单片机简易计算器.docx

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单片机简易计算器

 

简易计算器的设计报告

 

报告名称简易计算器设计

学生姓名黄新潮严祎乐

所在系别计算机科学与信息管理系

所在班级计算机102

二O一三年十一月

简易计算器的设计报告

一、设计任务

1.设计任务:

用51单片机设计实现一个简易计算器,

2.设计要求:

(1)要求LCD显示。

(2)矩阵键盘输入。

(3)能进行2位数的加减乘除运算。

(4)除法精确到小数点两位。

(5)具有溢出报错功能。

二、系统设计方案

按照系统设计的功能的要求,初步确定设计系统由单片机主控模块、四位一体数码管显示模块、键扫描接口电路共三个主要模块组成。

主控芯片使用51系列AT89C51单片机,键盘电路采用4*4矩阵键盘电路。

显示模块采用四位一体共阳极数码管。

三、硬件系统设计

1.单片机最小系统

单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分,包括主控芯片、复位电路和晶振电路。

2.键盘接口电路

计算器所需按键有:

键:

’1’,’2’,’3’,’4’,’5’,’6’,’7’,’8’,’9’,’0’

功能键:

’+’,’-‘,’*’,’/’,’=’,’R(清零)’

共计16个按键,采用4*4矩阵键盘,键盘的行和列之间都有公共端相连,四行采用端口P0.0~P0.3,四列采用端口P3.0~P3.3,通过8个端口的的高低电平完成对矩阵键盘的控制。

通过对16个按键进行编码,从而得到键盘的口地址,对比P1口德扫描结果和各按键的地址,我们就可以得到是哪个键按下,从而完成键盘的功能。

计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键,如果采用独立按键的方式,在这种情况下,编程会很简单,但是会占用大量的I/O口资源,因此在很多情况下都不采用这种方式。

为此,我们引入了矩阵键盘的应用,采用四条I/O线作为行线,四条I/O线作为列线组成键盘。

在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。

这样键盘上按键的个数就为4×4个。

这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率,如图所示:

键盘按键

键盘电路

3.数码管显示

采用4位一体的数码管对计算数据和结果进行显示,这里选取共阳数码管,利用NPN三极管对数码管进行驱动,为了节省I/O资源,采取动态显示的方法来显示计算数据及结果。

利用SN74LS244N锁存器来实现数码管的动态显示,P1口输出显示值,P2.0~P2.3为位选端口。

通过锁存器对段选信号的锁存,最终得到对数码管输入数据的控制。

四.软件设计部分

根据选题要求,系统编程如下所示:

LCD部分:

#include"lcd.h"

#include"key.h"

sbitBEEP=P3^6;

#include

#defineucharunsignedchar

//*********LCD1602驱动程序*********************************//

/************************************************************/

sbitRS=P3^2;//寄存器选择位,将RS位定义为P2.0引脚

sbitRW=P3^3;//读写选择位,将RW位定义为P2.1引脚

sbitE=P3^4;//使能信号位,将E位定义为P2.2引脚

sbitBF=P1^7;//忙碌标志位,,将BF位定义为P0.7引脚

/*************************************************************/

/*****************************************************

函数功能:

延时1ms

(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒),可以认为是1毫秒

***************************************************/

voiddelay1ms()

{

unsignedchari,j;

for(i=0;i<10;i++)

for(j=0;j<33;j++)

;

}

/*****************************************************

函数功能:

延时若干毫秒

入口参数:

n

***************************************************/

voiddelay_lcd(unsignedcharn)

{

unsignedchari;

for(i=0;i

delay1ms();

}

/*****************************************************

函数功能:

判断液晶模块的忙碌状态

返回值:

result。

result=1,忙碌;result=0,不忙

***************************************************/

unsignedcharBusyTest(void)

{

bitresult;

RS=0;//根据规定,RS为低电平,RW为高电平时,可以读状态

RW=1;

E=1;//E=1,才允许读写

_nop_();//空操作

_nop_();

_nop_();

_nop_();//空操作四个机器周期,给硬件反应时间

result=BF;//将忙碌标志电平赋给result

E=0;

returnresult;

}

/*****************************************************

函数功能:

将模式设置指令或显示地址写入液晶模块

入口参数:

dictate

***************************************************/

voidWriteInstruction(unsignedchardictate)

{

while(BusyTest()==1);//如果忙就等待

RS=0;//根据规定,RS和R/W同时为低电平时,可以写入指令

RW=0;

E=0;//E置低电平(根据表8-6,写指令时,E为高脉冲,

//就是让E从0到1发生正跳变,所以应先置"0"

_nop_();

_nop_();//空操作两个机器周期,给硬件反应时间

P1=dictate;//将数据送入P0口,即写入指令或地址

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();//空操作四个机器周期,给硬件反应时间

E=1;//E置高电平

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();//空操作四个机器周期,给硬件反应时间

E=0;//当E由高电平跳变成低电平时,液晶模块开始执行命令

}

/*****************************************************

函数功能:

指定字符显示的实际地址

入口参数:

x

***************************************************/

voidWriteAddress(unsignedcharx)

{

WriteInstruction(x|0x80);//显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x"

}

/*****************************************************

函数功能:

将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块

入口参数:

y(为字符常量)

***************************************************/

voidWriteData(unsignedchary)

{

while(BusyTest()==1);

RS=1;//RS为高电平,RW为低电平时,可以写入数据

RW=0;

E=0;//E置低电平(根据表8-6,写指令时,E为高脉冲,

//就是让E从0到1发生正跳变,所以应先置"0"

P1=y;//将数据送入P0口,即将数据写入液晶模块

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();//空操作四个机器周期,给硬件反应时间

E=1;//E置高电平

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();//空操作四个机器周期,给硬件反应时间

E=0;//当E由高电平跳变成低电平时,液晶模块开始执行命令

delay_lcd(5);

}

/*****************************************************

函数功能:

对LCD的显示模式进行初始化设置

***************************************************/

voidLcdInitiate(void)

{

delay_lcd(15);//延时15ms,首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间

WriteInstruction(0x38);//显示模式设置:

16×2显示,5×7点阵,8位数据接口

delay_lcd(5);//延时5ms 

WriteInstruction(0x38);

delay_lcd(5);

WriteInstruction(0x38);

delay_lcd(5);

WriteInstruction(0x0C);//显示模式设置:

显示开,无光标,不闪烁

delay_lcd(5);

WriteInstruction(0x06);//显示模式设置:

光标右移,字符不移

delay_lcd(5);

WriteInstruction(0x01);//清屏幕指令,将以前的显示内容清除

delay_lcd(5);

}

/*****************************************************

函数功能:

连续显示字符串

***************************************************/

voidLcdWriteString(unsignedcharaddress,unsignedchar*Date)

{

WriteAddress(address);

while(*Date!

='\0')

{

WriteData(*Date);//写数据

Date++;//地址++

delay_lcd(5);//适当延时

}

}

voidClearScreen()

{

LcdWriteString(0x00,"");

LcdWriteString(0x40,"");

}

voidDelay()

{

unsignedinti;

for(i=0;i<32000;i++);

}

voidWelcome()

{

unsignedintbeep_delay;

ucharj;

ClearScreen();

BEEP=0;

for(beep_delay=0;beep_delay<5000;beep_delay++);

BEEP=1;

LcdWriteString(0x10,"Welcome");

LcdWriteString(0x50,"Caculate");

for(j=0;j<16;j++)

{

WriteInstruction(0x18);

Delay();

}

LcdInitiate();

ClearScreen();

LcdWriteString(0x00,"0");

}

KEY:

#include"key.h"

voiddelay1()//延时子程序

{

unsignedcharn,m;

for(n=100;n>0;n--)

for(m=300;m>0;m--);

}

unsignedcharKeycan(void)//按键扫描程序P1.0--P1.3为行线P1.4--P1.7为列线

{

unsignedcharrcode,ccode;

P2=0xF0;//发全0行扫描码,列线输入

if((P2&0xF0)!

=0xF0)//若有键按下

{

delay1();//延时去抖动

if((P2&0xF0)!

=0xF0)

{rcode=0xFE;//逐行扫描初值

while((rcode&0x10)!

=0)

{

P2=rcode;//输出行扫描码

if((P2&0xF0)!

=0xF0)//本行有键按下

{

ccode=(P2&0xF0)|0x0F;

do{;}while((P2&0xF0)!

=0xF0);//等待键释放

return((~rcode)+(~ccode));//返回键编码

}

else

rcode=(rcode<<1)|0x01;//行扫描码左移一位

}

}

}

return0;//无键按下,返回值为0

}

voidKeyDispaly(unsignedcharpos,unsignedcharkey)

{

switch(key)

{

case0x18:

LcdWriteString(pos,"1");break;

case0x28:

LcdWriteString(pos,"2");break;

case0x48:

LcdWriteString(pos,"3");break;

case0x14:

LcdWriteString(pos,"4");break;

case0x24:

LcdWriteString(pos,"5");break;

case0x44:

LcdWriteString(pos,"6");break;

case0x12:

LcdWriteString(pos,"7");break;

case0x22:

LcdWriteString(pos,"8");break;

case0x42:

LcdWriteString(pos,"9");break;

case0x21:

LcdWriteString(pos,"0");break;

case0x11:

LcdWriteString(pos,".");break;

case0x41:

LcdWriteString(pos,"=");break;

case0x88:

LcdWriteString(pos,"+");break;

case0x84:

LcdWriteString(pos,"-");break;

case0x82:

LcdWriteString(pos,"*");break;

case0x81:

LcdWriteString(pos,"/");break;

default:

break;

}

}

unsignedcharKeyToNum(unsignedcharkey)

{

switch(key)

{

case0x18:

return1;break;

case0x28:

return2;break;

case0x48:

return3;break;

case0x14:

return4;break;

case0x24:

return5;break;

case0x44:

return6;break;

case0x12:

return7;break;

case0x22:

return8;break;

case0x42:

return9;break;

case0x21:

return0;break;

default:

return10;break;

}

}

计算部分:

#include"caculate.h"

ucharflag_plus;

ucharflag_minus;

ucharflag_multiply;

ucharflag_divide;

ucharflag_equal;

ucharflag_point;

ucharcount_point;

ucharflag_result;

uchartab_num;

ucharcount;

ucharflag_num2;

unsignedintbeep_delay;

sbitBEEP=P3^6;

unsignedcharcodedigit[]={"0123456789"};//定义字符数组显示数字

ucharge,shi,bai,qian,wan,shiwan,baiwan;

ucharp_shi,p_bai,p_qian,p_wan,p_shiwan,p_baiwan;

charpos=-1;

doubletemp_number1;

doubletemp_number2;

doublenumber1;

doublenumber2;

doubleresult,temp_result;

voidBeep(void);

voidPoint(void)

{

ClearScreen();

flag_result=0;

tab_num=0;

temp_number1=0;

temp_number2=0;

flag_plus=0;

flag_minus=0;

flag_multiply=0;

flag_divide=0;

flag_num2=0;

pos=-1;

LcdWriteString(0x00,"0");

}

voidInput_Number1(unsignedcharkey_press)

{

uchari;

floatpoint_num;

if(flag_result==1){ClearScreen();pos=-1;flag_result=0;}

pos++;

if(flag_point==0)

{

LcdWriteString(0x40,"");

if(temp_number1==0&&KeyToNum(key_press)==0){Point();}

KeyDispaly(pos,key_press);

temp_number1=temp_number1*10+KeyToNum(key_press);

if(temp_number1>999)

{

pos=-1;

ClearScreen();//清屏

LcdWriteString(0x40,"ERROR:

OVERFLOW");Beep();

temp_number1=0;

}

}

elseif(flag_point==1)

{

LcdWriteString(0x40,"");

count_point++;

KeyDispaly(pos,key_press);

point_num=KeyToNum(key_press);

for(i=0;i

point_num=point_num*0.1;

temp_number1=temp_number1+key_press;

}

}

voidInput_Number2(unsignedcharkey_press)

{

uchari;

floatpoint_num;

if(flag_result==1){ClearScreen();pos=-1;flag_result=0;}

pos++;

flag_num2=1;

if(flag_point==0)

{

LcdWriteString(0x40,"");

if(temp_number1==0&&KeyToNum(key_press)==0){Point();}

KeyDispaly(pos,key_press);

temp_number2=temp_number2*10+KeyToNum(key_press);

if(temp_number2>99)

{

pos=-1;

ClearScreen();

LcdWriteString(0x40,"ERROR:

OVERFLOW");Beep();

temp_number2=0;

}

}

elseif(flag_point==1)

{

LcdWriteString(0x00,"");

count_point++;

KeyDispaly(pos+0x40,key_press);

point_num=KeyToNum(key_press);

for(i=0;i

point_num=point_num*0.1;

temp_number2=temp_number2+key_press;

}

}

voidPlus(void)

{

count_point=0;

if(flag_plus||flag_minus||flag_multiply||flag_divide||flag_result)return;

pos=pos+2;//空一格

LcdWriteString(0x40,"");

KeyDispaly(pos,PLUS);

pos++;

KeyDispaly(pos,'');

if(tab_num==0)

{

tab_num=1;

flag_plus=1;

}

else

{

//tab_num=0;

//flag_plus=1;

}

}

voidMinus(void)

{

count_point=0;

if(flag_plus||flag_minus||flag_multiply||flag_divide||flag_result)return;

pos=pos+2;//空一格

LcdWriteString(0x40,"");

KeyDispaly(pos,MINUS);

pos++;

KeyDispaly(pos,'');

if(tab_num==0)

{

tab_num=1;

flag_minus=1;

}

els

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