简易计算器的设计方案

1 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、 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 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 2 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 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 静态显示操作过程及结果。 3 设计方案和论证 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。 3 方案 2： 采用 3 节 干电池共 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。 控制器模块 方案 1： 采用可编程逻辑器件 为控制器。 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、 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 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。 片机具有功能强大的位操作指令， I/序空间多达 8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是 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 4 设计原理及功能说明 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 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。 列单片机简介 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。 片机包含中央处理器、程序存储器 (数据存储器 (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示，现在分别加以说明： 图 4-1 部结构图 中央处理器 ： 中央处理器 (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， 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 ( 5 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 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： 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： 置最高频率达 12时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 片机需外置振荡电容。如图 4 6 图 4部结构图 5 单元电路的设计 控制模块 主控制最小系统电路如图 5示。 图 5片主控电路 片机的时钟电路与复位电路设计 本系统采用 统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般 片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快； 列单片机使用串口对单片机进行烧写，下载程序较为 7 方便； 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 52 图 5位电路 由于单片机 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。 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示： 图 5盘电路 8 晶显示电路设计 液晶显示器（ 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 行显示，具体连接方式如图 : 图 5晶显示电路 6 硬件设计 程序流图 如下图 6主程序流程图： 9 图 6主程序流程图 10 算程序设计 片机是一块芯片中集成了 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（ 数据处理器（ 程序处理器（ 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（ 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。如图 6 图 6运算程序 11 7 硬件的制作与调试 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。 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下： 图 7真图 12 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。 13 参考文献 1 王千 . 实用电子电路大全 M. 电子工业出版社 , 2004, 282 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, 693 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, 354 朱勇 . 单片机原理与应用技术 M. 清华大学出版社 , 2006, 145 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, 786 胡全 . 51 单片机的数码管动态显示技术 J . 信息技术， 2009,13:2526 14 附录 1：总体电路原理图 0)1)R)D)000色1212 01 03 05 073 57 911 1315 175 附录 2：元器件 清单 称 型号规格 数量 10容 20容 晶 电源接口 2K 电阻 10K 电阻 立按键 7 电源开关 片机 1 1 12M 晶振 16 附录 3：部分源程序 if(0) = s ; ; ; =0) = s ; if(5) 4 ; 0 ; 4; ,16); = A; 17 = n; = s; = s; ); ; 0); ,16); ) ; /读按键值 0); if( / 从数组中取第二个数字 ; / : / 加 : / 减 : / 乘 : / 除 19 =); ; / 等号标志 2: =0|) +); ; ; / 按下加号键 3: =0