基于单片机的简易计算器论文毕业设计方案.docx

基于单片机的简易计算器论文毕业设计方案.docx

《基于单片机的简易计算器论文毕业设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的简易计算器论文毕业设计方案.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的简易计算器论文毕业设计方案

基于单片机的简易计算器论文毕业设计方案

密级：

NANCHANGUNIVERSITY

学士学位论文（设计）

THESISOFBACHELOR

（2011—2015年）

中文题目:

基于单片机的简易计算器

英文题目：

Simplecalculatorbasedonsinglechip

microcomputer

学院：

南昌大学共青学院

系别：

电子信息工程

专业班级：

11级电子信息工程

学生姓名：

向广宇

学号：

8120211037

指导教师：

谭金平

二○一五年六月

学士学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

本人签名：

日期：

摘要

近年来随着科技的飞速发展，以单片机技术为基础的电子产品在不断推广和应用，单片机技术的发展也带来了传统计算方式的改变。

在目前市场上采用的计算器大部分都是基于单片机技术设计的，采用单片机结合软件编程技术实现的电子计算器，可以控制多种显示单元，同时可以根据需要方便对产品功能的升级和完善。

考虑到价格成本的约束，本系统中央处理器由市场上较为成熟的51单片机来承担，51单片机价格低廉操作简单，外围接口丰富，可以很好的实现系统的各项功能要求，键盘输入部分采用4*4矩阵键盘来实现，16个按键分别完成0-9数字的输入和加、减、乘、除、等号、5个计算键的功能，最后一个按键实现清除计算内容的功能，显示单元采用LCD1602液晶显示屏显示，液晶显示效果相比数码管更加稳定，无闪烁同时显示字符内容丰富。

关键词:

单片机计算器液晶显示器

SimplecalculatordesignbaseonMCU

AbstractInrecentyearswiththerapiddevelopmentoftechnology,SCMtechnology-basedelectronicproductscontinuetospreadandtheapplicationofSCMtechnologydevelopmenthasalsobroughtachangeinthetraditionalmethodofcalculation.Inthecurrentcalculatormarket,mostofwhicharemicrocontroller-based,whichisdesignedbysingle-chipcombinationofsoftwareprogrammingtechnologyofelectroniccalculators,youcancontrolavarietyofdisplayunits,atthesametimealsoeasilytoupgradeandimproveproductfunctionalityrequired.Takingintoaccountconstraintsofthecostprice,thecentralprocessorofthesystemtakeuseofthemorematuremicrocontroller51inthemarket,whichhaslowpriceandrichperipheralinterfaces,alsosimpletooperate,soitcanbeverygoodtoachievethefunctionalrequirementsofthesystem,thekeyboardinputpart4*4matrixkeypad,or16keysare0-9completeinputandprocessing,subtraction,multiplication,division,equals,fivekeyfunctionstocalculate,calculatethefinalkeytoachieveclearcontentfeatures,thedisplayunitusingLCD1602display,LCDdigitaleffectscomparedtomorestable,flicker-freedisplayrichcharactercontentsimultaneously.

Keyword:

MCUcalculatorLCDdisplay

第一章前言

1.1　课题背景

在人们的日常生活中，计算器的使用已经和人们的生活密切相关，当今人们对日常生活的便利性要求越来越高，传统的口算和珠算的计算方式由于诸多的不便已经不能满足人们对便利性的要求，携带方便，使用便捷的简易计算器是目前市场上最受消费者亲睐的产品。

计算是我们日常生活中不可避免的一个环节，小到市场买菜，大到买房置家，计算都会如影随形，因而计算器的开发具有广阔的应用市场，目前市场上的计算器种类已经很多，但是大多数计算器功能相对较多，体积较大，价格相对较贵，不利于家庭的推广和使用。

本文正是基于携带方便，功能简易，成本低廉为应用背景进行开发和设计，最终设计完成一款能够实现简单计算功能的廉价计算器。

1.2　课题研究的目的和意义

计算是伴随人们日常生活的一个概念，计算工具是一个从古至今一直存在而又不断发展的。

在遥远的古代人们用简单的数字的多少来计算，这种计算在我们如今的日常生活中还能看到，当我们问三四岁的小孩简单的加法运算时，我们会发现大部分儿童还是会伸出手指来数数的多少来进行简单的加减运算，虽然计算的方式古老，但是却简单可行。

在后来，中国珠算的发明与使用使得计算的速度和准确性得到很大的提高，珠算在中国的计算领域有这悠久的历史，直到上个世纪80年代之前珠算还是大多从事会计与相关计算领域方面较为常用的工具，然而随着科技的进步，电子计算器的发明与使用是计算领域内的又一次革新，电子计算器无论在计算速度还是可靠性方面相比珠算都有了很大的提高，另外电子计算器操作简单，不需要专业的学习和培训即可操作，因而随着电子计算器的发明和使用，珠算很快便从中国一千多年的应用历史中退出了市场。

在现实生活中，我们总是会被各种繁琐的计算问题而烦心，由于生活节奏的提高，面对突然来到的计算问题，我们已经没有足够的时间和耐心拿上笔和纸进行计算了，计算器已经成为我们日常生活中不可或缺的计算工具了，在大多的工作场合我们会发现每个人的办公工具中，计算器已经是必不可少的了，因而如何结合所学电子知识，开发一款价格低廉，操作简单，计算准确可靠性高的计算器具有和好的开发价值和应用前景，设计完成一款价格低廉、操作方便的简易计算器对自己不仅具有很好的锻炼意义，同时也具有很好的市场需求，适当的进行完善即可推广到市场上应用。

1.3　计算器设计的任务和要求

本设计采用宏晶科技公司生产的STC89C52单片机作为系统的核心控制单元，然后以此单片机为基础结合外围所需的硬件电路，最后在硬件设计平台上完成软件代码的验证，最终完成简易数字计算器各项功能要求。

此简易数字计算器主要电路模块包括：

单片机最小系统、矩阵键盘电路、液晶LCD显示电路、系统电源电路等单元组成。

系统所使用的主要元器件包括：

STC89C52单片机、4*4矩阵键盘、液晶显示屏LCD1602、DC直流电源等。

本设计主要实现的功能和要求包括：

（1）实现100000000以内的加法运算功能；

（2）实现100000000以内的减法运算功能；（3）实现100000000的乘法运算功能；（4）实现100000000的除法运算功能；（5）系统计算时输入数字和符号以及运算结果显示功能；（6）系统输入错误时具有清除的功能。

第二章简易计算器的方案设计

2.1　系统设计方案论述

本次设计所要实现的功能主要有加减乘除的运算，能够实现上述运算的设计方案进行简要的介绍。

方案一：

以51单片机为基础，结合键盘输入电路、电源转换电路、单片机复位电路和晶体振荡电路以及液晶显示电路进行设计完成。

其硬件设计框图如图2－1所示。

图2－1

方案二：

以51单片机为基础，结合键盘输入电路、电源转换电路、单片机复位电路和晶体振荡电路以及LED数码管显示电路进行设计完成。

其硬件设计框图如图2－2所示。

图2－2

方案三：

以ARM为平台，结合电源转换电路以及液晶LCD显示电路进行设计完成。

其硬件设计框图如图2－3所示。

图2－3

2.2　系统设计方案比较与论证

方案一以51单片机为核心结合液晶显示电路来实现具有以下优点：

1、STC89C52单片机是目前市场上主流的51单片机型号，其价格低廉、IO端口丰

富，在很多中低端的电子产品上具有很广泛的应用。

2、以STC89C52单片机作为方案设计的控制核心，开发相对容易，开发周期相对较

短，可以有效的节约开发时间。

3、采用液晶LCD作为系统的显示界面，液晶显示效果稳定，显示字符数相对较多，

而且能够很好的显示运算符号。

方案二相比方案一来讲，采用LED数码管显示界面代替LCD液晶，相比方案一成本

价格更为低廉，开发费用和周期更短，不足之处是数码管显示效果存在一定的闪烁现象，同时显示字符数有限，如果计算的位数较多就需要级联较多个数的数码管才能实现，同时市场上通用的数码管一般不能直接显示运算符，如需要直观的显示运算符则需要单独定做，这样又会使得设计成本得到提高。

方案三相比前两个方案讲，外围电路更加简单，由于ARM芯片内部已经集成了晶体振荡电路和看门狗复位电路，因而不需要在单独外接复位电路和晶振电路，这样使得外围电路更加简单，可以有效的缩减线路板的体积，使得整个设计体积更小，携带更为方便，除此之外，ARM处理器处理速度相比51单片机更为快捷，以ARM为控制核心的计算器反应灵敏度更高；方案三的不足之处是ARM处理器价格相对较高，开发难度大、开发周期长。

2.2　系统设计方选择

基于本文是以价格低廉、开发容易和使用方便为开发背景的前提下，经过对上述3种方案的论证和比较，方案一更能符合课题开发的背景，因而本文设计方案最终以方案一为基础进行设计。

第三章系统硬件电路设计

3.1系统电源接口电路设计

系统电源电路主要完成供电系统的稳压滤波和开关控制功能，此部分电路如图3-1所示。

图3-1系统电源管理电路

图3-1为系统5V输出电压管理电路，其中J1为DC005电源输入接口，用于连接DC9V直流电源，SW1为系统电源开关，用于控制整个系统的电源的开启与关闭，C1为电解电容，一般取值在220uf到680uf之间，此电解电容是用于滤除电源线上存在的高频干扰，U1为三端稳压芯片LM7805，LM7805输入电压范围在7-16V情况下，稳定输出直流5V电压，输出稳定度在5V正负0.05mv的波动内变化，能够很好的保证单片机系统电压的稳定性，电容C1和C4分别用于滤除输出电压上存下的低频干扰和高频干扰，LED为电源指示灯，当系统电源输出正常的情况下LED灯点亮，电阻R1为1K阻值的限流电阻，保证LED在允许的工作电流下工作，避免LED被电流过高造成的损