1、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44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 : AT89C52 LCD1602 计
2、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 ,
3、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(Micro Control Unit)。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
4、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LCD液晶显示屏模块电源模块AT89C52主控制模 块4X4键盘模块图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
5、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3.2.3 LCD接口电路表3.2.3-1 LCD1602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
6、,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714脚D0D7为8位双向数据线。第1516脚背光阳极和背光阴极。表3.2.3-2 LCD1602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
7、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8DDRAM
8、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
9、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:AT89C52 LCD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
10、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
11、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
12、,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
13、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4.2.4 LCD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;
14、 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
15、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:延时程序开始检测LCD是否在忙扫描键盘Y N加减乘除运算子程序液晶显示结束图5.3模块的流程图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【1】张靖武,周灵杉.单片机系统的PROTEUS设计与仿真M.北京:北京电子工业出版社【2】靳达.求是科技.单片机应用系统开发实例导航M.:人民邮电出版社,2006【3
16、】刘守义. 单片机应用技术M.:西安电子科技大学出版社,2001【4】林志琦.基于PROTEUS的单片机可视化软硬件仿真M.北京:北京航空航天大学出版社,2006【5】徐江海.单片机实用教程M.北京:机械工业出版社,2007.【6】谭浩强. C语言程序设计M.北京:清华大学出版社,2000.目 录第1章总 论31.1.项目背景与概况31.2.主要技术经济指标71.3.问题与建议8第2章项目投资环境与市场研究92.1.投资环境分析92.2.区域房地产市场分析112.3.销售预测152.4.营销策略19第3章建设规模与项目开发条件213.1.建设规模213.2.项目概况现状213.3.项目建设条件
17、22第4章建筑方案264.1.设计依据264.2.项目设计主题和开发理念264.3.项目总体规划方案274.4.建筑设计284.5.结构设计294.6.给排水设计30第5章节能节水措施325.1.设计依据325.2.建筑部分节能设计32第6章环境影响评价336.1.编制依据336.2.环境现状336.3.项目建设对环境的影响346.4.环境保护措施34第7章劳动卫生与消防357.1.指导思想357.2.职业安全卫生健康对策与措施357.3.消防设计36第8章组织机构与人力资源配置388.1.组织机构388.2.人力资源配置38第9章项目实施进度399.1.项目开发期399.2.项目实施进度安排399.3.项目实施过程控制措施39第10章项目招投标4110.1.工程项目招标投标概述4110.2.工程项目招标投标因素分析4210.3.招标依据4410.4.招标范围4410.5.招标方式44第11章投资估算与资金筹措4511.1.投资估算4511.2.资金筹措45第12章财务评价4712.1.项目评估依据4712.2.财务评价基础数据的选择4712.3.财务评价4712.4.不确定性分析48第13章社会评价4913.1.项目对社会的影响分析4913.2.风险分析5013.3.社会评价结论51第14章研究结论与建议5214.1.可行性研究结论5214.2.建议5212
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