单片机的电子计算器的设计
摘 要本文选择了“基于单片机的电子计算器设计”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统， 实现了预期设立的性能指标，使得计算器不但能够实现加减乘除的高精度运算，并且具有真人语音播报功能，带来了较高的用户体验，突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了电子计算器控制系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。笔者所设计的这款自动控制系统经历了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款电子计算器控制系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
目录
一、 引言 1
（一） 电子计算器的发展背景 1
（二） 计算器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51单片机简要概述 4
（三） LCD1602液晶显示器介绍 4
（四） 有源蜂鸣器介绍 5
（五） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 电子计算器系统的系统结构框图设计 7
（二） 单片机最小系统设计 7
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 8
（三） 液晶显示器电路设计 9
（四） 机械键盘电路设计 9
（五） 按键音电路设计 10
（六） SC8035语音芯片电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 电子计算器系统的主程序流程图设计 12
（二） 液晶显示器工作流程设计 13
（三） 动态扫描键盘工作流程设计 14
（四） 语音芯片驱动流程设计 15
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
引言
电子计算器的发展背景
随着人类对电子技术以及智能技术的广泛开发，生活中几乎大多数电子器件、设备或者检测仪器已经被电子系统所代替，就如计算器这种本来完全依靠传统结构来实现的常用电子产品，在其长长的发展历程中，许多新的功能被添加到其内部结构中，已经不在是传统意义上仅仅能够实现加减乘除功能的工具了。在最近几十年时间内，传感器、微处理器以及新型半导体的出现使得计算器的概念得到了重新的定义，智能运算、操作状态识别、智能唤醒、自动休眠、高精度运算以及存储等功能不断地被融入到计算器控制系统中，颠覆了原先人们对于传统计算器的想象，同时这些新功能的增加也使得它能够更好地为人们带来生活、工作以及生产上的便利，只需按键的简单操作即可实现复杂的运算过程，这是传统计算器所无法企及的。由于人们对于新型计算器的需求和要求与日俱增，近几年来计算器的研究呈现了如火如荼的景象，控制系统中的关键部分当属内部的微处理器部分，在电子计算器刚进入人们生活之时，微处理器还停留在8位数据处理能力的状态，因此那时候只能够实现一些简单功能的计算器，仅仅能够实现操作数的输入以及加减乘除四则运算；而随着近些年32位微处理器的技术与日成熟，浮点数运算、高精度除法运算以及运算记录调取等智能功能都能够在计算器控制系统中得到实现，这种高性能的智能技术使得计算器的用户体验更加完善。计算器控制系统的发展与人类社会的经济发展也是息息相关的，在经济繁荣时人们对于日常生活也提出了更高的质量，人机友好、智能生活等概念深入人们的潜意识里，传统落后技术已经无法在满足人类对美好生活的追求，微处理器智能控制技术使得这一切都得以实现，智能计算器在很大程度上迎合了人们对优质生活的审美观，本课题在对智能计算器进行了大量的调研和对比后，考虑到目前市面上相关产品处于刚刚起步阶段，无论是在硬件还是软件上都存在这很多的不足之处，因此高智能的计算器控制系统还不能够实现普及，因此本文将以大学期间所学的专业知识结合课外学习经验作为基础，选用高性价比器件，设计一款智能计算器，突破目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低计算器的总体设计成本，正确取代市场上相当大一部分计算器产品。
计算器的国内外发展现状
根据前不久的一份计算器行业前景研究报告显示，目前计算器已经渗透到了人们生产生活的各个角落，光是Win7系统中的自带计算器就被设计成了标准型、程序员型、科学性以及统计型四种，各种不同智能程度的计算器影响着人们的日常生活，对于计算器的研究和开发现状，国内外都已经达到了一个很高的境地，然而国外由于对智能计算器控制系统的研发起始时间更早，因此在智能方面，国外做的更加突出，国内外目前都能够实现小数点后20位以上的计算精度，在成本以及系统稳定度上，要想追赶上国外，国内研究者还有很长一段路需要走。
本文主要研究内容
本文在电子计算器发展背景的基础上选择了电子计算器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的电子计算器系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、采用+5V直流电压进行系统供电。
3、通过51单片机的CPU高性能运算能力，能够进行加减乘除运算；
4、配置LCD1602液晶屏，具有较高清晰度的液晶显示效果。
5、配置高清晰度语音芯片，使得计算器具有语音播报功能；
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
目录
一、 引言 1
（一） 电子计算器的发展背景 1
（二） 计算器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51单片机简要概述 4
（三） LCD1602液晶显示器介绍 4
（四） 有源蜂鸣器介绍 5
（五） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 电子计算器系统的系统结构框图设计 7
（二） 单片机最小系统设计 7
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 8
（三） 液晶显示器电路设计 9
（四） 机械键盘电路设计 9
（五） 按键音电路设计 10
（六） SC8035语音芯片电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 电子计算器系统的主程序流程图设计 12
（二） 液晶显示器工作流程设计 13
（三） 动态扫描键盘工作流程设计 14
（四） 语音芯片驱动流程设计 15
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
引言
电子计算器的发展背景
随着人类对电子技术以及智能技术的广泛开发，生活中几乎大多数电子器件、设备或者检测仪器已经被电子系统所代替，就如计算器这种本来完全依靠传统结构来实现的常用电子产品，在其长长的发展历程中，许多新的功能被添加到其内部结构中，已经不在是传统意义上仅仅能够实现加减乘除功能的工具了。在最近几十年时间内，传感器、微处理器以及新型半导体的出现使得计算器的概念得到了重新的定义，智能运算、操作状态识别、智能唤醒、自动休眠、高精度运算以及存储等功能不断地被融入到计算器控制系统中，颠覆了原先人们对于传统计算器的想象，同时这些新功能的增加也使得它能够更好地为人们带来生活、工作以及生产上的便利，只需按键的简单操作即可实现复杂的运算过程，这是传统计算器所无法企及的。由于人们对于新型计算器的需求和要求与日俱增，近几年来计算器的研究呈现了如火如荼的景象，控制系统中的关键部分当属内部的微处理器部分，在电子计算器刚进入人们生活之时，微处理器还停留在8位数据处理能力的状态，因此那时候只能够实现一些简单功能的计算器，仅仅能够实现操作数的输入以及加减乘除四则运算；而随着近些年32位微处理器的技术与日成熟，浮点数运算、高精度除法运算以及运算记录调取等智能功能都能够在计算器控制系统中得到实现，这种高性能的智能技术使得计算器的用户体验更加完善。计算器控制系统的发展与人类社会的经济发展也是息息相关的，在经济繁荣时人们对于日常生活也提出了更高的质量，人机友好、智能生活等概念深入人们的潜意识里，传统落后技术已经无法在满足人类对美好生活的追求，微处理器智能控制技术使得这一切都得以实现，智能计算器在很大程度上迎合了人们对优质生活的审美观，本课题在对智能计算器进行了大量的调研和对比后，考虑到目前市面上相关产品处于刚刚起步阶段，无论是在硬件还是软件上都存在这很多的不足之处，因此高智能的计算器控制系统还不能够实现普及，因此本文将以大学期间所学的专业知识结合课外学习经验作为基础，选用高性价比器件，设计一款智能计算器，突破目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低计算器的总体设计成本，正确取代市场上相当大一部分计算器产品。
计算器的国内外发展现状
根据前不久的一份计算器行业前景研究报告显示，目前计算器已经渗透到了人们生产生活的各个角落，光是Win7系统中的自带计算器就被设计成了标准型、程序员型、科学性以及统计型四种，各种不同智能程度的计算器影响着人们的日常生活，对于计算器的研究和开发现状，国内外都已经达到了一个很高的境地，然而国外由于对智能计算器控制系统的研发起始时间更早，因此在智能方面，国外做的更加突出，国内外目前都能够实现小数点后20位以上的计算精度，在成本以及系统稳定度上，要想追赶上国外，国内研究者还有很长一段路需要走。
本文主要研究内容
本文在电子计算器发展背景的基础上选择了电子计算器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的电子计算器系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、采用+5V直流电压进行系统供电。
3、通过51单片机的CPU高性能运算能力，能够进行加减乘除运算；
4、配置LCD1602液晶屏，具有较高清晰度的液晶显示效果。
5、配置高清晰度语音芯片，使得计算器具有语音播报功能；
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
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