基于單片機的多功能計算器的設計與實現電氣工程自動化

彭棣

摘 要：隨著我國科學技術的發展，信息化和自動化開始在我國各種行業中廣泛應用。文章是基于單片機進行計算器和電氣工程自動化的基礎技術，為實現經濟的快速發展和我國各行業的繁榮穩定做出貢獻。

關鍵詞：單片機；計算器；電氣工程；自動化

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

0 引言

電子產品的更新的同時影響了單片機的發展進程，在日常生活中，單片機的應用非常廣泛，工業控制系統、家用電器、通信領域、ABS系統等等。計算器也人們日常生活中常常使用的工具之一，同時也是電氣工程必備的部件，因此相關部門需要為單片機在計算器上的應用開發新型設計方案，并為電氣工程自動化的發展提供理論依據。

1 單片機的多功能計算器的設計

單片機計算器的設計過程一般分為三個部分，鍵盤模塊的電路設計、顯示模塊的設計、控制核心的設計。編程軟件的程序也是有三部分構成，主程序、按鍵程序、顯示程序，在計算器的基本運算系統完成后在進行外圍電路的擴展，這樣設計出來的單片機多功能計算器不僅能實現加減乘除的運算過程，還能實現溫度的測量和時鐘的顯示。

1.1 控制系統的設計

控制系統是計算器的核心控制器，一般由單片機的集成電路作為主體，協同擴展外圍端口電路共同構成，實現編程系統對計算器的控制和設計。單片機在進行控制系統的功能上具備著耗能小、體積小、價格低、質量輕的優勢、并且還比較容易擴容和并聯外接系統，在計算器的運算過程和其他功能的反應速率上都有比PLC系統具備一定優勢，也被各大工程廣泛應用。因此在計算器的控制系統上可以選擇單片機作為主要控制芯片，在經過外圍電路的擴展來實現多功能計算器的設計要求。單片機實現多功能的設計理念是依據大循環和小循環的嵌套程序模塊，將大循環功能鍵下達的命令通過小循環的外接電路來實現，并通過具體的端口接入完成計算器多功能的操作模式。

1.2 功能模塊的設計

計算部分的電路由矩陣鍵盤電路和顯示電路兩部分組成，矩陣按鍵包括數字鍵、符號鍵、復位鍵、清零件總計十六個按鍵組成。首先在電路通電之后進行屏幕清零，再通過LCD程序輸入規定按鍵對應的指令，包括數字和符號，在進行運算鍵的輸入時，計算器內部需要進行數值轉換和記憶，因此再一次進行數字符號鍵入的時候就能檢驗計算功能的鍵盤是否正確了。利用矩陣鍵盤的原因也是因為按鍵經常使用的緣故，獨立式鍵盤會形成電路的交叉易發生操作失誤，因此使用矩陣鍵盤可以提高單片機的接口利用率，保障運算時的穩定。計算器的顯示系統一般采用液晶顯示屏，單片機的計算器也不例外，顯示模塊的設計通常要注意電路電壓的可調性以及對于各種命令的靈敏識別，包括顯示數據存儲區、字符發生器等等，通常使用輸出引腳經過指令字讓LCD屏幕進行數值和功能的體現。

2 單片機在電氣工程自動化中的應用

單片機對系統的控制還可以從計算器領域發展到電氣工程的自動化改革，對于控制系統來說，能夠有效對各部分功能電路進行控制，保障每個部分的命令下達和識別，就能完成自動化系統的正常運行。

2.1 單片機電氣工程自動化設備改造

工業自動化的發展過程中，由于設備的生產線都沒有發生太大的變化，因此在進行設備的改造時通常都是在進行控制系統的升級。在進行自動化改造之后的設備可以提高電氣工程的效率和質量，同時還能為人力和成本的消耗進行優化，有效提高產品的合格率和經濟利益。用單片機作為控制系統的核心模塊，讓控制系統的信號變成自動化，還在輸出擴展、輸入擴展、合成電路、信號處理等方面進行重新設計和修整，實現單片機對電路的自動化改進作用，促進保護系統和控制系統的功能完善，讓電氣工程在運行時更加靈活和便捷。

2.2 單片機電氣工程自動化軟件改造

在進行電氣工程設備的自動化過程時，軟件的自動化優化也是在整個過程中不可缺少的一環。電氣工程設備自動化系統軟件是建立在整個器械的操作基礎上的，即軟件自動化的部分也是設備在運行中需要自動化的部分，因此需要設計者在進行自動化改進之初，對企業和設備進行生產過程數據收集，在進行邏輯理順和運算完成后編程軟件輸入對應程序，完成軟件對元件乃至設備生產動作的指令。單片機軟件自動化改造還包括控制系統、命令系統、報警系統等等不同的設備結構單元，以及局部軟件編程理論的修改調試，在不影響其正常功能的條件下，對設備的改造接口留以余地，以便日后的升級和優化。

2.3 單片機電氣工程自動化電路改造

單片機在體積上完勝所有的中心控制系統，同時還具備豐富的功能和指令系統，可以完成多重的循環命令模塊構建，因此可以采用多種資源重組的形式對應用系統進行擴展和疊加，以完成需要的自動化空間。單片機信號的輸出過程采用的是總線管理的模式，輸出的電路需要將總線提供的數據、信號、地址通過對應的外部接口連接，讓單片機的信號有ALE轉變為Po端可以接收信號形式，同時根據輸入電路的變化將信號總體狀態進行鎖定和儲存，直到下一次指令的激發產生形成新的高電平信號。

3 結束語

綜上所述，單片機從功能上實現了自動化技術在計算器基礎上的微型控制，同時集合了中央處理器、定時器、端口技術等多種功能，為電氣設備的自動化運行提供技術支持。單片機在包括工業企業在內的電氣工程正常運營提供了技術保障，因此科研人員需要根據單片機的控制能力研制出完善工業發展和社會經濟的自動化控制模式，為新科技的科研成果提供了理論依據。

參考文獻：

[3]周震，宰文姣，林彬.淺議電氣工程及其自動化專業單片機技術應用新體系[J].科技創新導報，2008（16）：243+246.

[4]楊福佳.單片機在電氣自動化控制中的應用[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2014（09）：87-88.

[2]劉巧平，李平，周斌.基于STC89C51單片機的實用計算器設計[J].信息技術，2016（11）：121-123+126.