基于51單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器2

1、0基于 51 單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)2015 年 5 月 1 日1目錄目錄摘 要.3一、 前言.41) 主要的問(wèn)題及目標(biāo)：.42) 針對(duì)上述目標(biāo)，做出以下的設(shè)計(jì)：.43) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)：.4二、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).41. 方案一.52. 方案二.5三、 理論分析與計(jì)算.6四、 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì).61. 顯示模塊.62. 輸入模塊.73. 控制模塊.84. 元器件的選擇.95. 特殊器件的簡(jiǎn)介.96. 各單元模塊的連接.9五、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).101. 設(shè)計(jì)原理.102. 程序結(jié)構(gòu)框圖.103. 程序流程框圖.11六、 系統(tǒng)測(cè)試.131 測(cè)試方法.142 計(jì)算器功能測(cè)試.143 測(cè)試結(jié)果分析.14七、 結(jié)束語(yǔ)

2、.1521. 心得感悟.152. 改進(jìn)的設(shè)想.15八、 附錄.151. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖.152. 設(shè)計(jì)程序.15摘 要電子計(jì)算器是日常生活中常用的電子計(jì)算儀器，他廣泛應(yīng)用于超市、大中型商場(chǎng)、大小企業(yè)與學(xué)校中。具有精度高。體積小、應(yīng)用范圍廣泛、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。本作品以 MCS-51 系列中的 AT89C51 單片機(jī)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)單步加、減、乘、除運(yùn)算。該系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)矩陣鍵盤(pán)掃描，判斷是否按鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì) 4*4 鍵盤(pán)掃描進(jìn)行實(shí)時(shí)的按鍵檢測(cè)，并把檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)。經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換把數(shù)值送入lcd1602 液晶屏顯示。整個(gè)計(jì)算器系統(tǒng)的工作過(guò)程為：首先存儲(chǔ)單元初始化，顯示初始值和鍵盤(pán)掃描，判斷按鍵位置，查表得出按

3、鍵值，單片機(jī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存與相應(yīng)處理轉(zhuǎn)換，之后送入 lcd1602 顯示。整個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)主要功能模塊：功能模塊一，實(shí)時(shí)鍵盤(pán)掃描；功能模塊二，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為了數(shù)碼管顯示；功能模塊三，lcd1602 顯示。能實(shí)現(xiàn) 6 位或 6 位以?xún)?nèi)的精確運(yùn)算，若輸出數(shù)據(jù)超過(guò) 6 位則會(huì)以科學(xué)計(jì)數(shù)法顯示。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：AT89C51 單片機(jī)；計(jì)算器；加減乘除；矩陣鍵盤(pán)；液晶屏31、前言本設(shè)計(jì)是基于 51 系列單片機(jī)來(lái)進(jìn)行的數(shù)字計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以完成計(jì)算器的鍵盤(pán)輸入，進(jìn)行加、減、乘、除基本四則運(yùn)算，并在 LCD 上顯示相應(yīng)的結(jié)果；設(shè)計(jì)電路采用 STC89C51 單片機(jī)為主要控制電路，顯示采用1602LCD 顯

4、示；軟件方面使用 C 語(yǔ)言編程。最后用 PROSE99 畫(huà) PCB，焊接萬(wàn)用板，進(jìn)行硬件調(diào)試。1) 主要的問(wèn)題及目標(biāo)：鍵盤(pán)輸入數(shù)值顯示能實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除四則運(yùn)算；可計(jì)算小數(shù)，負(fù)數(shù)；當(dāng)計(jì)算器執(zhí)行過(guò)程中有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)在液晶屏上做出相應(yīng)的提示。當(dāng)除數(shù)為 0 時(shí)，程序運(yùn)算出錯(cuò)，液晶屏?xí)@示+INF。2) 針對(duì)上述目標(biāo)，做出以下的設(shè)計(jì)：以 STC89C51 位主控芯片，P0 口連接 1602 液晶屏，P1 口連接 4*4 矩陣鍵盤(pán)。將所有輸入數(shù)據(jù)已浮點(diǎn)型進(jìn)行運(yùn)算，故最大輸入數(shù)據(jù)為 16 位。為了更好的顯示效果使用采用 1602 液晶屏作為顯示模塊。由于按鍵包含數(shù)字鍵“09”與“+”“-”“*”“/”“.

5、”“=”這16 個(gè)按鍵。故以 4*4 矩陣鍵盤(pán)作為輸入模塊。以 3 節(jié)串聯(lián)的 5 號(hào)電池作為電源。3) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)：實(shí)用性可靠性美觀性42、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1. 方案一顯示模塊采用數(shù)碼管，數(shù)值只能顯示一行，且無(wú)法顯示“+”“*”“/”“=”等符號(hào)。使用效果欠佳。電源模塊采用USB，電壓為5.0V，符合單片機(jī)的要求。但使計(jì)算器不方便使用，必須通過(guò)USB通電，實(shí)用性不強(qiáng)。功能設(shè)計(jì)中添加復(fù)位鍵，可以使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，確保微機(jī)系統(tǒng)中穩(wěn)定可靠，避免計(jì)算器出現(xiàn)“死機(jī)”“程序走飛”等現(xiàn)象。但添加復(fù)位鍵會(huì)使計(jì)算器顯得繁瑣。雙精度型（double ），占用64位的存儲(chǔ)空間。在操作值很大的數(shù)字時(shí)，雙精度型是最好

6、的選擇。2. 方案二顯示模塊：數(shù)碼管電源模塊：USB功能設(shè)計(jì)：有復(fù)位鍵數(shù)據(jù)類(lèi)型：雙精度浮點(diǎn)型電源模塊：USB顯示模塊：1602lcd電源模塊：電池盒功能設(shè)計(jì)：上電復(fù)位數(shù)據(jù)類(lèi)型：?jiǎn)尉雀↑c(diǎn)型方案一方案二5以1602lcd作為顯示器,可顯示雙行數(shù)據(jù)，還可以顯示多種運(yùn)算符號(hào)。實(shí)用性強(qiáng)，便于計(jì)算器的升級(jí)。將獨(dú)立電源盒作為電源，以3節(jié)5號(hào)電池串聯(lián)，電壓可達(dá)4.5V，可以使單片機(jī)正常工作。并且易于攜帶，給使用者帶來(lái)很大便利。采用上電復(fù)位，將復(fù)位電路與電源開(kāi)關(guān)結(jié)合。既可以確保微機(jī)系統(tǒng)中穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，又使計(jì)算器更為精簡(jiǎn)。 單精度浮點(diǎn)型（float ）專(zhuān)指占用32位存儲(chǔ)空間的單精度值。單精度在一些處理器上比雙

7、精度更快而且只占用雙精度一半的空間，但是當(dāng)值很大或很小的時(shí)候，它將變得不精確。當(dāng)你需要小數(shù)部分并且對(duì)精度的要求不高時(shí)，單精度浮點(diǎn)型的變量是有用的。結(jié)合上述考慮論證，小組采用方案二作為計(jì)算器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。結(jié)合上述考慮論證，小組采用方案二作為計(jì)算器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。3、理論分析與計(jì)算本作品為了要實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入，液晶顯示屏輸出，加、減、乘、除計(jì)算，上電復(fù)位等功能。小組做出以下的分析與計(jì)算：將4*4矩陣鍵盤(pán)連接到單片機(jī)的P1口上，液晶顯示屏連接到P0口上。并在軟件中用矩陣鍵盤(pán)掃描程序?qū)ζ鋵?shí)時(shí)檢測(cè)，將鍵盤(pán)輸入的數(shù)據(jù)顯示到液晶屏上，并通過(guò)運(yùn)算程序計(jì)算，最終將計(jì)算結(jié)果輸出到液晶屏上。將輸入與輸出數(shù)據(jù)以單精度浮

8、點(diǎn)型定義，以%g或%f顯示輸出數(shù)據(jù)，可顯示精確數(shù)字或以科學(xué)計(jì)數(shù)法表示。64、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)1. 顯示模塊液晶顯示器（LCD）的主要原理是一電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫(huà)面。本系統(tǒng)采用的1602液晶為5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，可顯示兩行，每行16個(gè)字符，能顯示漢字，內(nèi)置128個(gè)字符的ASCII字符集字庫(kù)，只有并行接口，無(wú)串行接口。2. 輸入模塊4*4矩陣鍵盤(pán)將16個(gè)按鍵排成4行4列，第一行將每個(gè)按鍵的一端連在一起構(gòu)成行線，第一列將每個(gè)按鍵的另一端連接在一起構(gòu)成列線，共有4行4列8根線，將這八根線接到單片機(jī)的8個(gè)I/O口上，通過(guò)程序掃描鍵盤(pán)就可檢測(cè)16個(gè)鍵。73. 控制模塊 AT89

9、C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C51 是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT

10、89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。84. 元器件的選擇1602LCD、4*4矩陣鍵盤(pán)、10千歐排阻、自鎖開(kāi)關(guān)、20pF電容、12MHZ晶振、103千歐電位器。5. 特殊器件的簡(jiǎn)介自鎖開(kāi)關(guān)是指開(kāi)關(guān)自帶機(jī)械鎖定功能，按下去，松手后按鈕是不會(huì)完全跳起來(lái)的，處于鎖定狀態(tài)，需要再按一次，才解鎖完全跳起來(lái)。按下后接通，彈起來(lái)后斷開(kāi)。6. 各單元模塊的連接P0 單片機(jī)P2P1P31602LCD鍵盤(pán)晶振9如圖所示：液晶接PO口，鍵盤(pán)接P1口。液晶使能端P2.5，液晶數(shù)據(jù)命令選擇端P2.6，液晶讀寫(xiě)選擇端P2.7。電源正負(fù)極分別接到VCC和GND。5、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)原

11、理以keilV4.0設(shè)計(jì)。采用大循環(huán)嵌套的設(shè)計(jì)思想。程序主要由“液晶顯示模塊”“矩陣鍵盤(pán)掃描模塊”“運(yùn)算模塊”構(gòu)成。大循環(huán)一直進(jìn)行，是計(jì)算器一直處于工作狀態(tài)。不停地調(diào)用鍵盤(pán)掃描函數(shù)，將鍵盤(pán)輸入的數(shù)據(jù)送給液晶顯示與運(yùn)算模塊，經(jīng)運(yùn)算模塊計(jì)算出結(jié)果后，只需調(diào)用液晶顯示的子函數(shù)就可將答案顯示到液晶屏上。2. 程序結(jié)構(gòu)框圖10定義變量，便于后面程序的使用。位定義：液晶使能端P2.5，液晶數(shù)據(jù)命令選擇端P2.6，液晶讀寫(xiě)選擇端P2.7。初始化：液晶開(kāi)顯示，清屏。矩陣鍵盤(pán)掃描程序：包含軟件去逗，在大循環(huán)中不斷調(diào)用鍵盤(pán)掃描程序當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下后，如果是有效值就進(jìn)行處理，否則繼續(xù)掃描鍵盤(pán)。3. 程序流程框圖矩陣

12、鍵盤(pán)掃描程序1602 顯示程序運(yùn)算模塊主函數(shù)初始化大循環(huán)處理錯(cuò)誤調(diào)用頭文件變量定義位定義11否是否是否是開(kāi)始初始化鍵盤(pán)掃描有鍵按下？返回值為 09？計(jì)算第一次輸入的數(shù)值鍵盤(pán)掃描有按鍵按下？12是否是否返回值為09？計(jì)算第二次輸入的數(shù)值計(jì)算運(yùn)算結(jié)果有按鍵按下？LCD 顯示136、系統(tǒng)測(cè)試1測(cè)試方法將計(jì)算器斷電，把萬(wàn)用表調(diào)到蜂鳴器檔上，把萬(wàn)用表兩表筆放在待測(cè)的兩個(gè)端子上，若短路蜂鳴器就會(huì)響。經(jīng)測(cè)得開(kāi)關(guān)處電路存在短路，經(jīng)修復(fù)后電路焊接正常。2計(jì)算器功能測(cè)試加法測(cè)試：減法測(cè)試：乘法測(cè)試：除法測(cè)試：錯(cuò)誤處理：3測(cè)試結(jié)果分析經(jīng)測(cè)試，各項(xiàng)功能均已達(dá)成。對(duì)于一般的整形運(yùn)算，計(jì)算器能準(zhǔn)確無(wú)誤的計(jì)算出來(lái)。由于使用

13、浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，計(jì)算器只能進(jìn)行67位以?xún)?nèi)的精確運(yùn)算。147、結(jié)束語(yǔ)1. 心得感悟經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)與制作，本小組完成了基于51單片機(jī)的計(jì)算器的設(shè)計(jì)。期間我們遇到許多困難和問(wèn)題都一一解決，最終完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，體會(huì)到團(tuán)體合作與成功的喜悅。我感到只有親手實(shí)踐才能更深刻，更全面的學(xué)好知識(shí)，并且要在設(shè)計(jì)制作中多加入自己的想法，力求創(chuàng)新而不要模仿前人做過(guò)的作品。在設(shè)計(jì)的每一小步都要盡自己最大努力做到最好，這樣才能做出出色的作品。2. 改進(jìn)的設(shè)想1)使計(jì)算器能完成多步混合運(yùn)算的功能。2)添加一個(gè)功能鍵，當(dāng)按下功能鍵后改變矩陣鍵盤(pán)的鍵值。將第四列改為平方，開(kāi)根號(hào)，求模，求余。再次按下此鍵后第四列改回加，減，

14、乘，除。并設(shè)計(jì)一個(gè)led燈來(lái)顯示鍵值是否被改變。8、附錄1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖2. 設(shè)計(jì)程序#include#include#include15#define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define check_busysbit rs = P27;sbit rw = P26;sbit en = P25;void delay(int z)int x,y; for (x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/*判忙函數(shù)*/ bit LCD_check_busy()/當(dāng)LCD“忙”時(shí)，LCD的DATA.7位輸出為高電平信號(hào)，

15、當(dāng)LCD“不忙”時(shí)，LCD的DATA.7位輸出為低電平信號(hào) P0= 0 xFF;/為便于檢測(cè)16 rs=0;/rs=0,rw=1,en=1 忙 rw=1;/ void busy(void) P1=0 xff; RS=0; RW=1; E=1; while(P1&0 x80)=0 x80); E=0; en=0; _nop_(); en=1; return (bit)(P0 & 0 x80); / else /*lcd1602判忙函數(shù) bit LCD_Check_Busy(void) bit result;/修改了判忙函數(shù) DataPort= 0 xFF; RS=0; RW=1;

16、 EN=1; _nop_(); 17 result=(bit)(DataPort & 0 x80); EN=0; return result;*/ return 0; /*寫(xiě)入命令函數(shù)*/ void write_com(uchar com) while(LCD_check_busy(); /忙則等待 rs=0; rw=0; en=1; P0= com; _nop_(); en=0;18 /*寫(xiě)入數(shù)據(jù)函數(shù)*/ void write_dat(uchar dat) while(LCD_check_busy(); /忙則等待 rs=1; rw=0; en=1; P0= dat; _nop_()

17、; en=0; /*寫(xiě)入字符函數(shù)*/void LCD_write_char(uchar x,uchar y,uchar dat) if (y = 0) write_com(0 x80 + x); 19 else write_com(0 xC0 + x); write_dat( dat); /*寫(xiě)入字符串函數(shù)*/? void write_string(uchar x,uchar y,uchar *s) while (*s) LCD_write_char(x,y,*s); s+; x+; 20/*初始化函數(shù)*/ void LCD_init() write_com(0 x38); /*顯示模式設(shè)置*

18、/ delay(5); write_com(0 x06);/*顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置*/ delay(5); write_com(0 x0C); /*顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置*/ write_com(0 x01); /*顯示清屏*/ /*按鍵掃描函數(shù)，返回掃描鍵值*/uchar keyscan() /鍵盤(pán)掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法 unsigned char cord_h,cord_l;/行列值中間變量 P1=0 x0f; /行線輸出全為0 cord_h=P1&0 x0f; /讀入列線值21 if(cord_h!=0 x0f) /先檢測(cè)有無(wú)按鍵按下 delay(10); /去抖 if(P1&

19、;0 x0f)!=0 x0f) cord_h=P1&0 x0f; /讀入列線值 P1=cord_h|0 xf0; /輸出當(dāng)前列線值 cord_l=P1&0 xf0; /讀入行線值 while(P1&0 xf0)!=0 xf0);/等待松開(kāi)并輸出 return(cord_h+cord_l);/鍵盤(pán)最后組合碼值 return(0 xff); /返回該值unsigned char keypro() switch(keyscan() 22 case 0 x7e:return +;break; case 0 x7d:return -;break; case 0 x7b:retur

20、n x;break; case 0 x77:return /;break; case 0 xbe:return 3;break; case 0 xbd:return 6;break; case 0 xbb:return 9;break; case 0 xb7:return =;break; case 0 xde:return 2;break; case 0 xdd:return 5;break; case 0 xdb:return 8;break; case 0 xd7:return 0;break; case 0 xee:return 1;break; case 0 xed:return 4

21、;break; case 0 xeb:return 7;break; case 0 xe7:return .;break; default:return 0 xff;break; 23/*主函數(shù)*/void main() unsigned char num,i,sign; unsigned char temp16; /最大輸入16個(gè) bit firstflag; float a=0,b=0; unsigned char s; LCD_init(); /初始化液晶屏 delay(10);/延時(shí)用于穩(wěn)定，可以去掉 write_com(0 x01); /清屏 while (1) /主循環(huán) num=keypro(); /掃描鍵盤(pán) if(num!=0 xff) /如果掃描是按鍵有效值則進(jìn)行處理 24 if(i=0) /輸入是第一個(gè)字符的時(shí)候需要把該行清空，方便觀看 write_com(0 x01); if(+=num)| (i=16) | (-=num) | (x=num)| (/=num) | (=num)/輸入數(shù)字最大值16，輸入符號(hào)表示輸入結(jié)束 i=0; /計(jì)數(shù)器復(fù)位 if(firstflag=0) /如果是輸入的第一個(gè)數(shù)據(jù)，賦值