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1、 摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用。但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体的硬件扩展和软件设计，来加以完善单片机的功能。计算器是人们的日常生活中比较常用的电子产品之一。语音技术的进展给这种应用需要提供了一种有力的技术支持，逐渐被广大用户所接受，并广泛应用于各种需要语音响应的场合。本次设计的简易计算器系统,以MCS-51系列中的AT89C51单片机为核心，通过键盘输入，能够实现简单的加减乘除四则运算，并将结果于LCD1602液晶显示器显示。另外此系统扩展了语音的录放功能，能够根据用户喜好进行短时
2、录音和放音。硬件电路部分主要包括AT89C51单片机控制器模块、LCD1602液晶显示器模块、4*4矩阵式控制按键模块和语音播放模块等。然后通过Proteus对系统进行仿真，最后进行实物焊接与调试。仿真和调试结果表明该系统能够准确计算，响应时间较短，工作较稳定。关键词：AT89C51; LCD1602; ISD2560; 4*4矩阵式控制按键ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of science and technology, SCM applications are deepening. In real-time dete
3、ction and automatic control of microcomputer application system, the single chip microcomputer often as a core component to use. But only SCM knowledge is not enough, still should according to the specific hardware extension, and the software design, to improve the function of the microcontroller. C
4、alculator is more common in Peoples Daily life of one of the electronic products. Speech technology progress for this application needs to provide a powerful technical support, is gradually accepted by the masses of users, and are widely applied to various needs voice response. This simple calculato
5、r system, based on the AT89C51 MCS - 51 series microcontroller as the core, through keyboard input, the arithmetic to implement a simple addition, subtraction, multiplication, and division, and will result in the LCD1602 LCD display. In addition this system extends the voice recording function, can
6、according to users preferences for short time recording and playback. Hardware circuit part mainly consists of AT89C51 controller module, LCD1602 LCD module, 4 * 4 matrix module and voice broadcast module control buttons, etc. Then the system are simulated by Proteus, and finally carries on the real
7、 welding and debugging. The simulation and debugging results show that the system can accurately calculate, shorter response time, work more stable. Keywords:AT89C51; LCD1602; ISD2560; 4 * 4 matrix control buttons II目录1 绪论11.1 系统开发背景11.2 系统开发意义11.3 设计主要内容12 系统方案总体设计32.1简易计算器的功能介绍32.1.1 基本功能32.1.2 扩展
8、功能32.2 方案论证与比较32.2.1 控制器部分设计方案论证与选择32.2.2 显示电路部分设计方案论证与选择42.2.3 键盘设计方案与选择52.3 系统组成63 硬件电路设计83.1 主控芯片选型及分析83.2 复位电路103.3 时钟电路113.4 显示电路113.5 语音电路123.6 按键电路174 软件设计194.1 AT89C51单片机中断允许控制194.2 LCD1602控制194.2.1 LCD1602字符发生存储器（CGROM）204.2.2 LCD1602显示数据寄存器（DDRAM）214.3 计算器软件设计224.3.1 系统总流程图234.3.2 算术运算程序设计
9、234.3.3 按键程序设计244.3.4 显示程序设计244.3.5 错误处理及提示程序设计254.4 语音播报软件设计254.4.1 分段录放音264.4.2 程序流程图264.5 软件仿真与实物调试294.5.1 KEIL uVision调试294.5.2 四则运算、除数为0和数值溢出仿真演示：334.5.3 实物调试345 结论与展望35致谢36参考文献37附录38电路整体原理图38计算器源程序39语音播报源程序50ii1 绪论1.1 系统开发背景 随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步的提高，尤其是微电子技的术的发展，犹如雨后春笋的变化。计算器在人们的日常中视比较常见的电子
10、产品之一，如何将常见的计算器技术更加成熟，充分利用已有的软件和硬件条件，设计出更加出色的计算器，使其更好的为各行业服务，成了如今电子领域重要的研究课题。1.2 系统开发意义人们的日常生活中已经离不开计算器了，社会的各个角落几乎都充斥着它的身影，比如各类商店，超市和办公场所等等。因此设计一款方便实用的计算器有很大的实际意义。我们常见的计算器一般只有计算功能，和简单的语音跟踪，并不能根据用户自身喜好进行录音。本设计正是出于此种创意，制作的计算器不仅能完成基本计算功能，而且还融入了语音系统于其中。即是说此计算器除能够完成一般计算功能和语音跟踪之外，还可以根据用户喜好自定义一段录音，然后播放出来。这种
11、根据自己喜好录放音的计算器将会受到大家的喜欢。1.3 设计主要内容随着嵌入式系统（以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统）的快速发展，单片机本着它简单，功能强大，易于设计等优点被设计者广泛使用。本设计使用单片机作为中央控制器件，另附计算系统与语音系统为扩展完成。第一章为设计的背景、意义介绍，简明扼要的阐述设计的目的和成果。第二章为系统方案设计，主要从设计的功能，方案的确定及选择原因和系统组成来介绍。第三章为主要芯片介绍，详细阐述了芯片的内部结构和引脚分布。第四章为设计的核心，即硬件电路设计。此章将硬件电路分为若干
12、模块，分别介绍了各模块的硬件设计电路。第五章为软件设计，主要介绍了语言的选择，控制字的确定，流程图和最后的仿真与调试。通过这几章的介绍，完成简易计算器的设计。2 系统方案总体设计2.1简易计算器的功能介绍2.1.1 基本功能根据所学知识，自行设计一个计算器，要求该计算器能够实现加减乘除四则混合运算，能够实现连续计算。2.1.2 扩展功能（1）该计算器可显示负数。（2）该计算器带有语音播报系统，可自定义录、放音。（3）该计算器能够进行错误提示和数据溢出提示。2.2 方案论证与比较2.2.1 控制器部分设计方案论证与选择根据设计要求，控制器主要用于数据的接收和发送、数据的运算和控制液晶屏显示等。针
13、对这些，对于控制器的选择有以下三种方案。方案一：采用计算器专用芯片实现。用计算器专用芯片进行设计并编程实现。这种设计方案计算效率高、速度快、而且成本也相对较低，是厂家做计算器的最佳方案。但是计算器专用芯片的使用最主要是规范和专业，适用于复杂领域计算。现设计的计算器只需完成基本计算功能和语音模块扩展，并且由于专用芯片的使用繁琐复杂，价格昂贵，所以这个方案不可取。方案二：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA将所有器件集成到一块芯片上，体积小，节省空间，直接面向用户，使用方便，硬件测试和实现方便快捷，开发效率高，工作可靠性好。可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，采用并行的
14、输入输出方式，系统处理速度高，适合作为大规模实时系统的控制核心。由于本设计对数据处理速度的要求不是很高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现。又由于其集成度高，成本偏高。而且其芯片的引脚较多，实物电路板布线复杂，加重了电路的实际焊接的工作。这样一来FPGA的性价比太低，所以这个方案不考虑。方案三：用单片机实现。由于单片机集成了运算器电路、控制电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等，所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。而且单片机是可编程芯片，可以运用C语言编写，对于一些复杂的计算功能，它可以调用C语言库函数，使编程工作变得非常简单。所以该课题用单片机实现，不仅功
15、能易于实现，而且精确度高，稳定性好，抗干扰能力强。并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小，技术比较成熟，性价比也相当高。更重要的是本人经过四年的学习，对单片机已有深刻的理解，使用起来更加方便灵活。综上所述，通过各个方面综合比较，为达到最佳效果，我们采用方案三用单片机来设计此控制器。2.2.2 显示电路部分设计方案论证与选择方案一：数码管显示方案。使用两个四位一体动态数码管显示，具有程序简单，对外界环境要求低，易于维护，精确可靠，操作简单，显示直观的特点。但由于数码管只能显示数字和代码，不能显示汉字及常用符号等，所以此方案不考虑。方案二:采用LCD1602型液晶显示。（一）基本显示特性1、+5V电压，对比可调度；2、内含复位电路；3、提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；4、有80字节显示数据存储器DDRAM；5、内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM；6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。（二）接口定义LCD1602接口定义如表2-1所示表2-1 接口定义图引脚号引脚名电平输入/输出作用12345678
