关于AT89S52八位单片机计算机毕业论文

11 绪论1.1 引言当今社会，计算器因为它的小巧，方便深得人们的喜爱，家里，办公桌上都可以看到它的身影，计算器已经成为了人们日常生活不可分割的一部分。目前，大部分的计算器是基于单片机系统开发的。随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到人们的生活、工作、科研等各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。并且随着社会的发展，科学的进步，尤其是微电子技术的发展，单片机的应用已经越来越贴近生活，用单片机来实现一些电子设计也变得容易起来。1.2 课题背景伴随着二十一世纪的曙光，人类迎来了又一个充满希望的新时代。而作为二十世纪人类社会最伟大的发明之一，计算机也迈入了其另一个充满机遇的阶段后 PC 时代。不知不觉中，形式多样的数字化产品已经开始继 PC 机之后成为信息处理的一大主要工具，并且正在逐步形成一个充满商机的巨大产业。后 PC 时代的到来，使得人们开始越来越多地接触到一个新的概念嵌入式产品。像手机、PDA（如商务通等）均属于手持的嵌入式产品，VCD 机、机顶盒等也属于嵌入式产品，而像车载 GPS 系统、数控机床等同样都采用嵌入式系统。嵌入式软件是数字化产品的核心。如果说 PC 机的发展带动了整个桌面软件的发展，那么数字化产品的广泛普及必将为嵌入式软件产业的蓬勃发展提供无穷的推动力 1。中国有世界上最大的家用电子产品消费市场，彩电、VCD 等拥有量都居世界第一；随着消费结构的改变，人们对家电的灵活性和可控性提出了更高的要求；随着电话通信费用和通信类电子产品的价格进一步下调，PDA 结合数字手机将成为今后个人数据通信和事务处理的最佳选择；同时，对于现代化的医疗、测控仪器和机电产品也需要有专用的嵌入式系统。这些需求极大地刺激了嵌入式系统的发展 2。单片机作为嵌入式的重要应用，已经普及到人们的生活、工作、科研等各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。现在只需要一块几平方厘米的单片机，写入简单的程序，就可以实现电路的简单化和功能的多样化。相信在使用并掌握了单片机技术后，不管在今后的生活或是工作中，一定会带来意想不到的惊喜。基于这样的理念，本文选择了这个设计课题：基于 AT89S52 单片机电子计算器的设计与实现 34。1.3 课题研究目的、意义随着社会的发展，科学的进步，尤其是微电子技术的发展，犹如雨后春笋般的变化。单片机的应用已经越来越贴近生活，用单片机来实现一些电子设计也变得容易起来。计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。当今社会，计算器因为它的小巧，2方便深得人们的喜爱。家里，办公桌上都可以看到它的身影，计算器已经成为了人们日常生活不可分割的一部分。并且用单片机来实现日常中常见的电子产品可以满足成本低、控制简单等特点。1.4 本文研究主要内容本设计是用 AT89S52 单片机来实现的八位数计算器。该系统以 AT89S52 为主控制器，P3 口作为输入端，外接 44 的键盘，通过对键盘的扫描来实现对输入数的控制，P0 口和 P2 口接 LED 显示器，用来实现计算器数据的实时显示。本设计系统还设了清零键 C，开始时计算器显示 0，按了键后就进入计算状态。通过计算器的设计这个实例，可以很好地了解单片机的使用方法，这主要表现在以下两个方面：1）计算器的结构简单，并且具备最小单片机系统的基本构成。通过计算器的实例，可以明白构成一个最简单，同时也具备实用性的单片机系统需要哪些外围设备的基本电路。2）计算器电路中使用了单片机系统中最为常用的输入输出设备。通过本设计，可以明确单片机系统的最简单的用途和控制方法。本论文主要从以下几个方面对本设计进行论述：第 2 章介绍了设计思路及总体设计。第 3 章介绍了计算器硬件电路设计。第 4 章介绍了软件设计。第 5 章介绍了电路仿真分析及结果。32 设计思路及总体设计2.1 设计思路本设计中即包括硬件电路设计，也包括软件设计。其具体设计思路如下：1）硬件设计思路硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方面很多，除了实现此设计的基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：（1）系统稳定性。（2）器件的通用性或易选购性。（3）软件编程的易实现性。（4）系统其它功能及性能指标 5。2）软件设计思路软件设计是整个系统的灵魂，失去了软件系统的支持，硬件系统也就失去了其功能的完整性。本系统主要是通过对各个模块的驱动和连接来实现计算器的设计。主要考虑如下几个方面：（1）键盘电路的驱动。（2）LED 显示电路的驱动。（3）计算器算法的实现 67。2.2 系统框图根据功能和指标要求，本系统选用AT89S52单片机为主控制器。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。系统框图如图1所示。单片机（ 运算模块 ）复位电路键盘电路显示电路时钟电路图 1 系统方框图4功能模块说明：1）单片机模块主要是利用单片机作核心控制器，主要起到控制和计算等作用。 2）显示电路模块用于显示单片机的输入输出等状态。3）键盘电路是整个系统的输入设备，主要作用是实现数字和操作符的输入。2.3 本章小结 计算器的设计主要应考虑三个方面，键盘电路的设计，显示电路的设计和计算器算法的设计。其次，因为计算器的设计涉及到软件和硬件的设计，所以系统的稳定性和易实现性就显得尤为重要。53 计算器硬件电路设计3.1 单片机最小系统电路设计单片机最小系统电路是所有单片机电路设计中最基本的设计。单片机最小系统电路的错误设计足以导致整个系统的瘫痪。所以单片机最小系统电路设计至关重要。3.1.1 AT89S52 单片机简介单片机 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。其引脚结构如图2所示。其主要性能如下：1）与MCS-51单片机产品兼容。2）8K字节在系统可编程Flash存储器。3）1000次擦写周期。4）全静态操作：0Hz33Hz。5）三级加密程序存储器。6）32个可编程I/O口线。7）三个16位定时器/计数器。8）八个中断源。9）全双工UART串行通道。10）低功耗空闲和掉电模式。11）掉电后中断可唤醒。12）看门狗定时器。13）双数据指针。14）掉电标识符 8。图 2 AT89S52 引 脚 结 构63.1.2 单片机时钟电路设计89S52芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容C1和C2通常取30pF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为fosc=0-24MHZ。晶体振荡器的频率为f osc,振荡信号从XTAL2端输入到片内的时钟发生器上,如图3所示。图3 时钟电路3.1.3 单片机复位电路设计89 系列单片机与其他微处理器一样，在启动时都需要复位，使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89 系列单片机的复位信号时从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期(24 个振荡周期)，则 CPU 就可以响应并将系统复位。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。1）上电自动复位上电自动复位时在加电瞬间电容通过充电来实现的，其电路如图4所示。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。只要电源V cc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。7图 4 上电复位2）手动复位所谓手动复位，是指通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态。系统上电运行后，若需要复位，一般是通过手动复位来实现的。通常采用手动复位和上电复位组合，其电路如图 5 所示。复位电路虽然简单，但其作用非常重要。一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否复位成功。初步检查可用示波器探头监视 RST 引脚，按下复位键，观察是否有足够幅度的波形输出（瞬间的） ，还可以通过改变复位电路阻容值进行试验。图5 按键电平复位3.2 LED 显 示电路设计单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称 LED(Light Emitting Diode)；液晶显示器，简称 LCD(Liquid Crystal Display)；今年也有配置CRT 显示器的。前者价廉，配置灵活，与单片机接口方便；后者可进行图形显示，但接口较复杂，成本也较高。结合本设计实际，本文选用 LED 显示器。LED 显示器是单片机应用系统中的一种简单而常用的输出设备，其在系统中的主要作用是显示单片机的输出数据、状态等。因而作为典型的外围器件，LED 显示单元是反映系统输出和操作输入的有效器件89。3.2.1 LED 显示器结构原理单片机中通常使用7段LED构成字形“8”，如图6所示。另外，还有一个小数点发光二极管，以显示数字，符号及小数点。这种显示器有共阴极和共阳极两种。发光二极管的阳极连在一起的(公共端K0)称为共阳极显示器(如图7所示)，阴极连在一起的(公共端K0)称为共阴极显示器(如图8所示)。一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字型“8”的各个笔画(段)a-g,另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，须外加限流电阻。本次设计采用共阳极接法。a d f e b c g 图6 七段数码管内部排列图7 共阳极连接法9图8 共阴极连接法3.2.2 LED 显示器接口及显示方式LED数码管有静态显示和动态显示两种方式。1）LED静态显示方式静态显示就是当显示器显示某个字符时，相应的段(发光二极管)恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。例如，7段显示器的a,b,c段恒定导通，其余段和小数点恒定截止时显示7；当显示字符8时，显示器的a,b,c,d,e,f,g段恒定导通，dp截止。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极(公共端K0)接地；若为共阳极(公共端K0)，则接+5V电源。每位的段选线(a-dp)分别与一个8位锁存器的输出口相连，显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存的输出将维持不变。正因为如此，静态显示器的亮度较高。这种显示方式编程容易，管理也较简单，但占用I/O口线资源较多。因此，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。2）LED动态显示方式在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴(或共阳)极公共端K分别由相应的I/0线控制，实现各位的分时选通。6位共阳极LED动态显示与单片机的接口电路如图9所示。10abcdefgabcdefgabcdefgabcdefgabcdefgabcdefg位 选 （ I / O ) 口 2段 选( I / O口 1 ）图9 6位LED动态显示电路由于6位LED所有段选线皆由一个8位I/O口控制，因此，在每一瞬间，6位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须扫描方法轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使用某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码(字型码)，而位选则控