简易计算器的设计方案.doc

简易计算器的设计方案1计算器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。 随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步地提高，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，使其更好地为各个行业服务，成了如今电子领域重要的研究课题。现如今，人们的日常生活中已经离不开计算器了，社会的各个角落都有它的身影，比如商店、办公室、学校因此设计一款简单实用的计算器会有很大的实际意义。本设计旨在进一步掌握单片机理论知识，理解嵌入式单片机系统的硬软件设计，加强对实际应用系统设计的能力。通过本设计的学习，使我掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用本科阶段所学软、硬件知识分析实际问题，提高解决毕业设计实际问题的能力，为单片机应用和开发打下良好的基础。2计算器设计的任务与要求近几年单片机技术的发展很快，其中，电子产品的更新速度迅猛。计算器是日常生活中比较常见的电子产品之一。如何才能使计算器技术更加的成熟，充分利用已有的硬件和软件条件，设计出更出色的计算器。本设计是以STC89C52单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用4*4矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除带符号数字运算（七位整数、六位小数），并在液晶显示屏LCD1602上静态显示操作过程及结果。3设计方案和论证3.1电源模块于本系统采用电池供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。方案1：采用5V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在使用极为不方便。因此我们放弃了此方案。方案2：采用3节1.5 V干电池共4.5V做电源，经过7805的电压变换后为单片机，传感器供电。经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。综上所述采用方案2。3.2主控制器模块方案1： 采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案2： 采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，用其控制密码锁控制，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于密码锁的控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。STC89C52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是STC89C52单片机价格非常低廉。因此，这种方案是一种较为理想的方案。从方便使用的角度考虑，我们选择了方案2。4设计原理及功能说明4.1简易计算器设计基本原理 根据功能和指示要求，本系统选用以MCS-51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。4.2 MCS-51系列单片机简介stc89c52是MCS-51系列单片机的典型产品，以这一代表性的机型进行系统的讲解。stc89c52单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，其内部结构如图4-1所示，现在分别加以说明： 图4-1 stc89c52内部结构图中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)：stc89c52内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。定时/计数器：stc89c52有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断，用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：stc89c52内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但stc89c52单片机需外置振荡电容。如图4-2：图4-2 MCS-51内部结构图5单元电路的设计5.1主控制模块主控制最小系统电路如图5-1所示。 图5-1 单片主控电路5.2单片机的时钟电路与复位电路设计本系统采用STC系统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般STC单片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快；STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写，下载程序较为方便；STC51单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图5-2图5-3图5-2时钟电路图5-3 复位电路由于单片机P0口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高/低电平，因而该组I/O口在使用时必须外接上拉电阻。5.3键盘电路设计在单片机应用系统中，一般都会设置键盘，主要为了控制运行状态，输入一些命令或数据，以完成特定的人机交互,对于输入参数较多、功能复杂的系统，需要采用矩阵式键盘进行输入控制。本系统采用4*4矩阵式键盘，键盘连接方式如图5-4所示：图5-4 键盘电路5.4液晶显示电路设计液晶显示器（LCD）是一种功耗很低的显示器，它的使用非常广泛，比如电子表、计算器、数码相机、计算机的显示器和液晶电视等。电子密码锁中需要显示的信息比较多，为了能直观的看到结果，并且为了设计显的美观，使用总线和排阻进行简化连接方式，本设计采用液晶显示屏LCD进行显示，具体连接方式如图:图5-5 液晶显示电路6硬件设计 6.1主程序流图 如下图6-1为主程序流程图：图6-1 主程序流程图6.2运算程序设计STC89C52单片机是一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器、计数器、和多功能I/O等一台计算器所需要的基本功能部分。如果按功能划分，它由如下功能部分组成，即微处理器（CPU）、数据处理器（RAM）、程序处理器（ROM/CPROM）、并行I/O口、串行口、定时器、计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。如图6-2：图6-2 运算程序7硬件的制作与调试1.检查元件的好坏按电路图买好元件后首先检查买回元件的好坏，按各元件的检测方法分别进行检测，一定要仔细认真。2.放置、焊接各元件按原理图的位置放置各元件，在放置过程中要先放置、焊接较低的元件，后焊较高的和要求较高的元件。仿真图7-1如下：图7-1仿真图8 总结在这次课程设计中，我主要负责的是仿真和编程。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。通过这次课程设计使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我们在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。参考文献1 王千. 实用电子电路大全M. 电子工业出版社, 2004, 28-362 彭为. 单片机典型系统设计实例精讲M. 电子工业出版社,2 006, 69-883 张荣. 基于单片机的智能系统设计与实现M. 电子工业出版社, 2005, 35-384 朱勇. 单片机原理与应用技术M. 清华大学出版社, 2006, 14-165 潘永雄. 新编单片机原理与应用M. 西安电子科技大学出版社, 2003, 78-866 胡全. 51单片机的数码管动态显示技术J . 信息技术，2009,13:2526附录1：总体电路原理图附录2：元器件清单Comment名称型号规格数量10uF电容C1120pF电容C2, C32LCD1602液晶LCD11Header 2电源接口P112K电阻R1110K电阻R31SW-PB独立按键S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S11, S12, S13, S14, S15, S16, S1717sw-灰色电源开关SW11U1单片机STC89C52U1112M晶振Y11附录3：部分源程序if(jjcc=0) Num_strLcd_dis1_i = s ; Lcd_dis1_i+;Lcd_num2_add = Lcd_dis1_i ; else if(Num_strLcd_num2_add=0) Num_strLcd_dis1_i-1 = s ; Dis_str(0x80,Num_str); if(jjcc=5) Lcd_dis1_i = 4 ; Lcd_num2_i = 0 ; Lcd_num2_add = 4; memset(Num_str,0,16); Num_str0 = A; Num_str1 = n; Num_str2 = s; Num_str3 = s; Dis_str(0x80, ); Dis_str(0x80,Num_str); void main(void) uchar num_key1; init_1602(); write_1602dat(0); memset(Num_str,0,16); while(1) num_key1=saom();/读按键值 delayms(10); if(num_key118)/是否有按键按下，小于16时有按键按下 batt = 0; delayms(30);batt = 1; switch(num_key1) case 11: if(Num_strLcd_num2_add=0x30) num2=atof(Num_str+Lcd_num2_add); / 从数组中取第二个数字 else break; Lcd_num2_i=0 ;/ XS_JG(0x8a,num2); switch(jjcc) case 1: num1+=num2; / 加 break; case 2: num1-=num2; / 减 break; case 3: num1*=num2; / 乘 break; case 4: num1/=num2; / 除 break; XS_JG(0xc0,num1); Dis_str(0x80+Lcd_dis1_i,=); jjcc=5; / 等号标志 break;case 12: if(Num_str0=0|Lcd_num2_i0) break; fuhao(+); jjcc=1;Dian_i=0 ; break; / 按下加号键case 13: if(Num_str0=0|Lcd_num2_i0) break; fuhao(-); jjcc=2;Dian_i=0 ; 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