智能仪器设计讲解

单片机技术课程设计说明书智能仪器人机接口电路设计

专业电气工程及自动化

学生姓名

班级BMZ电气081

学号

指导教师周云龙

完成日期2011年6月9 日

摘要

随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步的提高，尤其是微电子技术的发展，犹如雨后春笋般的变化。电子产品的更新速度快就不足惊奇了。计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。如何使计算器技术更加的成熟，充分利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器，使其更好的为各个行业服务，成了如今电子领域重要的研究课题。

科技的进步需要技术不断的提升。一块大而复杂的模拟电路花费了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的成本。而现在，只需要一块几厘米平方的单片机，写入简单的程序，就可以使您以前的电路简单很多。相信您在使用并掌握了单片机技术后，不管在您今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。

现在应用较广泛的是科学计算器，所谓科学计算器，与我们日常所用的简单计算器有较大差别：只能进行正数加、减、乘、除四则运算的计算器叫做简单计算器；科学计算器是指能兼容正数的四则运算和乘方、开方运算，具有指数、对数、三角函数、反三角函数及存储等计算功能的计算器。

计算器的未来是小型化和轻便化,如使用太阳能提供电池的计算器,使用ASIC设计的计算器,如使用纯软件实现的计算器等,随着社会的发展,知识的更新,各行各业的需要带动了电子产品的发展,未来的智能化计算器将是我们的发展方向,更希望成为现代社会应用广泛的计算工具。

关键词：MCS-51 8051单片机；人机接口扩展4X4按键；计算器；加减乘除；LCD128X64;

目录

第一章绪论 (4)

1.1本课题的研究意义 (4)

1.2设计目的 (4)

设计任务 (4)

第二章计算器系统简介 (3)

2.1单片机发展现状 (3)

2.2计算器系统现状 (4)

第三章主要器件简介 (4)

3.1MCS-51系列单片机简介 (4)

3.2键盘电路的设计 (7)

3.3LCD12864模块介绍 (8)

第四章计算器系统设计 (15)

4.2键盘扫描的程序设计 (15)

4.3显示模块的程序设计 (16)

4.4主程序的设计 (17)

4.5系统调试 (17)

结语 (19)

谢辞 (20)

参考文献 (21)

附录1 系统PCB图............................................................ 错误！未定义书签。

附录2 PROTEUS仿真图 (23)

附录3 程序由于采用的是汇编语言太长，可以在软件KEIL中查阅 (23)

第一章绪论

1.1 本课题的研究意义

随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们的生活、工作、科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。目前，大部分的计算器是基于单片机系统开发的。在单片机系统中，除了需要完成特定功能的算法器件外，还需要输入、输出装置。在计算器中，输入装置是——键盘，而输出装置是——液晶显示模块。

本次设计是用单片机来设计的七位数计算器。该设计系统是以AT89C52为单片机，P1口作为输入端，外接4×4的键盘，通过键盘扫描来对输入数的控制，在P0口，P2口接了驱动电路，用来保证液晶模块的工作正常。计算器将完成的功能有加，减，乘，除等功能。该系统还设了功能键ON/C，开始显示0，按了键后就进入计算状态。当然还有一些不足之处，本次设计还不能进行小数计算。本设计还加如了阅读器的功能，使此次的设计弥补一点计算器这个领域的一点空缺。

1.2设计目的

通过本次工程实践，运用《智能化测量控制仪表原理与设计》、《MCS-51系列单片微型计算机及其应用》所学知识及查阅相关资料，完成简易计算器的设计，达到理论知识与实践更好结合、提高综合运用所学知识和设计能力的目的。

通过本次设计训练，可以使我们在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。

掌握8051系统中，扩展输入（键盘）及显示接口的方法

设计任务

在本次工程实践中，主要完成如下方面的设计任务：

1）简要综述单片机技术发展的国内外现状及数码管动态显示和矩阵键盘基本原理；

2）了解单片机数据转换功能及工作过程；

第一章绪论

3)人机接口的设计，扩展16个键，按下数字键，LCD128X64显示数字，按下功能键，LCD128X64显示相应功能并转向相应的程序（转入口就行，不要具体代码）。

4) 对字符液晶显示模块的工作原理，如初始化、清屏、显示、调用及外特性有较清楚的认识，并会使用LCD（液晶显示模块）实现计算结果的显示；掌握液晶显示模块的驱动和编程，设计LCD和单片机的接口电路，以及利用单片机对液晶模块的驱动和操作；

5) 掌握矩阵式键盘的扫描等工作过程。行列键盘是本设计中单片机系统的输入通道，主要是如何使用行列键盘，确定数字键和功能键的区别，以及键盘抖动的消除。

6) 在充分分析内部逻辑的概念，进行软件和调试，学会使用，并能够以其为平台设计出具有四则运算能力简易计算器的硬件电路和软件程序。

7）用protues软件完成原理电路的绘制；

8）完成系统设计说明书。

第二章计算器系统简介

2.1 单片机发展现状

单片机的发展趋势：低功耗CMOS化；微型单片化；主流与多品种共存；单片机从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。

纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：

1）低功耗CMOS化

MCS-51系列的8051推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。

2）微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

3）主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形