【正文】 微機(jī)原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)課題 基于 51 單片機(jī)的 計(jì)算器設(shè)計(jì) 2 【摘要】 當(dāng)今社會(huì)，隨著人們物質(zhì)生活的不斷提高，電子產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了家家戶戶，無論是生活或?qū)W習(xí)，還是娛樂和消遣幾乎樣樣都離不開電子產(chǎn)品，大型復(fù)雜的計(jì)算能力是人腦所不能勝任的，而且人腦比較容易出錯(cuò)。計(jì)算器作為一種快速通用的計(jì)算工具方便了用戶的使用。計(jì)算器可謂是我們最親密的電子伙伴之一。本設(shè)計(jì)著重在于分析計(jì)算器設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的環(huán)節(jié)和步驟，并從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)對計(jì) 算器設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析和研究。 本 設(shè)計(jì)是以 STC89C52 單片機(jī)為核心的計(jì)算器模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輸入采用 4 4 矩陣鍵盤再加上 4個(gè)獨(dú)立按鍵 ，可以進(jìn)行加、減、乘、除 7 位帶符號(hào)數(shù)字運(yùn)算 ，同時(shí)支持括號(hào)的嵌套使用級浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算 ，并在 LCD1602 上顯示操作過程。 本次設(shè)計(jì)注重設(shè)計(jì)方法及流程， 首先根據(jù)原理設(shè)計(jì)電路，利用 keil編程，借助實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而利用 altium designer 制作 PCB，最后到焊接元器件，直至調(diào)試成功。 在設(shè)計(jì)的同時(shí)， 特別注重 keil 軟件 和 altium designer軟件的使用方法 和技巧 以及常用的 LCD顯示器和矩陣 鍵盤的 設(shè)計(jì)和 使用方法。 【 關(guān)鍵詞 】 計(jì)算器 ， STC89C52， 矩陣鍵盤 ， 1602液晶 目錄 3 1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .................................................................................................. 5 設(shè)計(jì)目的及要求 ....................................................................................... 5 設(shè)計(jì)目的 ........................................................................................ 5 設(shè)計(jì)要求 ........................................................................................ 5 方案論證及選擇 ....................................................................................... 5 方案一 采用 FPGA控制 ................................................................... 5 方案二 采用 STC89C52 .................................................................. 6 方案比較及選擇 ............................................................................. 6 2 單元電路設(shè)計(jì) .................................................................................................. 7 工作原理 ................................................................................................ 7 硬件電路設(shè)計(jì) ......................................................................................... 8 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) ............................................................................ 8 鍵盤模塊電路 ............................................................................... 9 蜂鳴器提示電路 ............................................................................ 9 液晶顯示電路 ............................................................................. 10 軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................... 11 鍵盤掃描 ...................................................................................... 11 表達(dá)式的處理 ............................................................................... 11 altium designer 原理圖設(shè)計(jì)及 PCB 制作 ................................................ 13 原理圖設(shè)計(jì) ................................................................................. 13 PCB 制作 .................................................................................... 14 設(shè)計(jì)結(jié)果 ................................................................................... 15 3 系統(tǒng)測試 .......................................................................................................... 16 整數(shù)運(yùn)算 ............................................................................................... 16 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 ............................................................................................ 17 輸入出錯(cuò)的情況 ..................................................................................... 17 4 結(jié)論與心得體會(huì) ............................................................................................. 19 4 5 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................... 20 附錄 1 元器件清單 ..................................................................................... 21 附錄 2 程序清單 ........................................................................................ 22 5 1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的及要求 設(shè)計(jì) 目的 通過本次課題設(shè)計(jì)，應(yīng)用《單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 》等所學(xué)相關(guān)知識(shí)及查閱資料，完成實(shí)用 計(jì)算器的設(shè)計(jì)，以達(dá)到理論與實(shí)踐更好的結(jié)合、進(jìn)一步提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)的能力的目的。 通過本次設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，可以使我在基本思路和基本方法上對基于 MCS51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)比較感性的認(rèn)識(shí)，并具備一定程度的設(shè)計(jì)能力。 設(shè)計(jì)要求 在本次課程設(shè)計(jì)中，主要完成如下方面的設(shè)計(jì)要求： 掌握 MCS51 系列某種產(chǎn)品（例如 8051）的最小電路及外圍擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)方法； 計(jì)算器能實(shí)現(xiàn)基本的加、減、乘、除四則運(yùn)算； 支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 ； 支持括號(hào)運(yùn)算，允許括號(hào)的多層正確嵌套 ； 較為友好的界面顯示，對輸入實(shí)時(shí)顯示，對計(jì)算結(jié)果輸出顯示 ； 能夠具備比較完善的報(bào)錯(cuò)系統(tǒng) 方案論證及選擇 基于設(shè)計(jì)要求，笨設(shè)計(jì)考慮了兩種設(shè)計(jì)方案，他們均可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的功能，但基于設(shè)計(jì)目的及微控制器的廣泛運(yùn)用，比較兩種方案的優(yōu)劣， 最終選擇基于 51 單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)。 方案一 采用 FPGA 控制 FPGA 是一種高密度的可編程邏輯器件 ,自從 Xilinx 公司 1985 年推出第一 6 片 FPGA 以來 ,FPGA 的集成密度和性能提高很快 ,其集成密度最高達(dá) 500 萬門 /片以上 ,系統(tǒng)性能可達(dá) 200MHz。由于 FPGA 器件集成度高 ,方便易用 ,開發(fā)和上市周期短 ,在數(shù)字設(shè)計(jì)和電子生產(chǎn)中得到迅速普及和應(yīng)用 ,并一度在高密度的可編程邏輯器件領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。 但是而基于 SRAM 編程的 FPGA,其編程信息需存放在外部存儲(chǔ)器上 ,需外部存儲(chǔ)器芯片 ,且使用方法復(fù)雜 ,保密性差，而其對于一個(gè)簡單的計(jì)算器而言，實(shí)用 FPGA 有點(diǎn)大材小用，成本太高。 方案二 采用 STC89C52 單片機(jī)是單片微型機(jī)