sc8035语音播报计算器控制系统设计
本文以计算器为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现加减乘除的高精度运算以及具有真人语音播报等功能的计算器控制系统，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设的所有功能指标。
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） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51单片机介绍 4
（三） LCD1602显示器介绍 5
（四） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 计算器系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） 显示器电路设计 10
（四） 计算器系统键盘电路设计 10
（五） 按键音电路设计 11
（六） SC8035语音芯片电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 计算器系统的软件工作流程设计 13
（二） 显示器工作流程设计 15
（三） 4*4键盘按键检测流程设计 16
（四） 语音芯片驱动流程设计 17
五、 Proteus软件仿真 18
六、 实物制作与功能演示 22
（一）实物制作 22
（二）实物调试 22
总结 23
参考文献 24
致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 元件列表 27
附录三 程
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
序 28
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
在对计算器控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对计算器控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图；为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
1、能实现51单片机最小系统的设计；
2、能实现51单片机对LCD1602液晶屏的驱动，实现对操作过程以及计算结果的显示；
3、能实现对按键的检测，通过语音播报出按键命，同时能够准确的播报计算结果；
4、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；
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51单片机介绍 4
（三） LCD1602显示器介绍 5
（四） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 计算器系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） 显示器电路设计 10
（四） 计算器系统键盘电路设计 10
（五） 按键音电路设计 11
（六） SC8035语音芯片电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 计算器系统的软件工作流程设计 13
（二） 显示器工作流程设计 15
（三） 4*4键盘按键检测流程设计 16
（四） 语音芯片驱动流程设计 17
五、 Proteus软件仿真 18
六、 实物制作与功能演示 22
（一）实物制作 22
（二）实物调试 22
总结 23
参考文献 24
致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 元件列表 27
附录三 程
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
序 28
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
在对计算器控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对计算器控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图；为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
1、能实现51单片机最小系统的设计；
2、能实现51单片机对LCD1602液晶屏的驱动，实现对操作过程以及计算结果的显示；
3、能实现对按键的检测，通过语音播报出按键命，同时能够准确的播报计算结果；
4、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；
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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