基于51单片机的多功能计算器设计课程设计.doc

微机原理课程设计
设计课题基于51单片机的计算器设计
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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****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 -
设计目的及要求 - 5 -
设计目的 - 5 -
设计要求 - 5 -
方案论证及选择 - 5 -
方案一采用FPGA控制 - 6 -
方案二采用STC89C52 - 6 -
方案比较及选择 - 6 -
2 单元电路设计 - 7 -
工作原理 - 7 -
硬件电路设计 - 8 -
单片机电路设计 - 8 -
键盘模块电路 - 9 -
蜂鸣器提示电路 - 9 -
液晶显示电路 - 10 -
软件设计 - 11 -
键盘扫描 - 11 -
表达式的处理 - 11 -
altium designer 原理图设计及PCB制作 - 13 -
原理图设计 - 13 -
PCB制作 - 14 -
设计结果 - 15 -
3系统测试 - 15 -
整数运算 - 15 -
浮点数运算 - 16 -
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
设计目的及要求
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。
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
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。
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。
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