1、單片機原理與應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計基于51單片機的多功能計算器院 系 ：機電工程學院專業(yè)（班級）：電子信息工程1班姓 名：學 號:20134081006指導(dǎo)教師：邵海龍職 稱：講師完成日期： 2015 年 9月22日評定成績：關(guān)鍵詞：單片機；液晶顯示；計算器；目 錄引言 .31 單片機及其應(yīng)用.3.1.1單片機介紹3 1.2單片機的應(yīng)用4 1.3 STC89C52單片機4 2 液晶屏LCD1602原理及應(yīng)用. 5 2.1液晶屏LCD1602介紹及工作原理. .52.2 液晶屏LCD1602的功能及應(yīng)用5 3 設(shè)計思路、仿真及調(diào)試.7 3.1設(shè)計方法7 3.2硬件設(shè)計. .7 3.2.1復(fù)位電路.7

2、3.2.2 液晶屏LCD1602顯示電路.83.2.3 4*4鍵盤的設(shè)計.93.2.5 多功能計算器的總電路. 103.3軟件設(shè)計 103.4軟件仿真173.5硬件調(diào)試.18 4 結(jié)束語. .18謝辭.18 參考文獻.19 1 單片機及其應(yīng)用1.1單片機介紹 單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能1.2單片機的應(yīng)用 STC89C52 是STC公司推出的一款超強抗干擾，加密性強，在線可編程，高速，低功耗CMOS 8位單片機。片內(nèi)含

3、 8k bytes 的可反復(fù)擦寫Flash只讀程序存儲器和256 bytes 的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容， 片內(nèi)置通用8位中央處理器 （CPU）和Flash存儲單元， 功能強大的STC89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。1.3 STC89C52單片機3.2 STC89C52外部結(jié)構(gòu)及特性 其外形封裝有兩種方式：雙列直插式40腳封裝（DIP）和方形44腳封裝 （PLCC），直插式40 腳封裝（DIP）和外部總線結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示： 圖3.1 STC89C52引腳排列圖3.2 外部總線S

4、TC89C52的 4 個 8 位I/O口的功能說明如下：（1）P0口：P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash 編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 （2）P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為

5、輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時器/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在 flash 編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 （3）P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOV

6、X DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗時，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 （4）P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在 flash 編程和校驗時，P3 口也接收一些控制信號。P3 口亦作為AT89C52特殊

7、功能（第二功能）使用，如下所示： l P3.0 RXD(串行輸入口) l P3.1 TXD(串行輸出口) l P3.2 INTO(外部中斷0 輸入口) l P3.3 INT1(外部中斷 1 輸入口) l P3.4 TO(定時器 0 外部輸入) l P3.5 TI(定時器 1 外部輸入)l P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號) l P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號) 3.3 STC89C52內(nèi)部組成STC89C52單片機在一塊芯片中集成了 CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器、看門狗和多種功能的 I/O 口設(shè)備的等，相當于一臺計算機所需要的基本功能部件。STC89C52單片機內(nèi)包含的具

8、體部分如下： 一個8 位 CPU。 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 8KB Flash 程序存儲器。 256 B RAM 數(shù)據(jù)存儲器。 三個16 位定時器/計數(shù)器。 可尋址 64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲器和 64KB 的外部程序存儲器空間的控制電路。 32 條可編程的 I/O線（4組8 位并行 I/O端口）。 一個可編程全雙工串口通信。 8 個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。 STC89C52單片機的框圖如圖3.3所示，各功能部件由內(nèi)部總線連接在一起。圖3.3 STC89C52單片機框圖2 液晶屏LCD1602原理及應(yīng)用 2.1液晶屏LCD1602介紹LCD1602已很普遍了，具體介紹我就不多說了，市

9、面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)2.2 液晶屏LCD1602的功能及應(yīng)用5.2.1 1602LCD液晶顯示屏1602LCD顯示屏是一種工業(yè)字符型液晶，所謂1602是指顯示的內(nèi)容為16*2，即可以顯示兩行，每行16個字符，目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的

10、字符型液晶。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。其管腳功能表和寄存器選擇控制表如表5.1和表5.1所示：表5.1 管腳功能表引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4R

11、SRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光電

12、源正極16BLK背光 電源負極表5.2寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3 設(shè)計思路、仿真及調(diào)試3.1設(shè)計方法本電路設(shè)計采用STC89C51單片機為核心，利用晶振產(chǎn)生頻率為1HZ的時鐘脈沖信號，利用液晶屏LCD1602顯示計算器，通過對STC89C51單片機的編程控制液晶屏LCD1602的顯示。顯示計算和簡易計算的信息同在LCD1602.3.2硬件設(shè)計 本系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心，本系統(tǒng)選用12MHZ的晶振，使單片機有合理的運

13、行速度。起振電容30pf對振蕩器的頻率高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性影響較合適，復(fù)位電路為按鍵高電平復(fù)位。3.2.1復(fù)位電路 為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延遲才撤銷復(fù)位，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。當單片機的復(fù)位引腳出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。所以復(fù)位引腳的電容大一點沒多大關(guān)系，頂多是復(fù)位時間長一點；但如果電容太小，高電平持續(xù)時間太短，則單片

14、機無法正常復(fù)位，就不能工作，電容通常取10UF或22UF，鋁電解電容即可。單片機的復(fù)位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電源通過電阻給電解電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒），正因為這樣，復(fù)位腳由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作；當按下復(fù)位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復(fù)位工作。電路圖如圖5.1。圖5.1 復(fù)位電路3.2.2 液晶屏LCD1602顯示電路 3.2.3 4*4鍵盤的設(shè)計 其功能如下3.2.5 多功能計算器的總電路. 14 3.3軟件設(shè)計 程序如下：#include

15、#define lcd1602_DATAPINS P0#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit lcd1602_E=P27;sbit lcd1602_RS=P26;sbit lcd1602_RW=P25;uchar code digit=0123456789+-x/=.;uchar code key_code=0xd7,0xee,0xde,0xbe,0xed,0xdd,0xbd,0xeb,0xdb,0xbb,0x7e,0x7d,0x7b,0x77,0xb7,0xe7 ;uchar code str= Input Dat

16、a: ;uchar key;void delay1ms(uchar c) /誤差 0us uchar a,b;for (; c0; c-) for (b=199;b0;b-) for(a=1;a0;a-); void lcdwritecom(uchar com ) lcd1602_E=0; lcd1602_RS=0; lcd1602_RW=0; lcd1602_DATAPINS=com; delay1ms(1); lcd1602_E=1; delay1ms(5); lcd1602_E=0; void lcdwritedata(unsigned char dat) lcd1602_E=0; lc

17、d1602_RS=1; lcd1602_RW=0; lcd1602_DATAPINS=dat; delay1ms(1); lcd1602_E=1; delay1ms(5); lcd1602_E=0;void init() lcdwritecom(0x38); lcdwritecom(0x0c); lcdwritecom(0x06); lcdwritecom(0x01); lcdwritecom(0x80);void key_scan() uchar scan1,scan2,keycode,i; P1=0xf0; scan1=P1; if(scan1&0xf0)!=0xf0) /判斷是否按鍵 d

18、elay1ms(15); /延時消陡 scan1=P1; if(P1&0xf0)!=0xf0) P1=0x0f; scan2=P1; keycode=scan1|scan2; for(i=0;i16;i+) if(keycode=key_codei) /查表得鍵值 key=i; else P1=0xff; /P1口寫1，輸入狀態(tài) void main() uchar i; uchar x,y,sign=0; uchar flag; int a,b; P1=0xff; /寫1，讀狀態(tài) delay1ms(15); init(); lcdwritecom(0x80); for(i=0;i16;i+)

19、lcdwritedata(stri); delay1ms(10); lcdwritecom(0xc0); delay1ms(5); /lcdwritedata(0); while(1) P1=0xf0; if(P1&0xf0)!=0xf0) delay1ms(15); if(P1&0xf0)!=0xf0) key_scan();if(key0&a9&a99&a999&a10000) lcdwritedata(digita/1000); lcdwritedata(digita%1000/100); lcdwritedata(digita%1000/10%10); lcdwritedata(dig

20、ita%10); 3.4軟件仿真 在硬件設(shè)計完成后，利用軟件進行仿真，以盡可能減少做板子的次數(shù)，這次我采用了protues軟件進行仿真如圖多功能計算器的的顯示3.5硬件調(diào)試.16 4 結(jié)束語在用單片機實現(xiàn)多功能計算的設(shè)計中使用了STC89C51，LCD1602及其4*4鍵盤的使用，在設(shè)計過程中我通過在網(wǎng)上和圖書館查閱資料，收集了相關(guān)的單片機和液晶屏LCD1602顯示方面的資料，通過這些資料的學習，我了解了單片機的基本結(jié)構(gòu)和單片機在生活和生產(chǎn)中發(fā)揮的作用：液晶屏的原理和使用。本次課程設(shè)計完成的主要工作和任務(wù)如下：對設(shè)計方案的理論研究，單片機的合理選型，硬件電路的設(shè)計，元器件的焊接，軟件的編寫和調(diào)試，。通過設(shè)計多功能計算器的過程中，我掌握了單片機的基本原理及其各種應(yīng)用，對他的各種硬件接口與軟件設(shè)計方法有較深入的認識。謝辭 首先要感謝學校給我提供了做這個系統(tǒng)的機會，感謝學校的各位領(lǐng)導(dǎo)和老師一直以來對我的教導(dǎo)和幫助。其次感老師，給我進行了很多的輔導(dǎo)，不僅