 和 for Dos 的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由 LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51 连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件，以供调试器 dScope51 或tScope51 使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中。5.2 Keil 使用步骤1.在 windows 下运行 keil 软件，进入 keil 开发环境；2.在 keil uVision 选择 project/new project 建立一个新工程项目 3.给工程项目取名为 calculator，然后保存在文件夹下；3.紧接着自动弹出器件选择框，选择 ATMEL 公司的 AT89C52；4.在 keil uVision 中选择 file/new，打开程序编辑器，输入程序检查无误后保存文件 calculator.c 在工程项目相同的目录中；5.保存好后把文件加入到工程项目中，在 project workspace 窗口中，选择source Group1 条目并单击右键在弹出的菜单选择 add files to groupsource group1；6.接着编译工程项目；7.接下来生成 HEX 文件，在 project workspace 窗口中，选择 target1 条目并单击右键，在弹出的菜单中选择 option for target 1，准备为 target1 配置编译环境；8.在 output 页为 created HEX