袁　禮成都理工大學(xué)

基于單片機(jī)的多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

袁禮
成都理工大學(xué)

單片機(jī)是計(jì)算機(jī)制造技術(shù)高速發(fā)展下所誕生的產(chǎn)物，它是嵌入式系統(tǒng)的控制核心，如今，它已被廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍工產(chǎn)品及家用電器之中，而計(jì)算器作為一種方便快捷的計(jì)算工具在生活中得到了普遍使用。

單片機(jī) 計(jì)算器 矩陣鍵盤 LCD

1　設(shè)計(jì)要求

在本次設(shè)計(jì)中，主要完成以下幾方面的設(shè)計(jì)要求：

（1）了解單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成以及如何搭建單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路的方法；

（2）實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的加、減、乘、除基本四則運(yùn)算；

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量；

（4）實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的顯示和設(shè)定。

2　方案的論證和選擇

2.1方案一 采用PLC控制

PLC是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱，最早出現(xiàn)于60年代末期的美國，目的是用于取代繼電器?？梢詧?zhí)行計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)運(yùn)算和邏輯判斷等操作指令，并通過模擬量和數(shù)字量的輸入和輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類型機(jī)械和生產(chǎn)設(shè)備的控制。但PLC外圍擴(kuò)展模塊的使用方法麻煩且體積相對(duì)較大，保密性不好，就本次設(shè)計(jì)的需求來說，使用PLC設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)性來說成本過高，從實(shí)用性來說不易于攜帶，因此不被采用。

2.2方案二 采用STC89C52控制

單片機(jī)是一種集成電路芯片，全稱為單片微型計(jì)算機(jī)，它的制造采用的是超大規(guī)模集成電路工藝將中央處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、以及各種I/O接口電路集成到一塊半導(dǎo)體芯片上。因此，單片機(jī)以重量輕、功耗小、價(jià)格低、體積小、可靠性高、易于擴(kuò)展、計(jì)算速度快和控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3方案的比較和選擇

通過對(duì)上述兩種方案的比較，結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)用性、便攜性和成本考慮，選擇以STC89C52作為主控芯片，通過添加外圍電路來實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際需求。

3　Keil C51編程軟件

美國Keil Software公司出品的Keil C51，是一款能夠兼容51系列單片機(jī)的C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它使用的開發(fā)環(huán)境接近于C語言并且集編輯、編譯、仿真等于一體，編程界面與VC++界相似，與匯編語言相比，C語言在其可讀性、可維護(hù)性、可移植性上等方面都比匯編語言有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)，Keil C51憑借著其簡(jiǎn)單易學(xué)，而且能夠縮短單片機(jī)項(xiàng)目的開發(fā)周期提高編程者的工作效率，還可以在程序編寫的關(guān)鍵位置嵌入?yún)R編程序，使得Keil C51編寫的程序執(zhí)行效率接近于匯編程序，因此得以推廣。

4　Proteus仿真軟件

由英國Labcenter electronics公司出品的軟件Proteus，是一款實(shí)用性很好的EDA Proteus工具軟件。它能對(duì)單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，因此在單片機(jī)開發(fā)工作者和廣大單片機(jī)愛好者中深受好評(píng)。Proteus集成了諸多功能與一身，在編譯方面它支持MATLAB、Keil C51和IAR等多種編譯。

5　STC_ISP_V6.82E程序燒錄軟件

STC_ISP_V6.82E是專門針對(duì)51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的一款用于程序燒錄的軟件，通過STC_ISP_V6.82E可以很容易的將編譯好的HEX文件燒錄進(jìn)51單片機(jī)。通過選項(xiàng)窗口可以設(shè)置單片機(jī)型號(hào)、COM口、波特率、串口等參數(shù)，同時(shí)還可以作為串口調(diào)試工具，用于串口數(shù)據(jù)的收發(fā)調(diào)試。

6　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.1主控芯片STC89C52

STC89C52的特點(diǎn)是具有CMOS8位微處理器、低功耗、高性能，擁有8K采用DIP封裝的Flash存儲(chǔ)器，52系列的單片機(jī)可以全部兼容51系列單片機(jī)的引腳和指令，而它的制造工藝采用的是高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。

6.2矩陣鍵盤模塊

本設(shè)計(jì)只是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算，所以4×4的矩陣鍵盤就能夠滿足設(shè)計(jì)較要求。在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)中為了有效地提高單片機(jī)I/O的利用率，往往都會(huì)采用這種行列式的矩陣鍵盤。

6.3蜂鳴器

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，分為電磁式蜂鳴器和電壓式蜂鳴器兩種類型，電路設(shè)計(jì)中用字母“H”或“HA”表示。

7　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.1總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想是采用大小循環(huán)嵌套的方式，大循環(huán)一直不停的掃描按鍵，用以確定功能鍵的選擇，小循環(huán)用來實(shí)現(xiàn)具體的功能，功能1實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘顯示，功能2實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，功能3實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的四則運(yùn)算，并在LCD上顯示各個(gè)功能的運(yùn)行結(jié)果。

7.2子程序設(shè)計(jì)

7.2.11602液晶控制程序

1602液晶上電以后，需要對(duì)其內(nèi)部芯片進(jìn)行初始化后才能進(jìn)行操作。在初始化時(shí)，應(yīng)當(dāng)參考芯片的時(shí)序圖，先將命令寫入芯片內(nèi)部的寄存器設(shè)置其工作方式及狀態(tài)。

7.2.2矩陣按鍵掃描程序

4×4的矩陣按鍵采用的是4行4列的結(jié)構(gòu)，每行每列都有一個(gè)I/O口與之對(duì)應(yīng)，因此需要編寫程序?qū)γ總€(gè)I/O口進(jìn)行查詢，當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)按鍵被按下時(shí)，就根據(jù)讀到的I/O口的總線數(shù)據(jù)進(jìn)行確定是哪一列被按下，進(jìn)而具體確定是哪個(gè)鍵被按下，并返回該按鍵對(duì)應(yīng)的值到主程序。

［1］ 孫淑霞等.C/C++程序設(shè)計(jì)教程（第3版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007