基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)摘 要:本計(jì)算器是以MCS-51系列8051單片機(jī)為核心構(gòu)成的簡(jiǎn)易計(jì)算器系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)控制，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)。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LED顯示器動(dòng)態(tài)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)換成顯示器顯示；功能模塊三，顯示器靜態(tài)顯示.關(guān)鍵字：AT89C51 單片機(jī) 按鍵控制 LED顯示第1章 引言計(jì)算器一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)、顯示器、電源和一些可選

2、外圍設(shè)備及電子配件通過(guò)人工或機(jī)器設(shè)備組成。低檔計(jì)算器的運(yùn)算器、控制器由數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的串行運(yùn)算，其隨機(jī)存儲(chǔ)器只有一、二個(gè)單元，供累加存儲(chǔ)用。高檔計(jì)算器由微處理器和只讀存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)算程序，有較多的隨機(jī)存儲(chǔ)單元以存放輸入程序和數(shù)據(jù)。本計(jì)算器整個(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)換成顯示器顯示；功能模塊三，顯示器動(dòng)態(tài)顯示.具體設(shè)計(jì)如下：1、由于要設(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)單的計(jì)算器，可以進(jìn)行四則運(yùn)算，為了得到教好的顯示效果，采用LCD顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。2、另外鍵盤(pán)包括數(shù)字鍵（0-9）、符號(hào)鍵（+、-、*、/）、清除鍵和等號(hào)鍵，故只需要16個(gè)按鍵即可，設(shè)計(jì)中采用集成

3、的計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)。3、執(zhí)行程序：開(kāi)機(jī)顯示零，等待鍵入數(shù)值，當(dāng)鍵入數(shù)字，通過(guò)LCD顯示出來(lái)，當(dāng)鍵入+、-、*、/運(yùn)算符，計(jì)算器在內(nèi)部執(zhí)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，并等待再次鍵入數(shù)值后將顯示鍵入的數(shù)值，按等號(hào)就會(huì)在LCD上輸出運(yùn)算結(jié)果。4、錯(cuò)誤提示：當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序中有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)在LCD上顯示相應(yīng)的提示，如：當(dāng)輸入的數(shù)值或計(jì)算器得到的結(jié)果大于計(jì)算器的顯示范圍時(shí)，計(jì)算器會(huì)在LCD上提示溢出；當(dāng)除數(shù)為0時(shí)，計(jì)算器會(huì)在LCD上提示錯(cuò)誤。第二章 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體和裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)硬件的芯片，在實(shí)際應(yīng)

4、用中，通常很難直接和被控對(duì)象進(jìn)行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對(duì)象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用以AT89C51單片機(jī)為主控單元。顯示部分：采用LCD靜態(tài)顯示。按鍵部分，采用4*4鍵盤(pán)。硬件電路如下：2.1 鍵盤(pán)接口電路計(jì)算機(jī)輸入數(shù)字和其他功能按鍵時(shí)要用到很多按鍵，在這種情況下，編程會(huì)很簡(jiǎn)單，但是會(huì)占用大量的I/O口資源，因此在很多情況下都不采用這樣的方式，而是采用矩陣鍵盤(pán)的方式。矩陣鍵盤(pán)采用四條I/O線(xiàn)作為行線(xiàn)，四條I/O線(xiàn)作為列線(xiàn)組成鍵盤(pán)，在行線(xiàn)和列線(xiàn)的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤(pán)上按鍵的數(shù)量就為4*4個(gè)。這樣行列式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)能有效的提高單片機(jī)

5、系統(tǒng)中I/O口的利用率。計(jì)算器的鍵盤(pán)布局所示：一般有16個(gè)鍵組成，在單片機(jī)中正好有一個(gè)端口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能，這種形式在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用。矩陣鍵盤(pán)內(nèi)部電路如下：2.11 LCD顯示模塊本設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示器來(lái)顯示輸出數(shù)據(jù)。LCD的特性有：1、+5V電壓，對(duì)比可調(diào)度；2、內(nèi)含復(fù)位電路；3、提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；4、有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM;5、內(nèi)建有160個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM;6、8個(gè)可由用戶(hù)自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。本設(shè)計(jì)通過(guò)D0-D7引腳向LCD寫(xiě)指令字或?qū)憯?shù)據(jù)以使LCD實(shí)現(xiàn)不同的功能或顯示相應(yīng)的數(shù)

6、據(jù)。接口電路如下：2.111運(yùn)算模塊MCS-51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多功能I/O等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由以下功能部件組成，即微處理器(CPU)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM），并行I/O口，串行口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的一些功能，通過(guò)使用單片機(jī)編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能、高效率以及高可靠性，因此采用單片機(jī)作為計(jì)算器的主要功能部件，可以很快的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能。運(yùn)算模塊由鍵盤(pán)和顯示屏組成。單片機(jī)通過(guò)按鍵

7、來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)和操作方式的控制，在運(yùn)算過(guò)程中，對(duì)所設(shè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行四則運(yùn)算時(shí)，要先確定選用的是哪一個(gè)運(yùn)算符，若是+或*，則要判斷結(jié)果是否會(huì)溢出，溢出則顯示錯(cuò)誤提示，沒(méi)有溢出則顯示運(yùn)算結(jié)果，若是/，則要判斷除數(shù)是否為零，為零時(shí)顯示錯(cuò)誤提示，不為零顯示運(yùn)算結(jié)果。第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1鍵掃程序設(shè)計(jì)YN開(kāi)始有鍵閉合否？去抖動(dòng)確有鍵按下判斷鍵號(hào)釋放返回返回YNYN鍵掃程序的過(guò)程為：開(kāi)始時(shí)，先判斷是否有鍵閉合，無(wú)鍵閉合時(shí)，返回繼續(xù)判斷，有鍵閉合時(shí)，先去抖動(dòng)，然后確定是否有鍵按下，若無(wú)鍵按下，則返回繼續(xù)判斷是否有鍵閉合，若有鍵按下，則判斷鍵號(hào)，然后釋放，若釋放按鍵完畢，則返回，若沒(méi)有釋放按鍵，則返回繼續(xù)釋放。

8、流程圖如下：3.11 算術(shù)運(yùn)算程序設(shè)計(jì)算術(shù)運(yùn)算程序的過(guò)程為：先判斷輸入的運(yùn)算符是+、-、*、/ 中的哪一個(gè)，若是+或-，則要判斷運(yùn)算結(jié)果是否溢出，溢出則顯示錯(cuò)誤信息，沒(méi)溢出就顯示運(yùn)算結(jié)果，若是/，則要先判斷除數(shù)是否為零，為零就顯示錯(cuò)誤信息，不為零則顯示運(yùn)算結(jié)果，若是-，則直接顯示運(yùn)算結(jié)果，流程圖：開(kāi)始運(yùn)算符是？加乘減除運(yùn)算結(jié)溢出？除數(shù)為0？錯(cuò)誤信息送顯示 緩沖顯示結(jié)果YYNN3.111 顯示程序設(shè)計(jì) 顯示程序的過(guò)程為：顯示開(kāi)始時(shí)，先進(jìn)行LCD的初始化，判斷是否顯示，若不顯示，則返回，若有顯示則進(jìn)行相應(yīng)功能的設(shè)置，然后送地址和數(shù)據(jù)，再判斷是否顯示完,顯示完則返回，沒(méi)有顯示完則繼續(xù)送地址.流程圖：

9、顯示開(kāi)始NY返回送數(shù)據(jù)送地址相應(yīng)功能設(shè)置是否顯示完顯示LCD初始化3.1111 C程序的圖片 第四章 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求1、由于要設(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)單的計(jì)算器，可以進(jìn)行四則運(yùn)算，為了得到教好的顯示效果，采用LCD顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。2、另外鍵盤(pán)包括數(shù)字鍵（0-9）、符號(hào)鍵（+、-、*、/）、清除鍵和等號(hào)鍵，故只需要16個(gè)按鍵即可，設(shè)計(jì)中采用集成的計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)。3、執(zhí)行程序：開(kāi)機(jī)顯示零，等待鍵入數(shù)值，當(dāng)鍵入數(shù)字，通過(guò)LCD顯示出來(lái)，當(dāng)鍵入+、-、*、/運(yùn)算符，計(jì)算器在內(nèi)部執(zhí)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，并等待再次鍵入數(shù)值后將顯示鍵入的數(shù)值，按等號(hào)就會(huì)在LCD上輸出運(yùn)算結(jié)果。4、錯(cuò)誤提示：當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序中有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)在LCD上顯示相應(yīng)的提示，如：當(dāng)輸入的數(shù)值或計(jì)算器得到的結(jié)果大于計(jì)算器的顯示范圍時(shí)，計(jì)算器會(huì)在LCD上提示溢出；當(dāng)除數(shù)為0時(shí)，計(jì)算器會(huì)在LCD上提示錯(cuò)誤。第五章實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析調(diào)試一般分為以下四個(gè)階段：1、編寫(xiě)程序并查錯(cuò)；2、在C語(yǔ)言的編譯系統(tǒng)中編譯源程序3、對(duì)程序進(jìn)行編譯連接，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯(cuò)誤；4、改正錯(cuò)誤; 5 、仿真在本次調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題有：1、