智能計(jì)算器；52單片機(jī)；控制器；軟硬件調(diào)試

摘要對(duì)于早期的計(jì)算工具來說，主要是由中國發(fā)明的最早的計(jì)算工具叫籌策，也被叫做算籌。這是通過竹子以及樹谷來制作的一種可隨身攜帶的計(jì)算工具。后來中國古代發(fā)明了算盤。在計(jì)算領(lǐng)域這都是非常偉大的發(fā)明。而如今設(shè)計(jì)的電子計(jì)算器則是能夠更加方便地滿足人們的計(jì)算需求。本文主要完成的就是智能計(jì)算器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文主要實(shí)現(xiàn)了智能計(jì)算器的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算器能夠通過語音交互的方式以及手動(dòng)輸入的方式兩種方式來進(jìn)行計(jì)算操作，在手動(dòng)輸入時(shí)可以普通計(jì)算器相當(dāng)，當(dāng)時(shí)用語音智能識(shí)別的時(shí)候，便可以通過語音芯片識(shí)別人的命令，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的操作。能夠更加方便的操作計(jì)算器。本文在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先給出了智能計(jì)算器的方案設(shè)計(jì)以及再發(fā)設(shè)計(jì)中的主要方案選型。并分別給出了幾種不同的硬件優(yōu)缺點(diǎn)，然后在智能計(jì)算器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，給出了單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)以及語音識(shí)別模塊電路的設(shè)計(jì)。然后在因?yàn)樵O(shè)計(jì)中主要給出了矩陣鍵盤的設(shè)計(jì)原理。然后在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中給出了各個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)流程圖以及主程序流程圖。并在最后利用Proteus軟件進(jìn)行仿真。較好的達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。關(guān)鍵詞：智能計(jì)算器；52單片機(jī)；控制器；軟硬件調(diào)試AbstractFortheearlycomputingtools,theearliestcomputingtoolinventedmainlybyChinaiscalled"chip",alsocalled"chip".Thisisaportablecomputingtoolmadefrombambooandtreevalley.Later,theabacuswasinventedinancientChina.It'sagreatinventionincomputing.Nowtheelectroniccalculatorisdesignedtomeetpeople'scomputingneedsmoreeasily.Thispapermainlycompletesthedesignofintelligentcalculatorcontrolsystem.Thispapermainlyrealizesthedesignofthecontrolsystemoftheintelligentcalculator.Thecalculatordesignedinthissystemcanbeoperatedintwoways:voiceinteractionandmanualinput.Whenitisinputmanually,itcanbeequivalenttoacommoncalculator.Whenitisusedforvoiceintelligentrecognition,itcanrecognizepeople'scommandsthroughvoicechip,soastorealizetheoperationofthecalculator.Canoperatecalculatormoreconveniently.Inthesystemdesign,thispaperfirstgivestheschemedesignoftheintelligentcalculatorandthemainschemeselectionintheredesign.Then,inthehardwaredesignoftheintelligentcalculatorcontrolsystem,thedesignoftheminimumsystemcircuitandthedesignofthespeechrecognitionmodulecircuitaregiven.Thenthedesignprincipleofmatrixkeyboardisgiveninthedesign.Theninthesoftwaredesignofthesystem,thedesignflowchartofeachsubmoduleandthemainprogramflowchartaregiven.Atlast,ProteusSoftwareisusedforsimulation.Betterachievethepurposeofthedesign.Keywords:intelligentcalculator;52singlechipmicrocomputer;controller;softwareandhardwaredebugging目錄目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IAbstract II第1章緒論 51.1課題背景 51.2論文主要工作 51.3本章總結(jié) 6第2章智能計(jì)算器控制器方案設(shè)計(jì) 72.1系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 72.2系統(tǒng)方案選型 82.2.1主控芯片的選擇 82.2.2顯示器件方案的選擇 92.3本章小結(jié) 10第3章智能計(jì)算器控制器硬件設(shè)計(jì) 113.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 113.1.1單片機(jī)芯片 113.1.2電源供電電路 133.1.3單片機(jī)晶振電路 143.1.4單片機(jī)復(fù)位電路 143.2語音識(shí)別電路設(shè)計(jì) 153.2.1LD3320語音芯片介紹 153.2.2LD3320硬件電路圖及本設(shè)計(jì)電路圖 163.3矩陣鍵盤模塊電路 173.4液晶顯示模塊 183.4.1LCD1602的概述 183.4.2LCD1602的工作原理與電路 183.5本章小結(jié) 20第4章智能計(jì)算器控制器軟件設(shè)計(jì)部分 214.1系統(tǒng)主流程圖 214.2按鍵掃描程序 224.3本章小結(jié) 235.1系統(tǒng)調(diào)試 245.2系統(tǒng)程序調(diào)試 245.3軟硬件調(diào)試 245.4Proteus仿真 255.5本章小結(jié) 26第6章總結(jié) 27致謝 錯(cuò)誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄1：譯文 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄2：參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄3：硬件清單 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄4：部分程序 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄5：實(shí)物圖 錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章緒論1.1課題背景 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平也不斷在提升，尤其是隨著一些微處理器技術(shù)的發(fā)展。許多電子產(chǎn)品逐漸走進(jìn)人們的生活，一些電子產(chǎn)品的應(yīng)用是非常廣泛的，比如計(jì)算器就是這樣的一種電子產(chǎn)品。在人們的生活中，人們經(jīng)常會(huì)用到計(jì)算器設(shè)備，比如在商店計(jì)算買賣的，然后在辦公室中也會(huì)計(jì)算一些常用的數(shù)據(jù)，在學(xué)校中更是用的非常多。而計(jì)算器的計(jì)算速度相比于人工來說是非?？斓?。所以設(shè)計(jì)一款新型計(jì)算器是對(duì)人們生活中有非常高的實(shí)用意義。在設(shè)計(jì)這款智能計(jì)算器的時(shí)候，是采用STC公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的經(jīng)典單片機(jī)STC89c52單片機(jī)。這種單片機(jī)的功耗是非常低的，而且內(nèi)核電壓也較低。所以在一些對(duì)能耗要求高和對(duì)價(jià)格要求比較低的產(chǎn)品中，用的到本單片本系統(tǒng)所采用的單片機(jī)內(nèi)核電壓是很低的，在正常工作的時(shí)候，一般也只有1.8V，最高達(dá)到3.6V。而這些單片機(jī)輸出的電流就更小了，一般情況下只有幾百個(gè)微安級(jí)別。但是這種單片機(jī)它的擴(kuò)展能力是很強(qiáng)的，這種單片機(jī)的內(nèi)部具有一些專門用于擴(kuò)展功能的管教，比如串行輸入輸出關(guān)掉?；蛘呤强偩€管腳，在一些電子產(chǎn)品和其他的，部件設(shè)計(jì)過程中都可以用到這種單片機(jī)，而且這種單片機(jī)的性價(jià)比是很高的。單片機(jī)為了提升它的運(yùn)行效率。使用的是RISC流水線以及DSP技術(shù)，而且單片機(jī)的尋址能力也很強(qiáng)，已經(jīng)能夠達(dá)到64KB的尋址空間。有的單片機(jī)甚至能夠達(dá)到1MB和16MB的存儲(chǔ)空間。1.2論文主要工作1、在本文的初期，主要完成的一些單片機(jī)應(yīng)用方面的介紹，以及人們對(duì)利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，并給出了本系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容。2、在本設(shè)計(jì)的下一個(gè)部分，就是智能計(jì)算器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的分析部分，也就是將本設(shè)計(jì)的整體的方案進(jìn)行了闡述。3、在本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，闡述了本系統(tǒng)所涉及到的各個(gè)模塊的硬件的電路，比如單片機(jī)的供電電路，單片機(jī)的復(fù)位電路，按鍵電路，語音識(shí)別電路部分等設(shè)計(jì)。4、在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分，首先對(duì)本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的軟件部分，進(jìn)行了設(shè)計(jì)原理的分析，并給出了各個(gè)子模塊的介紹與分析，比如矩陣按鍵模塊以及沿識(shí)別模塊的軟件設(shè)計(jì)都是非常重要的。5、本部分將上述的軟件設(shè)計(jì)以及硬件設(shè)計(jì)部分進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試，按照調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試步驟，完成了系統(tǒng)的整體調(diào)試。1.3本章總結(jié)本章主要進(jìn)行的就是介紹了智能計(jì)算器屏的設(shè)計(jì)背景，以及利用單片機(jī)進(jìn)行智能計(jì)算器設(shè)計(jì)的主要思路。并逐漸分析了本文所采用的STC89C52單片機(jī)的主要優(yōu)勢，以及其應(yīng)用在不同的電子產(chǎn)品中的應(yīng)用情況。然后在本章的下一部分闡述了本文主要進(jìn)行的，比如進(jìn)行了系統(tǒng)的方案以及系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試的設(shè)計(jì)。

第2章智能計(jì)算器控制器方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)功能概述本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能計(jì)算器的語音識(shí)別，語音輸入等功能，并且配備有單片機(jī)最小系統(tǒng)電路。矩陣按鍵模塊可以手動(dòng)將所需要的信息輸入其中，然后計(jì)算結(jié)果在LCD1602液晶屏上顯示。2、具體實(shí)現(xiàn)方式設(shè)計(jì)選擇的單片機(jī)型號(hào)為STC89C52，本設(shè)計(jì)的語音識(shí)別芯片為LD3320，該語音識(shí)別芯片能夠?qū)⒄Z音命令轉(zhuǎn)化為能夠識(shí)別的文字，在單片機(jī)中進(jìn)行理，識(shí)別到命令之后便可以繼續(xù)進(jìn)行下一步控制，比如加減乘除等操作。在手動(dòng)輸入情況下能夠手動(dòng)的將數(shù)字信息以及加減乘除的，通過矩陣按鍵的方式輸入到單片機(jī)中。并能夠正確地計(jì)算出結(jié)果。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)原理框圖如下；圖2-1系統(tǒng)原理框圖

LD3320語音芯片的識(shí)別原理：圖2-2LD3320語音芯片識(shí)別原理2.2系統(tǒng)方案選型2.2.1主控芯片的選擇方案一：主控芯片選為STC89C52，而所謂單片機(jī)也就是一種微型計(jì)算機(jī)具有計(jì)算機(jī)的許多功能，也就是將計(jì)算機(jī)的一功能進(jìn)行簡化集成到一個(gè)芯片中，所以能夠做到高度集成體積很小。這種單片機(jī)是一種八位的單片機(jī)。不僅能夠支持在線編程。即便在編程過程中程序出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤，也可以直接修改編譯，下載到單片機(jī)中直接運(yùn)行。所以這種單片機(jī)它的性能是很高的。并且使用的51內(nèi)核來進(jìn)行編程。將簡化后的計(jì)算機(jī)的功能，集成化之后，單片機(jī)便不只是擁有了中CPU，而且還擁有了一些隨機(jī)存儲(chǔ)器ram。并且具有只讀存儲(chǔ)器ROM，內(nèi)部還兼容中斷系統(tǒng)和定時(shí)等一些功能。并且有許多種輸入輸出口可以進(jìn)行使用。以上這些主要的硬件就構(gòu)成了一個(gè)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。而且隨著超大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展和完善，使得MCU體積變得越來越小。這樣小型化的單不僅能夠完成一定的邏輯運(yùn)算，還可以進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算。而且微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也越來越快，在單片機(jī)剛問候，其運(yùn)行速度只有兩兆赫茲，隨著單片機(jī)運(yùn)行速度的不斷提升，單片機(jī)的性能變得越來越優(yōu)越。如今單片機(jī)的運(yùn)行速度已經(jīng)達(dá)到了12Mhz，而32位寬的單片機(jī)，運(yùn)行速度更是達(dá)到了72MHZ。如今，單片機(jī)在開發(fā)的時(shí)候變得非常，不僅能夠有在線編程軟件，編程之后便可以直接燒寫到單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)行而在單片機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，如果發(fā)生突發(fā)事件的時(shí)候，單片機(jī)便立即終止當(dāng)前的運(yùn)行，跳入到中斷服務(wù)程序中進(jìn)行中干處理。正是依靠著單片機(jī)控制靈活，體積較小而且價(jià)格也非常便宜等諸多優(yōu)勢，單片機(jī)才逐漸在消費(fèi)電子異軍突起，成為了許多電子設(shè)備中的主要控制器。比如在一些小型化的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，都會(huì)用到這種單片機(jī)來進(jìn)行控制。方案二：采用MSP430作為本設(shè)計(jì)的主要處理器，這種單片機(jī)的指令集是于八位單片機(jī)的指令集不同的。這種單片機(jī)主要采用的是一種精簡指令集。它主要的應(yīng)用范圍是在一些智能儀表設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)檫@種單片機(jī)最大的特點(diǎn)就是能夠處理模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)，Msp430單片機(jī)能夠?qū)⒛M信號(hào)較好的轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，因?yàn)檫@種單片機(jī)內(nèi)部具有復(fù)雜的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，所以在一些特定條件下，比如需要進(jìn)行精準(zhǔn)測量的儀表設(shè)備的研制過程中，都會(huì)用到這種復(fù)雜的單片機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。可以用在智能儀智能化設(shè)計(jì)過程中，而本設(shè)計(jì)處理的是數(shù)字信號(hào)，并不需要模擬信號(hào)的處理。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅需要考慮硬件資源，還需要考慮其主要的開發(fā)成本和資源的應(yīng)用情況。本設(shè)計(jì)在開發(fā)中屬于低成本的小成本設(shè)計(jì)，主要采用的就是對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理和控制，所以本系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)作為主控設(shè)備。2.2.2顯示器件方案的選擇方案一：利用數(shù)碼管作為系統(tǒng)的顯示設(shè)備，數(shù)碼管通過一定的拼湊組合和行列的變換，能夠達(dá)到較好的顯示效，不僅能夠顯示一些字母，還可以顯示不同的數(shù)字以及一些特殊的字符。如果有16x16的數(shù)碼管能夠直接漢字，所以利用數(shù)碼管來進(jìn)行顯示是一些小成本的設(shè)計(jì)過程中所采用的主要的顯示方式。但是這種方式，是有一劣勢的。比如說數(shù)碼管比較容易浪費(fèi)輸入輸出資源，而對(duì)于一般的51單片機(jī)來說，輸入輸出資源是非常寶貴的。一個(gè)輸入輸出口只能控制一個(gè)數(shù)碼管，所以是有一定的浪費(fèi)資源的，還有一個(gè)缺點(diǎn)就是數(shù)碼管需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，所以一般情況下，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的時(shí)候都需要設(shè)計(jì)一定的電流驅(qū)動(dòng)電路，因?yàn)?1單片機(jī)的輸出口的電流驅(qū)動(dòng)能力是非常有限的，所以都需要單獨(dú)設(shè)計(jì)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。這也使得電路的復(fù)雜性增加，同時(shí)，不確定性增加。方案二：采用液晶進(jìn)行顯示，液晶的種類是非常多的。但是液晶的顯示原理是相同的，在進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)的過程中，常用的液晶有LCD12864或者LCD1602。這里的1602就是，液在顯示的過程中顯示的最大容量，也就是說能夠正常的顯示16行兩列的數(shù)據(jù)量。這個(gè)數(shù)據(jù)量能夠顯示32個(gè)字符。而12864就是能夠顯示128行64列的字符。這對(duì)于一些常見功能夠顯示出。液晶的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是非常簡單的，能夠利用并行傳輸。就是直接將液晶的數(shù)據(jù)口連接到單片機(jī)中進(jìn)行并行數(shù)據(jù)傳輸，也可以利用串行傳輸并行傳輸，串行傳輸就是通過單位數(shù)據(jù)來傳送液晶的待顯示字符。而控制方式也非常簡單。所以在一般設(shè)計(jì)中采用液晶來進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3本章小結(jié)本章本章主要就是的智能計(jì)算器控制器的方案設(shè)計(jì)。在本章闡述方案設(shè)計(jì)的過程中，首先闡述了系統(tǒng)的整體方案，也就是利用單片機(jī)來控制智能計(jì)算器的語音輸入以及手動(dòng)輸入控制。并介紹了智能計(jì)算器點(diǎn)顯示原理。然后根據(jù)系統(tǒng)的方案分析了不同的單片機(jī)的特殊性能。并分析液晶和數(shù)碼管分別的顯示的特點(diǎn)。然后確定了LCD1602液晶作為智能計(jì)算器控制器的主要顯示設(shè)備。

第3章智能計(jì)算器控制器硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1單片機(jī)芯片STC89C52單片機(jī)。有兩種封裝形式，一種是40腳的PDIP，還有一種是44腳的PLCC，本設(shè)計(jì)是采用40個(gè)引腳的直插式的封裝形式來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。種封裝形式對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說是具有一定優(yōu)勢的。比如說可以通過焊接插座的方式。使得單片機(jī)能夠有一定的保護(hù)能力，而不至于損壞。而且在焊接的時(shí)可以方便地更換。STC89c52單片機(jī)是40個(gè)引腳，能夠使用的引腳是32個(gè)，分別有P0-P3，這些單片機(jī)的引腳可以做總線的方式來控制，還可以單獨(dú)對(duì)某一個(gè)位置進(jìn)行控制，51系列的單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)成都是非常類似的。這些單片機(jī)的集成度都很高。將中央處理器CPU，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，中斷定時(shí)器，輸入輸出等都集成在了一起。下面分別對(duì)這種單片機(jī)的四路引腳進(jìn)行介紹。每一路引腳有八位，從P0.0-P0.7為P0路的8位。STC89C52單片機(jī)引腳功能如下。表3-1STC89C52單片機(jī)引腳功能對(duì)照表引腳引腳名稱對(duì)應(yīng)功能與作用1~8引腳P1.0~P1.7（P1）P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。9引腳RST復(fù)位輸入引腳，在振蕩器復(fù)位是需保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。10-17引腳P3.0~P3.7（P3）P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口作為51單片機(jī)的一些特殊功能口，管腳備選功能18引腳XTAL2內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入、反向振蕩放大器的輸入口19引腳XTAL1反向振蕩器的輸出20引腳GND單片機(jī)電源地21~28引腳P2.0~P2.7（P2）P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。29引腳PSEN改引腳為外部程序存儲(chǔ)器的一個(gè)選通信號(hào)口。平時(shí)一般沒有使用到。30引腳ALE本設(shè)計(jì)沒有使用到不做解釋31引腳EA/VPP我們設(shè)計(jì)中直接該引腳截至VCC讓其處于一直高電平的狀態(tài)。讓其工作在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。32~39引腳P0.7~0.0（P0）P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。40引腳VCC單片機(jī)電源4.5~5.5V正極圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.2電源供電電路本系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)部分，考慮到所采用的單片機(jī)為5V供電的單片機(jī)，所以直接將外部電源連接到圓形接頭上。對(duì)整個(gè)板子進(jìn)行供電，包括單片機(jī)的VCC端以及8x8點(diǎn)陣所消耗的電能也是通過供電接口來完成的。圖3-2電源供電電路3.1.3單片機(jī)晶振電路單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路中，其中最主要的就是晶振電路，因?yàn)閱纹瑱C(jī)在正常工作的時(shí)候，所需要每按照一定的時(shí)鐘周期來進(jìn)行工作。這個(gè)基準(zhǔn)就是晶振電路所產(chǎn)生的。比如，讀入某一個(gè)指令需要一個(gè)機(jī)器周期來完成。那么這里的一個(gè)機(jī)器周期所消耗的時(shí)間，就是可以通過晶振的頻率來計(jì)算得到。本設(shè)計(jì)采用12M無源晶振來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的晶振電路。在晶振的輸出兩端分別連到了兩個(gè)30PF的電容。這兩個(gè)引腳的電容一端接地，一端連到晶振的輸出，并連接到單片機(jī)的x1，x2兩個(gè)引腳上。這兩個(gè)電容的主要作用就是晶振經(jīng)過濾波之后，輸出更加干凈，使得晶振工作更加穩(wěn)定。對(duì)單片機(jī)來說也是一個(gè)穩(wěn)定的因素。圖3-3單片機(jī)晶振電路3.1.4單片機(jī)復(fù)位電路一般情況下單片機(jī)在正常工作的時(shí)候，除了需要晶振電路來滿足一定的條件之外，一般還需要復(fù)位電路來非電路也是單片機(jī)最小系統(tǒng)中非常重要的基本電路構(gòu)成。一般來說單片機(jī)的復(fù)位有兩種。一種是上電復(fù)位，也就是說，單片機(jī)上電之后會(huì)進(jìn)行一次自動(dòng)的復(fù)位工作，還有一種是按鍵復(fù)位，就是人為的進(jìn)行復(fù)位操作。如果單片程序跑飛的情況下，或者是進(jìn)入到不定的狀態(tài)的時(shí)候，便可以通過按鍵復(fù)位來使得程序恢復(fù)到正常的狀態(tài)下。下圖就是按鍵復(fù)位的電路圖，在按鍵的時(shí)候，電容C1是充電的。當(dāng)發(fā)生復(fù)位事件的時(shí)候，單片機(jī)的RST引腳開始拉高。需要持續(xù)10ms的時(shí)間。才能夠準(zhǔn)確的完成復(fù)位，這里持續(xù)的時(shí)間便依靠電容C1來完成。C1在復(fù)位的時(shí)候會(huì)進(jìn)行充電，當(dāng)復(fù)位按鍵。彈開的時(shí)候C1開始放電。10uF的電容一般放電至少需要20ms以上。所以足夠完每次的復(fù)位工作。那么RST引腳持續(xù)拉高10ms以上便能夠完成穩(wěn)定的復(fù)位工作。圖3-4單片機(jī)復(fù)位電路3.2語音識(shí)別電路設(shè)計(jì)3.2.1LD3320語音芯片介紹LD3320語音識(shí)別芯片是由ICRoute公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)的。這個(gè)語音芯片能夠進(jìn)行語音的輸入，利用咪頭等設(shè)備將云信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)中。然后在模塊中做出ad，da轉(zhuǎn)換,將轉(zhuǎn)換后的信息輸出出來，通過串口的方式與主控進(jìn)行交互。而且這種云芯片的識(shí)別命令是可以在線編輯的，比如能夠識(shí)別普通話以及部分方言。并且不需要外部的存儲(chǔ)器。此芯片模塊自帶Flash存儲(chǔ)。直接可以用在電子產(chǎn)品中進(jìn)行人機(jī)交互。3.2.2LD3320硬件電路圖及本設(shè)計(jì)電路圖圖3-5LD3320引腳圖圖3-6LD3320電路圖3.3矩陣鍵盤模塊電路矩陣按鍵是將4x4的矩陣鍵盤按照行和列連接的方式來進(jìn)行控制。鍵盤主要在行和列的交叉點(diǎn)上。通過先控制行電平，再控制列電平可以控制該行列交叉點(diǎn)上的電平高低。它的外觀和引腳如圖2.4所示。圖3-7矩陣按鍵電路3.4液晶顯示模塊3.4.1LCD1602的概述液晶在控制系統(tǒng)中應(yīng)用是非常廣泛的，LCD1602液晶不僅能夠顯示數(shù)字、字母，還可以顯示一些特殊的字符，而液晶中顯示的字符都是點(diǎn)陣的方式來產(chǎn)生的，而這種液晶內(nèi)部的控制器為HD44780，這種控制器的控制結(jié)構(gòu)比較簡單，這些引腳的電平能夠支持單片機(jī)的3.3V邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)既能夠并行傳輸數(shù)據(jù)到液晶中，還可以以串行的方式傳輸數(shù)據(jù)到液晶中。LCD1602液晶實(shí)物如下：圖3-8LCD1602液晶實(shí)物圖3.4.2LCD1602的工作原理與電路LCD1602液晶的控制引腳直接與單片機(jī)的某些相連，單片機(jī)能夠直接發(fā)送一定的控制信息，也就是對(duì)應(yīng)于液晶的控制命令，來實(shí)現(xiàn)液晶的操作，比如利用控制指定引腳來實(shí)現(xiàn)清屏，那么液晶就可以完成清屏操作，而LCD液晶是能夠支持建立自身的字符庫的，能夠調(diào)用其自身的字符庫來實(shí)現(xiàn)字符的顯示操作。而液晶的讀寫操作，也就是需要單片機(jī)的引腳連接到液晶的RS引腳，或者RW引腳，E引腳等，通過控制這些引腳的高低電平時(shí)間，來實(shí)現(xiàn)液晶的讀操作或?qū)懖僮?。?-2LCD1602操作指令對(duì)應(yīng)的引腳電平讀狀態(tài)寫指令讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=L，R/W=H，E=HRS=L，R/W=L，D0-D7=指令碼，E=高脈沖RS=H，R/W=H，E=HRS=H，R/W=L，D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出D0-D7=狀態(tài)無D0-D7=數(shù)據(jù)無LCD1602液晶的讀寫時(shí)序圖如下所示：圖3-9LCD1602讀操作時(shí)序圖圖3-14LCD1602寫操作時(shí)序圖液晶的連接引腳如下所示，D0-D7這8bit數(shù)據(jù)是液晶數(shù)據(jù)傳輸引腳，能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭壕е?，而下圖中的滑動(dòng)變阻器能夠?qū)崿F(xiàn)液晶清晰度的調(diào)節(jié)，液晶的供電方式是5V供電，能夠直接與單片機(jī)的供電方式連接，單片機(jī)的的GND與液晶的GND需要共地，系統(tǒng)才可以順利的工作。具體的連接引腳如下所示：

圖3-10液晶驅(qū)動(dòng)電路3.5本章小結(jié)本章主要完成了智能計(jì)算器的硬件設(shè)計(jì)部分，首先給出了單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在最小系統(tǒng)中，給出了芯片的選擇，以及最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，比如單片機(jī)的晶振電路，單片機(jī)的復(fù)位電路，并分別在各個(gè)電路中進(jìn)行了分析，并給出了語音識(shí)別電路，矩陣鍵盤電路，液晶顯示模塊。

第4章智能計(jì)算器控制器軟件設(shè)計(jì)部分4.1系統(tǒng)主流程圖在系統(tǒng)初始化階段主要進(jìn)行單片機(jī)以及l(fā)cd液晶屏的初始化顯示工作，然后就是等待語音輸入或者是鍵盤輸入，當(dāng)有語音輸入的時(shí)候便開始讀取語音命令。然后按鍵輸入的時(shí)候開始讀取各個(gè)按鍵的功能，比如是否輸入數(shù)字鍵清零鍵以及功能鍵。單片機(jī)在進(jìn)行初始化的時(shí)候，主要完是定時(shí)器的初始化以及LCD液晶顯示屏數(shù)據(jù)初始化。單片機(jī)的主要完成的是中斷以及相關(guān)定方面的初始化工作。在中斷服務(wù)程序中，一旦按鍵有按鍵按下或者是有語音輸入的時(shí)候，便可以直接進(jìn)入到單片機(jī)的中斷服務(wù)程序中，在中斷服務(wù)程序中來進(jìn)行處理。比如將語音識(shí)別到的，然后根據(jù)識(shí)別到的命令來進(jìn)行操作，比如數(shù)字鍵。加減乘鍵，或者是按輸入。也可以進(jìn)入中斷服務(wù)程序中。在中斷進(jìn)行判斷按鍵的數(shù)字，以及是否是某一個(gè)功能。然后計(jì)算的結(jié)果輸出到LCD液晶顯示屏中。

開始開始初始化參數(shù)初始化LCD顯示按鍵/語音輸入入？按鍵/語音讀取LCD顯示數(shù)字鍵清零鍵功能鍵狀態(tài)清零輸入數(shù)值數(shù)值送顯示緩沖YN根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果結(jié)果送顯示緩沖本次功能鍵圖4-1主程序流程圖4.2按鍵掃描程序本系統(tǒng)中，矩陣按鍵設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先應(yīng)該設(shè)計(jì)好去抖動(dòng)，不管是單個(gè)按鍵程序，還是矩陣鍵盤程序，都需要完成去抖動(dòng)程序，矩陣按鍵最大的特點(diǎn)就是，每次按鍵之后，都需要計(jì)算按鍵的數(shù)值。按鍵按下之進(jìn)入中端，然后關(guān)閉中斷。等待下次中斷的發(fā)生，然后需要進(jìn)行20毫秒的去抖動(dòng)延時(shí)。圖4-2智能計(jì)算器按鍵程4.3本章小結(jié)本章是本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。在軟件設(shè)計(jì)中給出了主程序流程圖。也就是本系統(tǒng)的主要的設(shè)計(jì)思路，然后給出了按鍵掃描程序的流程圖。在軟件設(shè)計(jì)中，以主程序和子程序這種設(shè)計(jì)思路進(jìn)行完成設(shè)計(jì)，在主程序中主要依靠調(diào)用各個(gè)子程序模塊。各個(gè)子程序利用模塊封裝的思想，將各個(gè)功能模塊封裝成函數(shù)，以供主程序來調(diào)用。

第5章智能計(jì)算器控制器軟硬件調(diào)試5.1系統(tǒng)調(diào)試一般情況下板子焊接之后需要不斷地整個(gè)板子上的芯片，以及電阻電容等器件是否有虛焊情況的發(fā)生。這種情況不容易發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候需要借助于萬用表來進(jìn)行檢查，還有就是要檢查板子發(fā)生短路。芯片的管腳正負(fù)極