完美升级版基于51单片机的多功能计算器设计毕业论文 - 图文

微机原理课程设计

设计课题 基于51单片机的计算器设计 学 院 姓 名 学 号 专业班级 指导教师 设计时间

南华大学

【摘要】 当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且人脑比较容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。计算器可谓是我们最亲密的电子伙伴之一。本设计着重在于分析计算器设计开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。

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矩阵键盘再加上4个独立按键，可以进行加、减、乘、除7位带符号数字运算，同时支持括号的嵌套使用级浮点数的运算，并在LCD1602上显示操作过程。

本次设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，利用keil编程，借助实验开发平台进行仿真实验，进而利用altium designer 制作PCB，最后到焊接元器件，直至调试成功。在设计的同时，特别注重keil软件和altium designer软件的使用方法和技巧以及常用的LCD显示器和矩阵键盘的设计和使用方法。

【关键词】 计算器，STC89C52，矩阵键盘，1602液晶

目录

1 系统方案设计 ............................................................................................................... - 5 -

1.1 设计目的及要求 .................................................................................................. - 5 -

1.1.1 设计目的 ................................................................................................... - 5 - 1.1.2 设计要求 ................................................................................................... - 5 - 1.2 方案论证及选择 .................................................................................................. - 5 -

1.2.1 方案一 采用FPGA控制 ........................................................................... - 6 -

1.2.2 方案二 采用STC89C52 .......................................................................... - 6 - 1.2.3 方案比较及选择 ....................................................................................... - 6 -

2 单元电路设计 ............................................................................................................... - 7 -

2.1 工作原理 ............................................................................................................ - 7 - 2.2 硬件电路设计 .................................................................................................... - 8 -

2.2.1 单片机电路设计 ..................................................................................... - 8 - 2.2.2 键盘模块电路 ......................................................................................... - 9 - 2.2.3 蜂鸣器提示电路 ..................................................................................... - 9 - 2.2.4 液晶显示电路 ....................................................................................... - 10 - 2.3 软件设计 ............................................................................................................. - 11 -

2.3.1 键盘扫描 .................................................................................................. - 11 - 2.3.2 表达式的处理 .......................................................................................... - 11 - 2.4 altium designer 原理图设计及PCB制作 .................................................... - 13 -

2.4.1 原理图设计 ........................................................................................... - 13 - 2.4.2 PCB制作 .............................................................................................. - 14 - 2.4.3

设计结果 .............................................................................................. - 15 -

3系统测试 ........................................................................................................................ - 15 -

3.1 整数运算 ............................................................................................................ - 15 - 3.2 浮点数运算 ........................................................................................................ - 16 - 3.3 输入出错的情况 ................................................................................................ - 17 - 4 结论与心得体会 ......................................................................................................... - 17 - 5 参考文献 ..................................................................................................................... - 18 -

附录1 元器件清单 ................................................................................................ - 18 - 附录2 程序清单 .................................................................................................... - 19 -

1 系统方案设计

1.1 设计目的及要求

1.1.1 设计目的

通过本次课题设计，应用《单片机应用基础》、《数据结构》等所学相关知识及查阅资料，完成实用计算器的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。

通过本次设计的训练，可以使我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。

1.1.2 设计要求

在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计要求：

1、掌握MCS-51系列某种产品（例如8051）的最小电路及外围扩展电路的设计方法；

2、计算器能实现基本的加、减、乘、除四则运算； 3、支持浮点数运算；

4、支持括号运算，允许括号的多层正确嵌套；

5、较为友好的界面显示，对输入实时显示，对计算结果输出显示； 6、能够具备比较完善的报错系统

1.2 方案论证及选择

基于设计要求，笨设计考虑了两种设计方案，他们均可以实现计算器的功能，但

基于设计目的及微控制器的广泛运用，比较两种方案的优劣，最终选择基于51单片机的计算器设计。

1.2.1 方案一 采用FPGA控制

FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件,自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来,FPGA的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达500万门片以上,系统性能可达200MHz。由于FPGA器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。

但是而基于 SRAM编程的FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上 ,需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂 ,保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用FPGA有点大材小用，成本太高。

1.2.2 方案二 采用STC89C52

单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU（Micro Control Unit）。通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器CPU，存储器和IO接口电路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中AT89S52以MCS-51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。

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