基于51单片机的简易计算器设计--中国矿业大学 - 图文

《电子技术综合设计》

设计报告

设计题目：基于MCS-51单片机的简易计算器设计 组长姓名：陈万涛 学 号：04131653 专业与班级： 电气13-10班

姓 名： 赵伟成 学 号：04131645 专业与班级： 电气13-10班

姓 名： 姚光远学 号：04131643 专业与班级： 电气13-10班

时 间： 2015～ 2016学年第（1）学期 指导教师： 牛小玲 成 绩：日 期：2015.12.

目录

1.设计方案 ........................................................................................................................................ 2 1.1基本设计原理 ................................................................................................................................ 2 1.2方案选择 ........................................................................................................................................ 2 1.3元件选择 ....................................................................................................................................... 3 1.4系统框图 ....................................................................................................................................... 4 2.硬件设计 ........................................................................................................................................ 4 2.1硬件设计方案 ................................................................................................................................ 4 2.2供电电路设计 ................................................................................................................................ 6 2.3键盘电路设计 ................................................................................................................................... 6 2.4液晶显示电路设计 .......................................................................................................................... 72.5主电路 ........................................................................................................................................... 7 3.软件设计 .............................................................................................................................................. 8 3.1软件设计方案 ................................................................................................................................... 8 3.2系统程序设计流程图 .................................................................................................................... 9 4.系统的安装调试................................................................................................................................ 10 4.1安装顺序 ......................................................................................................................................... 10 4.2故障原因及排除方法 .................................................................................................................... 11 4.3调试结果 ....................................................................................................................................... 12 5.设计总结 ............................................................................................................................................ 12 6.参考文献 ............................................................................................................................................ 12 7.附录 .................................................................................................................................................... 13 7.1附录一图片 ..................................................................................................................................... 13 7.2附录二Proteus仿真图 .................................................................................................................. 13 7.3附录三系统程序 .......................................................................................................................... 14

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1.设计方案

1.1基本设计原理

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。

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。

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。

1.2方案选择

针对该简易计算器的设计，有以下几种方案可供选择。 方案一

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。

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。

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。

方案二

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

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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同，采用USB供电模式。

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。

方案三

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。

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。

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。

1.3元件选择

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。 表1

名称 容量 数量 电容 10uF 1 电容 20pF 2 液晶 LCD1602 1 电源接口 Header 2 1 电阻 2.7K 1 电阻 10K 1 独立按键 SW-PB 18 电源开关 sw-灰色 1 单片机U1 1 STC89C51 晶振 12M 1 3