簡易計算器的設(shè)計方案

1 簡易計算器的設(shè)計方案 1 計算器設(shè)計目的 通過本次工程實踐，運用智能化測量控制儀表原理與設(shè)計、 列單片微型計算機及其應(yīng)用所學(xué)知識及查閱相關(guān)資料，完成簡易計算器的設(shè)計，達到理論知識與實踐更好結(jié)合、提高綜合運用所學(xué)知識和設(shè)計能力的目的。 通過本次設(shè)計訓(xùn)練，可以使我們在基本思路和基本方法上對基于 片機的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計有一個比較感性的認識，并具備一定程度的設(shè)計能力。 隨著社會的發(fā)展，科學(xué)的進步，人們的生活水平在逐步地提高，尤其是微電子技術(shù)的發(fā)展猶如雨后春筍般的變化。電子產(chǎn)品的 更新速度快就不足驚奇了。計算器在人們的日常中是比較常見的電子產(chǎn)品之一，如何使計算器技術(shù)更加的成熟，充分利用已有的軟件和硬件條件，設(shè)計出更出色的計算器，使其更好地為各個行業(yè)服務(wù)，成了如今電子領(lǐng)域重要的研究課題。 現(xiàn)如今，人們的日常生活中已經(jīng)離不開計算器了，社會的各個角落都有它的身影，比如商店、辦公室、學(xué)校因此設(shè)計一款簡單實用的計算器會有很大的實際意義。 本設(shè)計旨在進一步掌握單片機理論知識，理解嵌入式單片機 2 系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計，加強對實際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力。通過本設(shè)計的學(xué)習(xí)，使我掌握單片機程序設(shè)計和微機接口應(yīng)用 的基本方法，并能綜合運用本科階段所學(xué)軟、硬件知識分析實際問題，提高解決畢業(yè)設(shè)計實際問題的能力，為單片機應(yīng)用和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。 2 計算器設(shè)計的任務(wù)與要求 近幾年單片機技術(shù)的發(fā)展很快，其中，電子產(chǎn)品的更新速度迅猛。計算器是日常生活中比較常見的電子產(chǎn)品之一。如何才能使計算器技術(shù)更加的成熟，充分利用已有的硬件和軟件條件，設(shè)計出更出色的計算器。 本設(shè)計是以 片機為核心的計算器模擬系統(tǒng)設(shè)計，輸入采用 4*4 矩陣鍵盤，可以進行加、減、乘、除帶符號數(shù)字運算（七位整數(shù)、六位小數(shù)），并在液晶顯示屏 靜態(tài)顯示操作過程及結(jié)果。 3 設(shè)計方案和論證 源模塊 于本系統(tǒng)采用電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。 方案 1： 采用 5V 蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。 3 方案 2： 采用 3 節(jié) 干電池共 電源，經(jīng)過 7805 的電壓變換后為單片機，傳感器供電。經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。 綜上所述采用方案 2。 控制器模塊 方案 1： 采用可編程邏輯器件 為控制器。 以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、 源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟的角度考慮我們放棄了此方案。 方案 2： 采用 片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制密碼鎖控制，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于密碼鎖的控制，而在這一點 上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢 控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。 片機具有功能強大的位操作指令， I/序空間多達 8K，對于本設(shè)計也綽綽有余，更可貴的是 片機價格非常低廉。 因此，這種方案是一種較為理想的方案。 從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案 2。 4 4 設(shè)計原理及功能說明 易計算器設(shè)計基本原理 根據(jù)功能和指示要求，本系統(tǒng)選用以 片機為主控機。通 過擴展必要的外圍接口電路，實現(xiàn)對計算器的設(shè)計。 列單片機簡介 列單片機的典型產(chǎn)品，以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。 片機包含中央處理器、程序存儲器 (數(shù)據(jù)存儲器 (定時 /計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4示，現(xiàn)在分別加以說明： 圖 4-1 部結(jié)構(gòu)圖 中央處理器 ： 中央處理器 (整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， 責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 ( 5 部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 定時 /計數(shù)器： 兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷， 用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出 (I/O)口： 置最高頻率達 12時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 片機需外置振蕩電容。如圖 4 6 圖 4部結(jié)構(gòu)圖 5 單元電路的設(shè)計 控制模塊 主控制最小系統(tǒng)電路如圖 5示。 圖 5片主控電路 片機的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用 統(tǒng)列單片機，相比其他系列單片機具有很多優(yōu)點。一般 片機資源比其他單片機要多，而且執(zhí)行速度快； 列單片機使用串口對單片機進行燒寫，下載程序較為 7 方便； 片機內(nèi)部集成了看門狗電路；且具有很強抗干擾能力。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖 5 52 圖 5位電路 由于單片機 內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高 /低電平，因而該組 I/O 口在使用時必須外接上拉電阻。 盤電路設(shè)計 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都會設(shè)置鍵盤，主要為了控制運行狀態(tài)，輸入一些命令或數(shù)據(jù)，以完成特定的人機交互 ,對于輸入?yún)?shù)較多、功能復(fù)雜的系統(tǒng) ，需要采用矩陣式鍵盤進行輸入控制。本系統(tǒng)采用 4*4 矩陣式鍵盤，鍵盤連接方式如圖 5示： 圖 5盤電路 8 晶顯示電路設(shè)計 液晶顯示器（ 一種功耗很低的顯示器，它的使用非常廣泛，比如電子表、計算器、數(shù)碼相機、計算機的顯示器和液晶電視等。電子密碼鎖中需要顯示的信息比較多，為了能直觀的看到結(jié)果，并且為了設(shè)計顯的美觀，使用總線和排阻進行簡化連接方式，本設(shè)計采用液晶顯示屏 行顯示，具體連接方式如圖 : 圖 5晶顯示電路 6 硬件設(shè)計 程序流圖 如下圖 6主程序流程圖： 9 圖 6主程序流程圖 10 算程序設(shè)計 片機是一塊芯片中集成了 時器、計數(shù)器、和多功能 I/O 等一臺計算器所需要的基本功能部分。如果按功能劃分，它由如下功能部分組成，即微處理器（ 數(shù)據(jù)處理器（ 程序處理器（ 并行 I/O 口、串行口、定時器、計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（ 單片機是靠程序運行的，并且可以修改。如圖 6 圖 6運算程序 11 7 硬件的制作與調(diào)試 按電路 圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進行檢測，一定要仔細認真。 焊接 各元件 按 原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。 仿真圖 7下： 圖 7真圖 12 8 總結(jié) 在這次課程設(shè)計中， 我主要負責的是仿真和編程。 要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、 不斷改進是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常德，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設(shè)計結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。 回顧起此次單片機課程設(shè)計，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是 遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。通過這次課程設(shè)計使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我們在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。 13 參考文獻 1 王千 . 實用電子電路大全 M. 電子工業(yè)出版社 , 2004, 282 彭為 . 單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實 例精講 M. 電子工業(yè)出版社 ,2 006, 693 張榮 . 基于單片機的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) M. 電子工業(yè)出版社 , 2005, 354 朱勇 . 單片機原理與應(yīng)用技術(shù) M. 清華大學(xué)出版社 , 2006, 145 潘永雄 . 新編單片機原理與應(yīng)用 M. 西安電子科技大學(xué)出版社 , 2003, 786 胡全 . 51 單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示技術(shù) J . 信息技術(shù)， 2009,13:2526 14 附錄 1：總體電路原理圖 0)1)R)D)000色1212 01 03 05 073 57 911 1315 175 附錄 2：元器件 清單 稱 型號規(guī)格 數(shù)量 10容 20容 晶 電源接口 2K 電阻 10K 電阻 立按鍵 7 電源開關(guān) 片機 1 1 12M 晶振 16 附錄 3：部分源程序 if(0) = s ; ; ; =0) = s ; if(5) 4 ; 0 ; 4; ,16); = A; 17 = n; = s; = s; ); ; 0); ,16); ) ; /讀按鍵值 0); if( / 從數(shù)組中取第二個數(shù)字 ; / : / 加 : / 減 : / 乘 : / 除 19 =); ; / 等號標志 2: =0|) +); ; ; / 按下加號鍵 3: =0