西电工程设计报告——基于51单片机的简易计算器设计(2)

P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 T0（记时器0外部输入） T1（记时器1外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通）

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 （2）其他引脚说明：

RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。 FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

XTAL1，XTAL2接石英晶体振荡器。如图3.2.1-3所示外接晶体引脚图。

C2 XTAL2 悬空 XTAL2

C1 XTAL1 外部振荡信号 XTAL1

GND GND

接地 接地

a．内部方式 b．外部方式

图3.2.1-3晶振外接结构引脚图

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择，在本设计电路中选用了12MHz。电容取20PF左右。机器周期＝12×时间周期，如12MHz的机器周期为1微秒。

（3）控制或复位引脚

RESET 此脚为高电平时（约2个机器周期）可将单片机复位。

RST/VPD——当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。复位后，P0～P3输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。如图3.2.1-4所示。

图3.2.1-4 按键电平复位

AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能，故而取代了89CXX系列的下载方式，也是因为这样，ATMEL公司已经停止生产89CXX系列的单片机，现在市面上的AT89CXX多是停产前的库存产品。

4、AT89S52的编程方法

编程前，须按编程模式表设置好地址、数据及控制信号；顺序如下： ① 在地址线上加上要编程单元的地址信号。 ② 在数据线上加上要写入的数据字节。 ③ 激活相应的控制信号。

④ 将EA/Vpp端加上+12V编程电压。

⑤ 每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序机密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，大多数约为50us。改变编程单元的地址和写入的数据，重复①—⑤步骤，直到全部文件编程结束。

单片机的现状及发展方向：

单片机是为了工业控制需要满足而诞生的，是自动控制系统的核心部件，因而也主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。它具有体积小，功能多、价格低、使用方便、系统设计灵活等优点，应用领域不断扩大，除了工业控制，智能化仪表，通讯，家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件。

由于单片机主要面向工业控制，工作环境比较恶劣，入高温，强电磁干扰，甚至含有腐蚀性气体，在太空中工作的单片机控制系统，还必须具有抗辐射能力，这决定了单片机CPU于通用微机CPU具有不同的技术特征和发展方向：

(1) 可靠性高；

(2) 控制功能往往很强，数值计算交叉； (3) 指令系统比通用微处理器慢的多； (4) X系列芯片取代；

(5) 抗干扰性强，工作温度范围宽。

3.2.2 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 VSS为地电源 VDD接5V正电源 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的第3脚 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，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。 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； 第5脚 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7～14脚 D0～D7为8位双向数据线。 第15～16脚 背光阳极和背光阴极。 表3.2.3-2 LCD1602指令表

第1脚 第2脚 清显示 指令码01H, 光标复位到地址00H位置； 光标复位 指令码02H, 光标返回到地址00H位置 ； 光标和显示模式设置 指令3 I/D位 → 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； 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； 指令4 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 ； 光标或显示移位 指令5 S/C位 → 高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 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； 指令6 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8 DDRAM地址设置 读忙信号和光标地址 指令9 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；

指令1 指令2 （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)。

四、硬件设计与调试

4.1 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。 4.2计算器硬件方案及硬件资源分配 4.2.1 硬件资源分配

主要用到的硬件：AT89S52 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。 4.2.2 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。

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