单片机原理及应用课程设计实验报告基于89C52的液晶计算器

武汉工程大学MCS-51单片机原理及应用课程设计实验报告题 目 ：基于89C52的液晶计算器学 校 ： 学 院 ： 专业班级 ：学 号 ：学生姓名 ：指导老师 ：2011年12月28日 目录目录2摘要3Abstract4一、设计任务4二、正文4第1节、1602液晶与矩阵键盘概述4 1.1、 1602液晶的介绍以及使用方法4 1.2、 矩阵键盘的工作原理6第2节、设计方案辨析8第3节、硬件电路的设计8 3.1 矩阵键盘电路8 3.2 1602液晶显示电路10第4节、设计心得11三、参考文献11四、程序清单12 摘要本次课程设计基于89C52单片机，用一个1602与矩阵键盘来制作成一个液晶计算器。可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘六位数范围内的基本运算。，并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器3*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入。显示采用字符LCD静态显示。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。关键词：计算器；单片机；LCDAbstractThis course design based on the 89 C52 single chip, with a 1602 and matrix keyboard to make into a liquid crystal calculator. Can complete calculator keyboard input, add, subtract, multiply six figures within the scope of the basic operations. , and is displayed on LCD and the corresponding results. Circuit design AT89C51 microcontroller as the main control circuit, use as a calculator MM74C922 3 * 4 keyboard scan read keyboard input of the IC. The LCD display characters static display. The software used in the C programming language, and PROTUES simulation. Keyords: Calculator; Single chip microcomputer; LCD 一、设计任务 1、由于设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了较好的显示效果，采用LCD显示数据和结果。2、另外键盘包括数字键、符号键、等号键，故只需12个键即可，设计中采用集成的计算键盘。3、执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、运算符，计算机在内部执行数值转换盒存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。4、错误显示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示，如：当输入的数值或计算结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出。二、正文第1节、1602液晶与矩阵键盘概述1.1、1602液晶的介绍以及使用方法1602液晶是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。具有显示质量高、数字式接口、功耗低、体积小、重量轻等优点。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602LCD的一般初始化（复位）过程：延时15mS，写指令38H（不检测忙信号）；延时5mS，写指令38H（不检测忙信号）；延时5mS，写指令38H（不检测忙信号）；以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号。写指令38H：显示模式设置；写指令08H：显示关闭；写指令01H：显示清屏；写指令06H：显示光标移动设置；写指令0CH：显示开及光标设置。12、矩阵键盘的工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别方法如下所述。 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。 行扫描法 行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，介绍过程如下： 1、判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 2、判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 下面给出一个具体的例子： 8031单片机的P1口用作键盘I/O口，键盘的列线接到P1口的低4位，键盘的行线接到P1口的高4位。列线P1.0-P1.3分别接有4个上拉电阻到正电源+5V，并把列线P1.0-P1.3设置为输入线，行线P1.4-P.17设置为输出线。4根行线和4根列线形成16个相交点。1、检测当前是否有键被按下。检测的方法是P1.4-P1.7输出全“0”，读取P1.0-P1.3的状态，若P1.0-P1.3为全“1”，则无键闭合，否则有键闭合。 2、去除键抖动。当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断。 3、若有键被按下，应识别出是哪一个键闭合。方法是对键盘的行线进行扫描。P1.4-P1.7按下述4种组合依次输出： P1.7 1 1 1 0 P1.6 1 1 0 1 P1.5 1 0 1 1 P1.4 0 1 1 1 在每组行输出时读取P1.0-P1.3，若全为“1”，则表示为“0”这一行没有键闭合，否则有键闭合。由此得到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查表法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值 4、为了保证键每闭合一次CPU仅作一次处理，必须却除键释放时的抖动。键盘扫描程序：uchar temp;P1=0xfd;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) delay20ms(); temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) temp=P1; switch(temp) case 0xed: key1=4;break; case 0xdd: key1=5;break; case 0xbd: key1=6;break; case 0x7d: key1=7;break;while(temp!=0xf0) temp=P1; temp=temp&0xf0; 第2节、设计方案的辨析液晶显示与数码管显示： （1）、通过1602液晶来显示信号，通过让单片机扫描按键并处理显示，进而完成输入数字及运算符来完成计算器的基本功能，液晶可以显示的字符量更大，相对于数码管更加方便且美观。 （2）、通过数码管来显示输出的结果，我们要控制数码管的位选来让每个数码管相应显示各位数字。上述方案比较得 ：液晶相对于数码管更加方便且表现效果更好，而且还可以显示更多内容。第3节、硬件电路的设计 硬件电路的设计大致步骤如下：3.1矩阵键盘电路键盘扫描方法：行线p1.0p1.3为输入线，列线p1.4p1.7为输出线。一开始单片机将行线（p1.0p1.3）全部输出低电平，此时读入线数据，若列线全部为高电平则没有键按下，当列线有出线低电平时调用延时程序以此来去除键抖动，延时完成后再判断是否有低电平，如果此时读入列线数据还是有低电平，则说明确实有键按下。最后一步确定键值。 在键盘矩阵扫描时，首先检查有否键按动。若无键按动，则清零一次键解读标志位就返回；若有键按下，则再查询键解读标志位是逻辑0还是逻辑1。如果是逻辑1，表明本次按键已解读过，可直接从键扫描处理程序中返回；如果是逻辑0，说明本次按键尚未解读过，则启用消抖动延时。经消抖动延时后即查询键盘矩阵输入口线的各端口是否有拉低。若一个端口也没被拉低，则说明本次按键无效，那可能是某种干扰引起的“抖动”，立即从键扫描处理程序中返回；若查询到其中之一端口的电平被拉低了，则表明本次按键盘是有效的，将跳转查询与之相交的那个扫描有效输出口线，进而确定具体是哪一个键按下，并跳转赋予其相应的解释处理。解释处理后，置键解读标志位为逻辑1再返回，即完成一次键盘矩阵的扫描解读。不管键盘矩阵有多少个键，其扫描确定一个具体键所需位查询的总次数S不会大于行数x与列数y之和；但也不少于2次，即2Sx+y。矩阵式键盘识别硬件电路原理图如下：第一步：在“单片机系统”区域中，把单片机的P1.0P1.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“44行列式键盘”区域中的M1M4，N1N4端口上。 第二步：在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0P0.7端口连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个ah端口上；要求：P0.0对应着a，P0.1对应着b，P0.7对应着h。软件设计程序流程图如下：P3=FFH,P3.0=0P3=FFH,P3.2=0有键按下吗？有键按下吗？延时10ms延时10ms真的有键按下吗？真的有键按下吗？根据当前状况识别按键根据当前状况识别按键P3=FFH,P3.1=0P3=FFH,P3.3=0有键按下吗？有键按下吗？延时10ms延时10ms真的有键按下吗？真的有键按下吗？根据当前状况识别按键根据当前状况识别按键3.2、1602显示电路1602显示硬件电路如下图所示：此图是1602的引脚链接图，不过本图上有一个错误，就是BLK,BLA接反了，本来BLK应该接VCC，BLA接GND，本图接错了，这也是我在学习中的一点心得体会吧，尽信书不如无书。软件程序流程图如下图所示：第4节、设计心得一周的单片机课程设计终于顺利完成了，其中包含着快乐，也有辛酸。我们选的设计题目是“液晶计算器”，大家都觉得这个题目是比较简单的。其实不然，做了之后，发现设计电路虽然简单，但我们认为它真正困难的地方是程序设计，不过在我们同心努力下最终完成了。我们刚选该题目时，真的是一头雾水，硬件电路不知如何下手，更何谈解决程序那块，因为我们所学的都是单片机方面的理论知识，应用到实践中去还比较少。不过，我们四人也没偷下懒，迅速分工去查阅和收集资料。我们去了图书馆借一些参考书，上网找一些相关资料，并且请教指导老师。通过不断努力，终于把液晶计算器的思路和模型定了下来并开始分一个人去焊接硬件电路，剩下的去整理和修改程序。 在完成单片机课程设计后,我们发现我们还有许多不足,所学到的知识还远远不够,以至于还有一些功能不能被动完成。但通过学习这一次实践,增强了我们的动手能力,提高和巩固了单片机方面的知识,特别是软件方面。从中增强了我们的团队合作精神,并让我们认识到把理论应用到实践中去是多么重要。三、参考文献Mcu-51单片机原理及应用 秦实宏 徐春晖 华中科技大学出版社 自动控制原理 胡寿松 科学出版社 51单片机C语言教程 郭天祥 电子工业出版社四、程序清单 #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuint sum;uint m,n,k,p;uint key1;sbit P14=P14; /键盘定义I/O口sbit P15=P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;uint d10=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;uint a4=0,0,0,0; /暂存输入数字的数组uint b4=0,0,0,0; /暂存结果的数组void key_deal(uint key1);void keyscan();void show();void lcd_write_com(uchar com);void lcd_write_dat(uchar dat);void init_lcd();void delay1(uchar t);sbit lcdrs=P26; /定义1602的I/O口sbit rw=P25 ;sbit lcden=P27;void delay20ms() uchar i,j; for(i=0;i100;i+) for(j=0;j1000&sum6555) /此处对计算结果进行判断是否大于1000 lcd_write_com(0x80+0x04); /如果大于1000，就在结果显示栏目全部显示E for(i=0;i4;i+) /通过FOR循环，使一排四个为E temp=0x45; /通过查ASCII，知道大写字母E的ASCII为0x45 lcd_write_dat(temp); delay20ms(); else lcd_write_com(0x80+0x44); /在LCD上面第二排第五个开始显示数组 for(i=0;i4;i+) temp=(ai+0); /对数据进行强制转换成液晶8位的字符型 lcd_write_dat(temp);delay20ms(); lcd_write_com(0x80+0x04); /在LCD上面第一排第五个开始显示数组bi中的字符 for(i=0;i4;i+) temp=(bi+0); /对数据进行强制转换成液晶8位的字符型 lcd_write_dat(temp);delay20ms(); /* 键盘处理区间*/void key_deal(uint key1) /键盘扫描 if(key1!=0) if(key110) /存储数字 a0=a1; a1=a2; a2=a3; a3=key1; if(key1=10) /加法运算 m=a0*1000+a1*100+a2*10+a3; b0=dm/1000; /千位 b1=dm%1000/100; /百位 b2=dm%100/10; /十位 b3=dm%10; /个位 a3=0,a2=0,a1=0,a0=0; /取完清零 p=1; /加法的标志位 if(key1=11) /乘法运算 m=a0*1000+a1*100+a2*10+a3; b0=dm/1000; b1=dm%1000/100; b2=dm%100/10; b3=dm%10; a3=0,a2=0,a1=0,a0=0; /取完清零 p=2; /乘法的标志位 if(key1=12) /减法运算 m=a0*1000+a1*100+a2*10+a3; b0=dm/1000; b1=dm%1000/100; b2=dm%100/10; b3=dm%10; a3=0,a2=0,a1=0,a0=0; /取完清零 p=3; /减法的标志位 if(key1=14) /等号运算 n=a0*1000+a1*100+a2*10+a3; /将第二个数填入 if(p=1) sum=n+m; if(p=2) sum=n*m; if(p=3) sum=m-n;/* if(sum0;x-) for(y=120;y0;y-) void lcd_write_com(uchar com) lcdrs=0; rw=0; P0=com; delay1(2); lcden=1; delay1(2); lcden=0;void lcd_write_dat(uchar dat) lcdrs=1; rw=0; P0=dat; delay1(2); lcden=1; delay1(2); lcden=0;void init_lcd() lcden=0; lcdrs=0; lcd_write_com(0x38); lcd_write_com(0x0c); lcd_write_com(0x06); lcd_write_com(0x01); delay1(5);