基于单片机的多功能计算器的设计与实现电气工程自动化

彭棣

摘 要：随着我国科学技术的发展，信息化和自动化开始在我国各种行业中广泛应用。文章是基于单片机进行计算器和电气工程自动化的基础技术，为实现经济的快速发展和我国各行业的繁荣稳定做出贡献。

关键词：单片机；计算器；电气工程；自动化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.168

0 引言

电子产品的更新的同时影响了单片机的发展进程，在日常生活中，单片机的应用非常广泛，工业控制系统、家用电器、通信领域、ABS系统等等。计算器也人们日常生活中常常使用的工具之一，同时也是电气工程必备的部件，因此相关部门需要为单片机在计算器上的应用开发新型设计方案，并为电气工程自动化的发展提供理论依据。

1 单片机的多功能计算器的设计

单片机计算器的设计过程一般分为三个部分，键盘模块的电路设计、显示模块的设计、控制核心的设计。编程软件的程序也是有三部分构成，主程序、按键程序、显示程序，在计算器的基本运算系统完成后在进行外围电路的扩展，这样设计出来的单片机多功能计算器不仅能实现加减乘除的运算过程，还能实现温度的测量和时钟的显示。

1.1 控制系统的设计

控制系统是计算器的核心控制器，一般由单片机的集成电路作为主体，协同扩展外围端口电路共同构成，实现编程系统对计算器的控制和设计。单片机在进行控制系统的功能上具备着耗能小、体积小、价格低、质量轻的优势、并且还比较容易扩容和并联外接系统，在计算器的运算过程和其他功能的反应速率上都有比PLC系统具备一定优势，也被各大工程广泛应用。因此在计算器的控制系统上可以选择单片机作为主要控制芯片，在经过外围电路的扩展来实现多功能计算器的设计要求。单片机实现多功能的设计理念是依据大循环和小循环的嵌套程序模块，将大循环功能键下达的命令通过小循环的外接电路来实现，并通过具体的端口接入完成计算器多功能的操作模式。

1.2 功能模块的设计

计算部分的电路由矩阵键盘电路和显示电路两部分组成，矩阵按键包括数字键、符号键、复位键、清零件总计十六个按键组成。首先在电路通电之后进行屏幕清零，再通过LCD程序输入规定按键对应的指令，包括数字和符号，在进行运算键的输入时，计算器内部需要进行数值转换和记忆，因此再一次进行数字符号键入的时候就能检验计算功能的键盘是否正确了。利用矩阵键盘的原因也是因为按键经常使用的缘故，独立式键盘会形成电路的交叉易发生操作失误，因此使用矩阵键盘可以提高单片机的接口利用率，保障运算时的稳定。计算器的显示系统一般采用液晶显示屏，单片机的计算器也不例外，显示模块的设计通常要注意电路电压的可调性以及对于各种命令的灵敏识别，包括显示数据存储区、字符发生器等等，通常使用输出引脚经过指令字让LCD屏幕进行数值和功能的体现。

2 单片机在电气工程自动化中的应用

单片机对系统的控制还可以从计算器领域发展到电气工程的自动化改革，对于控制系统来说，能够有效对各部分功能电路进行控制，保障每個部分的命令下达和识别，就能完成自动化系统的正常运行。

2.1 单片机电气工程自动化设备改造

工业自动化的发展过程中，由于设备的生产线都没有发生太大的变化，因此在进行设备的改造时通常都是在进行控制系统的升级。在进行自动化改造之后的设备可以提高电气工程的效率和质量，同时还能为人力和成本的消耗进行优化，有效提高产品的合格率和经济利益。用单片机作为控制系统的核心模块，让控制系统的信号变成自动化，还在输出扩展、输入扩展、合成电路、信号处理等方面进行重新设计和修整，实现单片机对电路的自动化改进作用，促进保护系统和控制系统的功能完善，让电气工程在运行时更加灵活和便捷。

2.2 单片机电气工程自动化软件改造

在进行电气工程设备的自动化过程时，软件的自动化优化也是在整个过程中不可缺少的一环。电气工程设备自动化系统软件是建立在整个器械的操作基础上的，即软件自动化的部分也是设备在运行中需要自动化的部分，因此需要设计者在进行自动化改进之初，对企业和设备进行生产过程数据收集，在进行逻辑理顺和运算完成后编程软件输入对应程序，完成软件对元件乃至设备生产动作的指令。单片机软件自动化改造还包括控制系统、命令系统、报警系统等等不同的设备结构单元，以及局部软件编程理论的修改调试，在不影响其正常功能的条件下，对设备的改造接口留以余地，以便日后的升级和优化。

2.3 单片机电气工程自动化电路改造

单片机在体积上完胜所有的中心控制系统，同时还具备丰富的功能和指令系统，可以完成多重的循环命令模块构建，因此可以采用多种资源重组的形式对应用系统进行扩展和叠加，以完成需要的自动化空间。单片机信号的输出过程采用的是总线管理的模式，输出的电路需要将总线提供的数据、信号、地址通过对应的外部接口连接，让单片机的信号有ALE转变为Po端可以接收信号形式，同时根据输入电路的变化将信号总体状态进行锁定和储存，直到下一次指令的激发产生形成新的高电平信号。

3 结束语

综上所述，单片机从功能上实现了自动化技术在计算器基础上的微型控制，同时集合了中央处理器、定时器、端口技术等多种功能，为电气设备的自动化运行提供技术支持。单片机在包括工业企业在内的电气工程正常运营提供了技术保障，因此科研人员需要根据单片机的控制能力研制出完善工业发展和社会经济的自动化控制模式，为新科技的科研成果提供了理论依据。

参考文献：

[3]周震，宰文姣，林彬.浅议电气工程及其自动化专业单片机技术应用新体系[J].科技创新导报，2008（16）：243+246.

[4]杨福佳.单片机在电气自动化控制中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2014（09）：87-88.

[2]刘巧平，李平，周斌.基于STC89C51单片机的实用计算器设计[J].信息技术，2016（11）：121-123+126.