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基于51单片机的简易计算器设计.docx
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基于51单片机的简易计算器设计.docx
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漫
《电子技术综合设计》
漫
设计报告
漫
漫
漫
时 间: 2015 ~ 2016 学年第(1)学期
漫
漫
漫
漫
1
漫
漫
目录
漫
1.设计方案......................................................................................................................................2
漫
1.1 基本设计原理...............................................................................................................................2
漫
1.2 方案选择.......................................................................................................................................2
漫
1.3 元件选择 ................................................................................................................................3
漫
1.4 系统框图 ................................................................................................................................4
漫
2.硬件设计......................................................................................................................................4
漫
2.1 硬件设计方案...............................................................................................................................4
漫
2.2 供电电路设计 ...............................................................................................................................6
漫
2.3 键盘电路设计 ........................................................................................................................6
漫
2.4 液晶显示电路设计 ..................................................................................................................7
2.5 主电路.....................................................................................................................................7
漫
3.软件设计 .......................................................................................................................................8
漫
3.1 软件设计方案 ........................................................................................................................8
漫
3.2 系统程序设计流程图.............................................................................................................9
漫
4.系统的安装调试..........................................................................................................................10
漫
4.1 安装顺序...............................................................................................................................10
漫
4.2 故障原因及排除方法...........................................................................................................11
漫
4.3 调试结果...............................................................................................................................12
漫
5.设计总结......................................................................................................................................12
漫
6.参考文献......................................................................................................................................12
漫
7.附录..............................................................................................................................................13
漫
7.1 附录一 图片.........................................................................................................................13
漫
7.2 附录二 Proteus 仿真图........................................................................................................13
漫
7.3 附录三 系统程序.................................................................................................................14
漫
漫
漫
漫
2
漫
漫
漫
1.设计方案
漫
1.1 基本设计原理
漫
本设计是以单片机为核心的简易计算器系统设计,输入采用常见的 4*4 矩阵
键盘,该设计作品可以进行加、减、乘、除以及带符号数字运算(七位整数、六
位小数),同时可以通过 LCD1602 静态显示操作过程及结果。
漫
根据功能和设计要求,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,包括键盘电路、电源供电电路、显示电路等主要模块电路,
实现对计算器的设计,设计思路采用模块化设计思路,即分别设计各模块电路,
然后进行总体连接,即可实现设计目的。
漫
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,进一步掌握单片机程
序设计和微机接口应用的基本方法,并能综合运用现阶段所学软、硬件知识分析
实际问题,提高解决实际问题的能力。
漫
1.2 方案选择
漫
针对该简易计算器的设计,有以下几种方案可供选择。
漫
方案一
漫
利用单片机为主要控制电路,外加部分辅助电路来实现设计功能。单片机作
为主要控制器,数码管作为显示电路,外部输入电路采用简单键盘输入,即利用
单片机的简单 I/O 口作为输入电路。即系统主要由三部分组成:单片机核心控制
模块、数码管动态显示模块以及简单键盘输入模块。
漫
键盘读入采用单片机查询方式,即让 16 个按键的信息输入端从单片机 P3、
P2 口输入,通过查询指令,判断输入的是哪一个键盘,然后做出相应的处理,
最后通过数码管电路动态显示运算结果。
漫
该方案的不足之处是显示电路中对于数码管的驱动需要外加电路,使得电路
成本增加且电路显得更加复杂。同时,当显示多位时,数码管的个数也会相应增
加,成本也相应增加。另外,对于外部输入电路,该方案采用简单键盘电路设计
结构,显然这不是最佳方案。因为简单键盘电路占用了过多的 I/O 口,而单片机
简单 I/O 口数目有限,在资源由有限的情况下,采用该设计方案显然存在不合理
之处。
漫
方案二
漫
方案二主要控制电路仍然是以单片机为核心,外加辅助电路来实现设计目标。
与方案一不同的地方是显示电路和输入电路。方案二为 LED 点阵显示屏,能够实
现动态显示;输入电路采用矩阵键盘输入。供电电路与外部输入电路与方案一相
漫
3
漫
漫
同,采用 USB 供电模式。
漫
与方案一相比,LED 点阵显示可以满足显示位数要求,而且显示清晰,观察
方便,但与数码管显示相比,LED 显示屏所占体积较大,功耗也较大,相对于简
易计算器的要求而言,会使设计成本增加许多,而且功耗增加也是不符合要求的。
另外,对于输入电路来说,采用矩阵键盘输入能够大幅度减少 I/O 口的使用,而
且电路建构也相对集中。总体上来说方案二基本可以满足设计要求,想比较方案
一而言,能够作为备选设计方案。
漫
方案三
漫
相对于方案一,方案三与方案一的主要区别在于以下两点:一是键盘电路的
设计,二是显示电路的设计。键盘电路与方案一相同,采用矩阵键盘输入,其优
点在方案二中已详细说明;显示电路用集成显示屏 LCD1602 芯片作为显示主要电
路,通过 LCD1602 能够使得系统程序指令简单,而且 LCD1602 体积小、功耗小,
能够满足小功率系统的设计。
漫
相对于方案二。方案三与方案二的主要区别在于显示电路的不同,LCD 显示
电路相对 LED 点阵显示电路,其主要优势在于能够减小功耗,减小系统体积,提
高系统的稳定性,而且可以降低成本。
漫
综上所述,为了满足简易计算器的设计目标,通过对比以上三种方案的优缺
点,最终确定本次设计采用方案三。
漫
1.3 元件选择
漫
根据上述选择的方案,在整个电路的设计上,接下来的工作就是元器件的选择。
对于元器件的选择,需要考虑到实际的应用场合,根据设计要求及实际情况,确
定元件清单如下。
漫
表 1
漫
名称
漫
容量
漫
数量
漫
电容
漫
10uF
漫
1
漫
电容
漫
20pF
漫
2
漫
液晶
漫
LCD1602
漫
1
漫
电源接口
漫
Header 2
漫
1
漫
电阻
漫
2.7K
漫
1
漫
电阻
漫
10K
漫
1
漫
独立按键
漫
SW-PB
漫
18
漫
电源开关
漫
sw-灰色
漫
1
漫
单 片 机
STC89C51
漫
U1
漫
1
漫
晶振
漫
12M
漫
1
漫
漫
1.4 系统框图
漫
漫
4
漫
漫
根据方案选择结果,整个系统的基本结构框图如下。矩阵键盘输入电路作为数字
信息输入,供电电路采用 USB 供电方式,控制处理中心有单片机组成,与键盘输
入电路采用相同电源供电;信息经过单片机处理之后能够有效驱动 LCD1602 显示
模块显示运算结果,便于读取记录。
漫
漫
矩阵键盘
输入
电路模块
MCS-
51
控制
处理
中心
供电电路
LCD1602显
示模块单元
漫
漫
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