基于51单片机的简易计算器2.docx
《基于51单片机的简易计算器2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的简易计算器2.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于51单片机的简易计算器2
基于51单片机的
计算器设计
2015年5月1日
摘要
电子计算器是日常生活中常用的电子计算仪器，他广泛应用于超市、大中型商场、大小企业与学校中。
具有精度高。
体积小、应用范围广泛、易于操作等优点。
本作品以MCS-51系列中的AT89C51单片机为核心，能够实现单步加、减、乘、除运算。
该系统通过检测矩阵键盘扫描，判断是否按键，实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测，并把检测数据存储下来。
经数据转换把数值送入lcd1602液晶屏显示。
整个计算器系统的工作过程为：
首先存储单元初始化，显示初始值和键盘扫描，判断按键位置，查表得出按键值，单片机则对数据进行储存与相应处理转换，之后送入lcd1602显示。
整个系统可分为三个主要功能模块：
功能模块一，实时键盘扫描；功能模块二，数据转换为了数码管显示；功能模块三，lcd1602显示。
能实现6位或6位以内的精确运算，若输出数据超过6位则会以科学计数法显示。
关键词：
AT89C51单片机；计算器；加减乘除；矩阵键盘；液晶屏
1、前言
本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用STC89C51单片机为主要控制电路，显示采用1602LCD显示；软件方面使用C语言编程。
最后用PROSE99画PCB，焊接万用板，进行硬件调试。
1）主要的问题及目标：
●键盘输入
●数值显示
●能实现加、减、乘、除四则运算；
●可计算小数，负数；
●当计算器执行过程中有错误时，会在液晶屏上做出相应的提示。
当除数为0时，程序运算出错，液晶屏会显示+INF。
2）针对上述目标，做出以下的设计：
●以STC89C51位主控芯片，P0口连接1602液晶屏，P1口连接4*4矩阵键盘。
●将所有输入数据已浮点型进行运算，故最大输入数据为16位。
●为了更好的显示效果使用采用1602液晶屏作为显示模块。
●由于按键包含数字键“0~9”与“+”“-”“*”“/”“.”“=”这16个按键。
故以4*4矩阵键盘作为输入模块。
●以3节串联的5号电池作为电源。
3）系统设计依据：
●实用性
●可靠性
●美观性
2、
系统方案设计
1.方案一
显示模块采用数码管，数值只能显示一行，且无法显示“+”“*”“/”“=”等符号。
使用效果欠佳。
电源模块采用USB，电压为5.0V，符合单片机的要求。
但使计算器不方便使用，必须通过USB通电，实用性不强。
功能设计中添加复位键，可以使电路恢复到起始状态，确保微机系统中稳定可靠，避免计算器出现“死机”“程序走飞”等现象。
但添加复位键会使计算器显得繁琐。
双精度型（double），占用64位的存储空间。
在操作值很大的数字时，双精度型是最好的选择。
2.方案二
以1602lcd作为显示器,可显示双行数据，还可以显示多种运算符号。
实用性强，便于计算器的升级。
将独立电源盒作为电源，以3节5号电池串联，电压可达4.5V，可以使
单片机正常工作。
并且易于携带，给使用者带来很大便利。
采用上电复位，将复位电路与电源开关结合。
既可以确保微机系统中稳定可靠的运行，又使计算器更为精简。
单精度浮点型（float）专指占用32位存储空间的单精度值。
单精度在一些处理器上比双精度更快而且只占用双精度一半的空间，但是当值很大或很小的时候，它将变得不精确。
当你需要小数部分并且对精度的要求不高时，单精度浮点型的变量是有用的。
结合上述考虑论证，小组采用方案二作为计算器系统的设计方案。
3、理论分析与计算
本作品为了要实现键盘输入，液晶显示屏输出，加、减、乘、除计算，上电复位等功能。
小组做出以下的分析与计算：
将4*4矩阵键盘连接到单片机的P1口上，液晶显示屏连接到P0口上。
并在软件中用矩阵键盘扫描程序对其实时检测，将键盘输入的数据显示到液晶屏上，并通过运算程序计算，最终将计算结果输出到液晶屏上。
将输入与输出数据以单精度浮点型定义，以%g或%f显示输出数据，可显示精确数字或以科学计数法表示。
4、系统电路设计
1.显示模块
液晶显示器（LCD）的主要原理是一电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。
本系统采用的1602液晶为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，能显示汉字，内置128个字符的ASCII字符集字库，只有并行接口，无串行接口。
2.输入模块
4*4矩阵键盘将16个按键排成4行4列，第一行将每个按键的一端连在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线，共有4行4列8根线，将这八根线接到单片机的8个I/O口上，通过程序扫描键盘就可检
测16个键。
3.控制模块
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
4.元器件的选择
1602LCD、4*4矩阵键盘、10千欧排阻、自锁开关、20pF电容、12MHZ晶振、103千欧电位器。
5.特殊器件的简介
自锁开关是指开关自带机械锁定功能，按下去，松手后按钮是不会完全跳起来的，处于锁定状态，需要再按一次，才解锁完全跳起来。
按下后接通，弹起来后断开。
6.各单元模块的连接
如图所示：
液晶接PO口，键盘接P1口。
液晶使能端P2.5，液晶数据命令选择端P2.6，液晶读写选择端P2.7。
电源正负极分别接到VCC和GND。
5、系统软件设计
1.设计原理
以keilV4.0设计。
采用大循环嵌套的设计思想。
程序主要由“液晶显示模块”“矩阵键盘扫描模块”“运算模块”构成。
大循环一直进行，是计算器一直处于工作状态。
不停地调用键盘扫描函数，将键盘输入的数据送给液晶显示与运算模块，经运算模块计算出结果后，只需调用液晶显示的子函数就可将答案显示到液晶屏上。
2.程序结构框图
定义变量，便于后面程序的使用。
位定义：
液晶使能端P2.5，液晶数据命令选择端P2.6，液晶读写选择端P2.7。
初始化：
液晶开显示，清屏。
矩阵键盘扫描程序：
包含软件去逗，在大循环中不断调用键盘扫描程序当检测到有键按下后，如果是有效值就进行处理，否则继续扫描键盘。
3.程序流程框图
否是
否
是
否是
是
否
是
否
6、系统测试
1．测试方法
将计算器断电，把万用表调到蜂鸣器档上，把万用表两表笔放在待测的两个端子上，若短路蜂鸣器就会响。
经测得开关处电路存在短路，经修复后电路焊接正常。
2．计算器功能测试
加法测试：
减法测试：
乘法测试：
除法测试：
错误处理：
3．测试结果分析
经测试，各项功能均已达成。
对于一般的整形运算，计算器能准确无误的计算出来。
由于使用浮点型数据，计算器只能进行6~7位以内的精确运算。
7、结束语
1.心得感悟
经过两个星期的设计与制作，本小组完成了基于51单片机的计算器的设计。
期间我们遇到许多困难和问题都一一解决，最终完全达到了预期的目标，体会到团体合作与成功的喜悦。
我感到只有亲手实践才能更深刻，更全面的学好知识，并且要在设计制作中多加入自己的想法，力求创新而不要模仿前人做过的作品。
在设计的每一小步都要尽自己最大努力做到最好，这样才能做出出色的作品。
2.改进的设想
1）使计算器能完成多步混合运算的功能。
2）添加一个功能键，当按下功能键后改变矩阵键盘的键值。
将第四列改为平方，开根号，求模，求余。
再次按下此键后第四列改回加，减，乘，除。
并设计一个led灯来显示键值是否被改变。
8、附录
1.系统设计图
2.设计程序
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definecheck_busy
sbitrs=P2^7;
sbitrw=P2^6;
sbiten=P2^5;
voiddelay（intz）
{
intx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
/***********判忙函数***********/
bitLCD_check_busy（）//当LCD“忙”时，LCD的DATA.7位输出为高电平信号，当LCD“不忙”时，LCD的DATA.7位输出为低电平信号
{
P0=0xFF;//为便于检测
rs=0;//rs=0,rw=1,en=1忙
rw=1;//voidbusy（void）{P1=0xff;RS=0;RW=1;E=1;while（（P1&0x80）==0x80）;E=0;}
en=0;
_nop_（）;
en=1;
return（bit）（P0&0x80）;
//else
/*lcd1602判忙函数
bitLCD_Check_Busy（void）
{
bitresult;//修改了判忙函数
DataPort=0xFF;
RS=0;
RW=1;
EN=1;
_nop_（）;
result=（bit）（DataPort&0x80）;
EN=0;
returnresult;*/
return0;
}
/***********写入命令函数***********/
voidwrite_com（ucharcom）
{
while（LCD_check_busy（））;//忙则等待
rs=0;
rw=0;
en=1;
P0=com;
_nop_（）;
en=0;
}
/**********写入数据函数**********/
voidwrite_dat（uchardat）
{
while（LCD_check_busy（））;//忙则等待
rs=1;
rw=0;
en=1;
P0=dat;
_nop_（）;
en=0;
}
/*******写入字符函数***********/
voidLCD_write_char（ucharx,uchary,uchardat）
{
if（y==0）
{
write_com（0x80+x）;
}
else
{
write_com（0xC0+x）;
}
write_dat（dat）;
}
/******写入字符串函数***********///?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
voidwrite_string（ucharx,uchary,uchar*s）
{
while（*s）
{
LCD_write_char（x,y,*s）;
s++;
x++;
}
}
/*****初始化函数******/
voidLCD_init（）
{
write_com（0x38）;/*显示模式设置*/
delay（5）;
write_com（0x06）;/*显示光标移动设置*/
delay（5）;
write_com（0x0C）;/*显示开及光标设置*/
write_com（0x01）;/*显示清屏*/
}
/*按键扫描函数，返回扫描键值*/
ucharkeyscan（）//键盘扫描函数，使用行列反转扫描法
{
unsignedcharcord_h,cord_l;//行列值中间变量
P1=0x0f;//行线输出全为0
cord_h=P1&0x0f;//读入列线值
if（cord_h!
=0x0f）//先检测有无按键按下
{
delay（10）;//去抖
if（（P1&0x0f）!
=0x0f）
{
cord_h=P1&0x0f;//读入列线值
P1=cord_h|0xf0;//输出当前列线值
cord_l=P1&0xf0;//读入行线值
while（（P1&0xf0）!
=0xf0）;//等待松开并输出
return（cord_h+cord_l）;//键盘最后组合码值
}
}
return（0xff）;//返回该值
}
unsignedcharkeypro（）
{
switch（keyscan（））
{
case0x7e:
return'+';break;
case0x7d:
return'-';break;
case0x7b:
return'x';break;
case0x77:
return'/';break;
case0xbe:
return'3';break;
case0xbd:
return'6';break;
case0xbb:
return'9';break;
case0xb7:
return'=';break;
case0xde:
return'2';break;
case0xdd:
return'5';break;
case0xdb:
return'8';break;
case0xd7:
return'0';break;
case0xee:
return'1';break;
case0xed:
return'4';break;
case0xeb:
return'7';break;
case0xe7:
return'.';break;
default:
return0xff;break;
}
}
/***************主函数***********/
voidmain（）
{
unsignedcharnum,i,sign;
unsignedchartemp[16];//最大输入16个
bitfirstflag;
floata=0,b=0;
unsignedchars;
LCD_init（）;//初始化液晶屏
delay（10）;//延时用于稳定，可以去掉
write_com（0x01）;//清屏
while
（1）//主循环
{
num=keypro（）;//扫描键盘
if（num!
=0xff）//如果扫描是按键有效值则进行处理
{
if（i==0）//输入是第一个字符的时候需要把该行清空，方便观看
write_com（0x01）;
if（（'+'==num）||（i==16）||（'-'==num）||（'x'==num）||（'/'==num）||（'='==num））//输入数字最大值16，输入符号表示输入结束
{
i=0;//计数器复位
if（firstflag==0）//如果是输入的第一个数据，赋值给a，并把标志位置1，到下一个数据输入时可以跳转赋值给b
{
sscanf（temp,"%f",&a）;
firstflag=1;
}
else
sscanf（temp,"%f",&b）;
for（s=0;s<16;s++）//赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果
temp[s]=0;
LCD_write_char（0,1,num）;
if（num!
='='）//判断当前符号位并做相应处理
sign=num;//如果不是等号记下标志位
else
{
firstflag=0;//检测到输入=号，判断上次读入的符合
switch（sign）
{
case'+':
a=a+b;
break;
case'-':
a=a-b;
break;
case'x':
a=a*b;
break;
case'/':
a=a/b;
break;
default:
break;
}
sprintf（temp,"%g",a）;//输出浮点型，无用的0不输出
write_string（1,1,temp）;//显示到液晶屏
sign=0;a=b=0;//用完后所有数据清零
for（s=0;s<16;s++）
temp[s]=0;
}
}
elseif（i<16）//？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
？
{
if（（0==i）&&（temp[0]=='0'））//如果第一个字符是0，判读第二个字符
{
if（num=='0'）//如果是小数点则正常输入，光标位置加1
{
write_com（0x01）;
}
else
{
temp[0]=num;
i++;//如果是1-9数字，说明0没有用，则直接替换第一位0
LCD_write_char（0,0,num）;//输出数据
}
}
else
{
temp[i]=num;
LCD_write_char（i,0,num）;//输出数据
i++;
}
}
}
}
}
升级会员 