简易计算器的设计方案.docx
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简易计算器的设计方案
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1.5V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。
4.2MCS-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4-1stc89c52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4-2MCS-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,2004,28-36
[2]彭为.单片机典型系统设计实例精讲[M].电子工业出版社,2006,69-88
[3]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,2005,35-38
[4]朱勇.单片机原理与应用技术[M].清华大学出版社,2006,14-16
[5]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,2003,78-86
[6]胡全.51单片机的数码管动态显示技术[J].信息技术，2009,13:
25~26
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
C1
1
20pF
电容
C2,C3
2
LCD1602
液晶
LCD1
1
Header2
电源接口
P1
1
2K
电阻
R1
1
10K
电阻
R3
1
SW-PB
独立按键
S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15,S16,S17
17
sw-灰色
电源开关
SW1
1
U1
单片机STC89C52
U1
1
12M
晶振
Y1
1
附录3：
部分源程序
if（jjcc==0）
{
Num_str[Lcd_dis1_i]=s;
Lcd_dis1_i++;
Lcd_num2_add=Lcd_dis1_i;
}
else
{
if（Num_str[Lcd_num2_add]==0）
Num_str[Lcd_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_str[0]='A';
Num_str[1]='n';
Num_str[2]='s';
Num_str[3]=s;
Dis_str（0x80,""）;
Dis_str（0x80,Num_str）;
}
}
voidmain（void）
{
ucharnum_key1;
init_1602（）;
write_1602dat（'0'）;
memset（Num_str,0,16）;
while
（1）
{
num_key1=saom（）;//读按键值
delayms（10）;
if（num_key1<18）//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）
{
case11:
if（Num_str[Lcd_num2_add]<=0x39&&Num_str[Lcd_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）
{
case1:
num1+=num2;//加
break;
case2:
num1-=num2;//减
break;
case3:
num1*=num2;//乘
break;
case4:
num1/=num2;//除
break;
}
XS_JG（0xc0,num1）;
Dis_str（0x80+Lcd_dis1_i,"="）;
jjcc=5;//等号标志
break;
case12:
if（Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0）
break;
fuhao（'+'）;
jjcc=1;Dian_i=0;
break;//按下加号键
case13:
if（Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0）
break;
fuhao（'-'）;
jjcc=2;Dian_i=0;
break;//按下减号键
case14:
if（Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0）
break;
fuhao（'*'）;
jjcc=3;Dian_i=0;
break;//按下乘号键
case15:
if（Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0）
break;
fuhao（'/'）;
jjcc=4;Dian_i=0;
break;//按下除号键
case10:
if（Dian_i==0&&（Lcd_num1_i!
=0||Lcd_num2_i!
=0））//输入小数点时前面必须有数字
{
Dian_i++;//小数点
Num_str[Lcd_dis1_i]='.';
Lcd_dis1_i++;
Dis_str（0x80,Num_str）;
}
break;
case16:
jjcc=0;
Dian_i=0;
Lcd_dis1_i=0;
Lcd_num1_i=0;
Lcd_num2_i=0;
Lcd_num2_add=0;
memset（Num_str,0,16）;
Dis_str（0x80,"0"）;//清除显示
Dis_str（0xc0,""）;
/*********************删除一个数字*******************/
case17:
if（Lcd_dis1_i==0）
break;
/*********************删除一个数字删除小数点按等号后不再撤销*******************/
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