基于51单片机的计算器设计实验报告DOC.docx
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基于51单片机的计算器设计实验报告DOC
基于51单片机的计算器设计
实验报告
班级:
__12电子2_
姓名:
___风间__
学号:
___
2015年1月6日
一、实验目的
1.初步尝试运用单片机进行系统设计;
2.掌握矩阵键盘的中断扫描显示;
3.掌握液晶或数码管的动态显示;
4.掌握数据的存储和掉电保护。
二、实验设备及器材
Keilc、proteus、及单片机开发板。
三、实验内容
基本要求:
1完成标准型计算器的基本功能
2.4*4矩阵键盘(0~9、+、-、*、/、=、%)进行数据的输入及加、减、乘、除基本运算,运用1602液晶或数码管进行显示
3.要求开机显示学号
四、设计思路
根据计算器的功能要求,选择AT89C51为主控机,通过扩展必要的外围接口电路,实现对计算器的设计。
外部主要由4*4矩阵键盘和一个液晶显示屏构成,内部由一块AT89C51单片机构成。
计算器电路包括四个模块:
选用LCD作为显示部分,矩阵键盘作为输入部分,运算模块,单片机控制部分。
模块图如图所示:
计算器电路包括三个部分:
显示电路、4*4键扫描电路、单片机微控制电路。
具体设计如下:
(1)由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,为了得到较好的显示效果,采用1602液晶显示数据和结果。
(2)另外键盘包括数字键(0~9)、符号键(+、-、×、÷)、清除键和等号键,需要16个按键。
(3)执行过程:
开机显示学号,等待键入数值,当键入数字,通过LCD显示出来,当键入+、-、*、/运算符,计算器在内部执行数值转换和存储,并等待再次键入数值,当再键入数值后将显示键入的数值,按等号就会在LCD上输出运算结果。
线路原理框图如图所示。
五、基于proteus的硬件原理图
六、软件流程图
七、程序代码
#include//头文件
#defineunitunsignedint
#defineucharunsignedchar
voidxuehao(void);
sbitSPK=P1^0;
sbitlcden=P2^3;
sbitrs=P2^4;
sbitrw=P2^0;
sbitbusy=P0^7;
chari,j,temp,num,num_1;
longa,b,c;//a,第一个数b,第二个数c,得数
floata_c,b_c;
ucharflag,fuhao;//flag表示是否有符号键按下,fuhao表征按下的是哪个符号
ucharcodetable[]={
7,8,9,0,
4,5,6,0,
1,2,3,0,
0,0,0,0,};
ucharcodetable1[]={
7,8,9,0x2f-0x30,
4,5,6,0x2a-0x30,
1,2,3,0x2d-0x30,
0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30};
voiddelay(ucharz)//延迟函数
{
uchary;
for(z;z>0;z--)
for(y=0;y<110;y++);
}
voidcheck()//判断忙或空闲
{
do{
P0=0xFF;
rs=0;
rw=1;
lcden=0;//禁止读写
delay
(1);//等待,液晶显示器处理数据
lcden=1;//允许读写
}while(busy==1);//判断是否为空闲,1为忙,0为空闲
}
voidwrite_com(ucharcom)//写指令函数
{
P0=com;
rs=0;
rw=0;
lcden=0;
check();
lcden=1;
}
voidwrite_date(uchardate)//写数据函数
{
P0=date;
rs=1;
rw=0;
lcden=0;
check();
lcden=1;
}
voidinit()//1602初始化函数
{
num=-1;
lcden=1;
write_com(0x38);
write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x80);
write_com(0x01);
num_1=0;
i=0;
j=0;
a=0;//第一个参与运算的数
b=0;//第二个参与运算的数
c=0;
flag=0;
fuhao=0;
SPK=0;//蜂鸣器打开
delay(1000);//延时
SPK=1;//蜂鸣器关闭
}
voidkeyscan()//键盘扫描程序
{
P3=0xfe;
if(P3!
=0xfe)
{
delay(20);
if(P3!
=0xfe)
{
SPK=0;
delay(1000);
SPK=1;
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case0xe0:
num=0;
break;
case0xd0:
num=1;
break;
case0xb0:
num=2;
break;
case0x70:
num=3;
break;
}
}
while(P3!
=0xfe);
if(num==0||num==1||num==2)//如果按下的是'7','8'或'9
{
if(j!
=0)
{
write_com(0x01);
j=0;
}
if(flag==0)//没有按过符号键
{
a=a*10+table[num];
}
else//如果按过符号键
{
b=b*10+table[num];
}
}
else//如果按下的是'/'
{
flag=1;
fuhao=4;//4表示除号已按
}
i=table1[num];
write_date(0x30+i);
}
P3=0xfd;
if(P3!
=0xfd)
{
delay(5);
if(P3!
=0xfd)
{
SPK=0;
delay(1000);
SPK=1;
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case0xe0:
num=4;
break;
case0xd0:
num=5;
break;
case0xb0:
num=6;
break;
case0x70:
num=7;
break;
}
}
while(P3!
=0xfd);
if(num==4||num==5||num==6&&num!
=7)//如果按下的是'4','5'或'6'
{
if(j!
=0)
{
write_com(0x01);
j=0;
}
if(flag==0)
{
a=a*10+table[num];
}
else
{
b=b*10+table[num];
}
}
else
{
flag=1;
fuhao=3;//3表示乘号已按
}
i=table1[num];
write_date(0x30+i);
}
P3=0xfb;
if(P3!
=0xfb)
{
delay(5);
if(P3!
=0xfb)
{
SPK=0;
delay(1000);
SPK=1;
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case0xe0:
num=8;
break;
case0xd0:
num=9;
break;
case0xb0:
num=10;
break;
case0x70:
num=11;
break;
}
}
while(P3!
=0xfb);
if(num==8||num==9||num==10)//如果按下的是'1','2'或'3'
{
if(j!
=0)
{
write_com(0x01);
j=0;
}
if(flag==0)
{
a=a*10+table[num];
}
else
{
b=b*10+table[num];
}
}
elseif(num==11)
{
flag=1;
fuhao=2;//2表示减号已按
}
i=table1[num];
write_date(0x30+i);
}
P3=0xf7;
if(P3!
=0xf7)
{
delay(5);
if(P3!
=0xf7)
{
SPK=0;
delay(1000);
SPK=1;
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case0xe0:
num=12;
break;
case0xd0:
num=13;
break;
case0xb0:
num=14;
break;
case0x70:
num=15;
break;
}
}
while(P3!
=0xf7);
switch(num)
{
case12:
{write_com(0x01);a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;}//按下的是"清零"
break;
case13:
{//按下的是"0"
if(flag==0)//没有按过符号键
{
a=a*10;
write_date(0x30);
P1=0;
}
elseif(flag==1)//如果按过符号键
{
b=b*10;
write_date(0x30);
}
}
break;
case14:
{
j=1;
if(fuhao==1){write_com(0x80+0x4f);//按下等于键,光标前进至第二行最后一个显示处
write_com(0x04);//设置从后住前写数据,每写完一个数据,光标后退一格
c=a+b;
while(c!
=0)
{
write_date(0x30+c%10);
c=c/10;
}
write_date(0x3d);
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
elseif(fuhao==2){write_com(0x80+0x4f);
write_com(0x04);
if(a-b>0)
c=a-b;
else
c=b-a;
while(c!
=0)
{
write_date(0x30+c%10);
c=c/10;
}
if(a-b<0)
write_date(0x2d);
write_date(0x3d);
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
elseif(fuhao==3){write_com(0x80+0x4f);
write_com(0x04);
c=a*b;
while(c!
=0)
{
write_date(0x30+c%10);
c=c/10;
}
write_date(0x3d);
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
elseif(fuhao==4){write_com(0x80+0x4f);
write_com(0x04);
i=0;
c=(long)(((float)a/b)*1000);
while(c!
=0)
{
write_date(0x30+c%10);
c=c/10;
i++;
if(i==3)
write_date(0x2e);
}
if(a/b<=0)
write_date(0x30);
write_date(0x3d);
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
}
break;
case15:
{write_date(0x30+table1[num]);flag=1;fuhao=1;}
break;
}
}
}
voidxuehao()//开机显示学号
{
write_com(0x80);//从第一行第一位开始
write_date('1');
write_date('2');
write_date('0');
write_date('0');
write_date('4');
write_date('0');
write_date('1');
write_date('2');
write_date('1');
write_date('7');
}
voidmain()//主函数
{
init();
xuehao();
while
(1)
{
keyscan();
}
}
八、运行结果图
开机显示学号:
加法运算:
减法运算:
乘法运算:
除法运算:
九、扩展功能
在基本的功能上加了蜂鸣器电路,使按键的时候能发出声音。
电路连在单片机的P1.0口,当开机时和判断有键按下时,使P1.0口处于低电平,蜂鸣器发声,并延迟一定的时间。
十、思考题
1、描述完整所设计的计算器能完成的各项功能及实现方法。
(如几位数以内的运
算;连加;复合运算等等)
①可以实现两个数之间的加减乘除,在进行加法减法乘法的时候,两个数其中一个最多为9位数,且显示的结果最多为10位。
在进行除法时,能精确到小数点后三位,被除数不能多于6位,显示的结果最多为6位(不含小数点后三位)
②按键有声音。
通过蜂鸣器电路,当开机时和判断有键按下时,使P1.0口处于低电平,蜂鸣器发声,并延迟一定的时间。
③显示的结果可为负数。
④开机后需先按清除键才能进行运算。
2、计算器设计过程中碰到的问题及解决的方法?
在设计蜂鸣器电路的时候,连接好按键没发声,上网查了好久,最后修改了蜂鸣器的属性,OperatingVoltage改为1.6V,LoadResistance改为6,然后提高了蜂鸣器连接的电源到+7V,终于有声音了。
3、如何实现掉电保护?
在51单片机中,有HMOS和CHMOS工艺芯片。
HMOS芯片本身运行功耗较大,为减小系统功耗,设置了掉电模式。
RST/Vpd端接有备用电源,正常运行时,单片机内部的RAM由主电源Vcc供电,当Vcc掉电时,由备用电源向RAM供电,从而保证RAM中的数据不丢失,这时系统的其他部件都停止工作。
CHMOS型单片机的工作电源和备用电源加在同一个引脚Vcc上,在掉电方式中,振荡器停止工作,单片机内部所有功能部件停止工作,备用电源为片内RAM和特殊功能寄存器供电,使它们的内容保存下来。
4、日常生活中计算器光敏单元的功能及实现原理?
光敏器件是在光的照射下导电特性发生改变的一种器件。
光敏电阻在无光照时电阻很大,受光照以后会减小;光敏二极管在无光照的时候处于截至状态,受光照后导通。
5、如何与上位机进行计算结果的通信?
编程使单片机和上位机进行串口通信,可以通过串行通信。