计算器设计报告书

物理与电子信息学院电子技术综合设计报告
设计题目：基于51单片机的计算器
专业：电气工程及其自动化
学号：
姓名：
成绩：
指导教师：
基于51单片机的计算器设计
一、系统方案
本课题计算器设计硬件电路采用三部分电路模块构成，第一部分是键盘模块电路，采用4*4矩阵式键盘作为输入电路；第二部分是LCD1602液晶显示模块；第三部分是以51单片机作为控制核心。

软件程序主要由三部分组成：主程序、按键扫描程序和LCD1602显示程序。

二、硬件设计
如图1所示，该图是一个计算器的PCB线路模型。

我们用到了17个键位，1个自锁开关，分别负责控制计算器的运行与电源开关。

1个STC89C51单片机，负责存储与执行计算器各部分的运行状况，是整个电路的核心部分。

一个LCD1602显示屏，负责计算器的显示模块。

部分电阻、电容、晶振等，用来支持计算机电路的正常执行。

在此线路中，设计时未设计下载接口，但使用了电源接口代替下载口，负责电路板的供电等。

三、软件设计
首先，我们使用了Proteus设计进行仿真，确认该设计思路可执行后，通过DXP设计电路。

Proteus仿真例如图2所示。

原理图参考了中国电子科技论坛提供的一些相关资料，同时自己进行了适当的改进。

依据Proteus所绘制的原理图，我们在Autium Designer上绘制了AD版的原理图，如图3所示。

在生成PCB版图时，第一次使用的封
装为中国电子科技论坛提供的封装，但是由于该封装存在明显缺陷，即：焊盘太小，部分接口太接近等问题，然后我们将大量的元件更换至了由老师提供的封装，部分元件仍然使用原封装。

在将程序下载至单片机的过程中，我借用了同学购买的单片机开发板，使用了STC 公司提供的软件
四、系统调试与结果
在使用Proteus仿真阶段，我们就开始了程序编写的任务。

程序编写我们真的感觉是从0开始。

因为在编写程序过程中，我们并没有完成51系列单片机的C语言程序的学习、LCD1602等元器件理论性知识的学习。

编写程序时，参考了《C51单片机入门（第二版）》，《单片机原理与应用（第三版）》，以及部分网络资源。

使用的软件为Keil 第四版。

部分核心代码如下：
核心代码第一部分：反转法键盘扫描（参考了《C51单片机入门（第二版）》）
short keycheckdown() /* 反转法键盘扫描*/
{
short temp1,temp2,temp,a=0xff;
P1=0xf0; /* 输入行值（或列值）*/
LCD_Delay_ms(20); /* 延时*/
temp1=P1; /* 读列值（或行值）*/
P1=0xff;
LCD_Delay_ms(20); /* 延时*/
P1=0x0f; /* 输入列值（或行值）*/
LCD_Delay_ms(20); /* 延时*/
temp2=P1; /* 读行值（或列值）*/
P1=0xff;
temp=(temp1&0xf0)|(temp2&0xf); /* 将两次读入数据组合*/ switch(temp) /* 通过读入数据组合判断按键位置*/ {
case 0x77 :a=0x0d;break;// 按键/
case 0x7b :a=0x0e; break;// 按键=
case 0x7d :a=0; break;// 按键0
case 0x7e :a=0x0f; break;// 按键CE
case 0xb7 :a=0x0c;break;// 按键*
case 0xbb :a=0x9;break; // 按键9
case 0xbd :a=0x8;break; // 按键8
case 0xbe :a=0x7;break; // 按键7
case 0xd7 :a=0x0b;break;// 按键-
case 0xdb :a=0x6;break; // 按键6
case 0xdd :a=0x5;break; // 按键5
case 0xde :a=0x4;break; // 按键4
case 0xe7 :a=0x0a; break;// 按键+
case 0xeb :a=3;break; // 按键3
case 0xed :a=2;break; // 按键2
case 0xee :a=1;break; // 按键1
default :a=0xff;
}
return a; /* 返回按键值*/
}
核心代码第二部分：主函数
void main()
{
uchar key=0xff; //键值初始化
uchar n=0; //第1个数可以按1-4次uchar m=5; //第2个数可以按1-4次uchar x=0;
data_a=0; //前一个数
data_b=0; //后一个数
data_c=0; //结果
init_lcd(); //1602液晶初始化
display_a();
while(1)
{
key=keycheckdown(); /*动态扫描键盘，返回按键对应值，赋给j key=0到f */
if(0xff!=key) /*若返回值有效，进入内部处理程序*/
{
if(key<10)
{
if(n<4){data_a=data_a*10+key;m=5;display_a();}n++; //首先输入第一个数
if(m<4){data_b=data_b*10+key;n=5;display_b();}m++; //必须按了+-*/才能输入第二个数
}
else
{ switch(key) /*功能键选择*/
{
case 0xa:n=5;m=0;x=1;W_lcd(5,0,'+');break; //加/* + S=1 */ /* 数值转换函数*/
case 0xb:n=5;m=0;x=2;W_lcd(5,0,'-');break;
/* - S=2 *///减
case 0xc:n=5;m=0;x=3;W_lcd(5,0,'*');break;
/* * S=3 *///乘
case 0xd:n=5;m=0;x=4;W_lcd(5,0,'/');break; /* / S=4 *///除
case
0xe:n=5;m=5;eql(x);W_lcd(12,0,'=');display_c(x);break; /* = */
case 0xf:n=0;x=0;m=5;
data_a=0;data_b=0;data_c=0;LCD_Write_String(0,0,table);LCD_Write_String( 0,1,table);W_lcd(0,0,'0');break; /* C*/
}
}
do{P1=0xf0;}while(P1!=0xf0); /*等待按键松开*/
}//(0xff!=key)
}//while
}//main
经过Proteus仿真后，发现方案可行。

再进行实际制作。

实际制作过程中，由于电路板线路腐蚀过度，导致部分线路无法正常导通，以及在焊接的过程中，由于焊接操作不当，导致部分功能无法正常实现。

目前对于部分线路无法正常工作的临时解决方案是，补充导线走飞线或对这些线路补焊锡。

五、总结
这次制作过程中，虽然并未完美的完成任务，但是还是能收获到
很多心得：
一方面，本次设计有以下几点我做的比较正确。

1、我善于借助网络资源以及部分参考书。

通过自己对资料的寻求，能够较为便捷快速地找到自己需要的内容。

2、在真正执行设计前，我先使用了Proteus仿真，保证了设计的可执行性，避免资源浪费。

另一方面，此次设计有以下不足。

1、设计时并未首先使用老师提供的封装库，导致时间上无谓的浪费。

2、没有设计程序下载接口，属于此次设计时的重大失误，但通过开发板下载程序，暂缓性的解决了该问题。

3、对老师依赖程度过小，导致有些问题解决时绕了很多弯路。

图1 计算器设计的PCB图
图2 计算器的Proteus仿真效果图
图3 计算器的DXP原理图
附件：
1.设计计算器Proteus仿真文件。

2.设计计算器的C语言程序文件。

3.设计计算器的DXP原理图文件与封装图文件。