基于51单片机的计算器设计

1、目录第一章 引言31.1 简述简易计算器.31.2 本设计主要任务.31.3 系统主要功能.4第二章 系统主要硬件电路设计.42.1 系统的硬件构成及功能.4 2.2 键盘电路设计.5 2.3 显示电路设计.6第三章 系统软件设计.73.1 计算器的软件规划.7 3.2 键盘扫描的程序设计.7 3.3 显示模块的程序设计.8 3.4 主程序的设计.9 3.5 软件的可靠性设计.9第四章 调试.9第五章 结束语.10参考文献.11附录源程序.11第一章 引言1.1 简述简易计算器近几年单片机技术的发展很快，其中电子产品的更新速度迅猛。计算器是日常生活中比较的常见的电子产品之一。如何才能使计算器技

2、术更加的成熟，充分利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器呢?本设计是以at89s52单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用46矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除9位带符号数字运算，并在lcd1602上显示操作过程。科技的进步告别了以前复杂的模拟电路，一块几厘米平方的单片机可以省去很多繁琐的电路。现在应用较广泛的是科学计算器，与我们日常所用的简单计算器有较大差别，除了能进行加减乘除，科学计算器还可以进行正数的四则运算和乘方、开方运算，具有指数、对数、三角函数、反三角函数及存储等计算功能。计算器的未来是小型化和轻便化,现在市面上出现的使用太阳能电池的计算器,使用asic设计的计算器,如使

3、用纯软件实现的计算器等，未来的智能化计算器将是我们的发展方向，更希望成为应用广泛的计算工具。1.2 本设计主要任务以下是初步设定的矩阵键盘简易计算器的功能：1.扩展4*6键盘，其中10个数字，5个功能键，1个清零2.强化对于电路的焊接3.使用五位数码管接口电路4.完成十进制的四则运算（加、减、乘、除）； 5.实现结果低于五位的连续运算；6.使用keil 软件编写程序，使用汇编语言； 7.最后用ptoteus模拟仿真;8.学会对电路的调试1.3 系统主要功能本设计是一个实现加减乘除的计算器，它的硬件主要由四部分构成，一个8051单片机芯片，两个八段共阴极数码管，一个4*4键盘，它可以实现一位数的

4、加减乘除运算。显示部分：采用led动态显示。按键部分：采用4*4键盘。采用软件识别键值，并执行相应的操作。第二章 系统主要硬件电路设计2.1 系统的硬件构成及功能主要用到的硬件：at89s52 lcd液晶显示屏 编码键盘 硬件分配：1、p0、p3口：做为输出口，控制lcd液晶显示屏显示数据的结果。2、p1口：做为输入口，与键盘连接，实现数据的输入。3、lcd液晶显示屏显示输出。为了更好的实现系统得功能，硬件电路的设计应该遵循以下原则：1、优化硬件电路采用软件设计与硬件设计相结合的方法；尽管采用软件来实现硬件系统的功能时，也许响应时间会比单纯使用硬件时长，而且还要占用微处理器(mcu)的时间；但

5、是，用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高电路的可靠性。所以，在设计本系统得时候，在满足可靠性和实时性的前提下，尽可能的通过软件来实现硬件功能。2、可靠性及抗干扰设计根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长。而且，所用芯片数量越少，地址和数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越小。因此，系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片。3、灵活的功能扩展功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善以及进行功能升级。进行功能扩展时，应该在原有设计的基础上，通过修改软件程序和少量硬件完成。对于本系统而言

6、，就是要求在系统硬件不变的情况下，能够通过修改软件程序，完成功能的升级和扩展。根据第提出的系统设计方案，结合以上三条原则，确定了系统硬件的设计。计算器主要由以下一些功能模块构成：非编码键盘模块、lcd液晶显示屏模块等。该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。at89s52 单片机与lcd液晶显示屏显示电路是整个电路的核心，它们实现系统的功能要求。简易计算器主要包括：键盘电路，显示电路。下图为总体硬件结构。（如图2-1 所示为整个系统的原理图）图2-1 计算器原理图前面叙述了该系统的设计说明，系统采用了比较简单的设计方案，所以该系统的硬件设计的总外围电路不会产生过多的干扰。在下面的阐述中，对系统

7、的外围电路分别予以介绍。键盘部分采用编码键盘，显示部分采用lcd液晶显示屏完全能够很好的实现显示方面的要求。2.2 键盘电路的设计键盘可分为两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是较多按键（20个以上）和专用驱动芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动、连击等问题，直接输出按键的编码，无需系统软件干预。通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。在智能仪器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片hd7279均可以组成编码键盘，同时还可以兼顾数码管的显示驱动，其相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。当系统功能比较复杂，按键数量很多时，采用编码键盘可以简化软件设计。非编码键盘成本低廉。

8、从成本角度出发，本设计选用的是非编码键盘。如图2-2图2-2 编码键盘电路2.3 显示电路的设计当系统需要显示少量数据时，采用lcd液晶显示屏进行显示是一种经济实用的方法。p0口作为液晶显示的数据端口，p3.5-p3.7口作为其控制端口，控制lcd液晶显示屏显示输出数据。最终电路如图2.3所示： 图2.3 lcd液晶显示屏显示第三章 系统软件设计3.1计算器的软件规划简易计算器的程序主要包括以下功能模块： 1、定时查键模块，分为读键程序、判键程序段、运算操作子程序等部分； 2、基于lcd液晶显示屏的显示模块； 3、主模块，为系统的初始化。 3.2 键盘扫描的程序设计键盘扫描子程序，首先读出p1

9、的低四位，然后读出p1口的高四位。然后键值并显示缓存。然后将键如的值转换为ascii码然后就可以软件来设置硬件按键各个键代表的内容。 读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。第一次所有行线均输出低电平，从所有读入键盘信息（列信息）；第二次所有列线均输出低电平，从所有行线读入键盘信息（行信息）。数字键按下则将相应的数字送入缓存区，功能键按下则执行相应的程序。 3.3 显示模块的程序设计显示模块程序首先要对显示模块进行初始化；然后控制光标的位置；定义液晶显示的控制端口，用sbit指令完成；然后设置清屏、关闭显示、归位、开显示、显示位置的首地址等等。显示模块的流程图如图3

10、.3所示：延时程序开始检测led是否在忙扫描键盘y n加减乘除运算子程序液晶显示结束图5.3模块的流程图3.4 主程序的设计 主程序主要是用来对lcd液晶显示屏进行初始化的。3.5 软件的可靠性设计 提高本仪器其可靠性措施主要有： 1、为防止程序跑飞，软件中设置了软件陷阱。 2、为防止程序死循环，软件中使用了看门狗技术。第四章 调试keil调试与仿真keil c51标准 c编译器是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑、编译、仿真于一体，支持汇编、plm 语言和 c 语言的程序设计。1. 启动 keil c51 进入编辑界面 建立一个新工程：单击project菜单，在弹出的下拉菜单中选中

11、new project选项。选择保存路径,输入工程文件名。2. 工程文件保存完毕之后，提示选择单片机的型号。keil支持近乎所有51核的单片机。单击 file菜单，选择new。3.文件保存：使用汇编编写，文件后缀名为.asm或 a51。完成后，单击“保存”按钮保存文件。4.在source group 上单击右键，找到刚才保存的源文件 ，然后添加add 5. 在编辑完成之后，需要进行程序的编译。点开project选项，单击 build target；或是利用快捷键 f7。 6. 在程序调试的时候，点击debug 选项，选择 start/stop debug session。 7. 以上是使用 k

12、eil建立一个完整工程文件的过程。下载到单片机之中，则需要 生 成 hex 文 件 。 单 击 “project” 菜 单 ， 再 在 下 拉 菜 单 中 单 击出现选项对话框。在选项对话框的“output”页面对话框中，单击“create hex file” 选项，使程序编译后产生 hex 代码，供下载器软件使用。 4.2.调试过程 在debug调试下，如有错误时，下面窗口将有提示说明错误个数和具体哪一行有错，还有对于错误的说明，大多数格式使用不当，此时在那一行前后仔细检查，要考虑格式，语法等基本性错误。 即使调试没错时，程序也不是代表完全正确，需要结合硬件来确定改程序的功能是否完全实现了。

13、图4-1keil调试图 图4-1keil调试图第五章 结束语 选择这个课题的时候，完全是由于兴趣，因为觉得这个课题比较的有意思，比较贴近生活。参考了一些范文和参考书后，作出了这篇设计报告。在期间，感觉自己的视野和对于单片机的应用都有了新的认识和拓展。 在硬件的制作过程中我走了好多的弯路，主要是在系统还没有设计很有把握就开始动手制作了。后来发现与设计的要求还有偏差，反复的改过了几次，浪费了大量的时间和体力。感受到设计人员要有耐心，要认真的从要求开始研究。软件的编写过程中费了很大的力气，因为软件的编写要求很高，要很细心，一不小心就会调用错误，很深刻的体会到作为软件编程人员是绝不能粗心大意的。一个程

14、序的完成的速度和质量高低与细心与否有着很大联系。编程时，我充分使用了结构化的思想。这样因为语句较少，程序调试比较方便，功能模块可以逐一的调试，充分体现了结构化编程的优势。当每个模块都完成时，将其功能加到一起就完成了整体的设计。参考文献【1】张靖武,周灵杉.单片机系统的proteus设计与仿真m.北京：北京电子工业出版社【2】靳达.求是科技.单片机应用系统开发实例导航m.：人民邮电出版社,2006【3】刘守义. 单片机应用技术m.：西安电子科技大学出版社,2001【4】林志琦.基于proteus的单片机可视化软硬件仿真m.北京：北京航空航天大学出版社,2006【5】胡汉才.单片机原理及接口技术.

15、清华大学出版社,1996【6】徐江海.单片机实用教程m.北京：机械工业出版社，2007.【7】肖洪兵. 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8【8】夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001【9】谭浩强. c语言程序设计m.北京：清华大学出版社，2000.【11】张磊. c语言程序设计m.北京：高等教育出版社，2005.【12】严桂兰. c语言程序设计m.厦门：厦门大学出版社，2006附录 源程序/*- 名称：液晶显示计算器 日期：2012.11.30 内容：整数之间运算，没有小数所有除法得出的结果不正确，有负号运算，-*/#include

16、 /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include#define keyport p1#define dataport p0 /定义数据端口 程序中遇到dataport 则用p0 替换sbit latch1=p22;/定义锁存使能端口 段锁存sbit latch2=p23;/ 位锁存unsigned char code dofly_duanma10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ 显示段码值09unsigned char code dofly_weima=0xfe,0xfd,0xfb,0xf

17、7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/分别对应相应的数码管点亮,即位码unsigned char tempdata8; /存储显示值的全局变量extern unsigned char tempdata8; /存储显示值的全局变量extern unsigned char code dofly_duanma10;/*- 显示函数，用于动态扫描数码管 输入参数 firstbit 表示需要显示的第一位，如赋值2表示从第三个数码管开始显示 如输入0表示从第一个显示。 num表示需要显示的位数，如需要显示99两位数值则该值输入2-*/*-按键扫描函数，返回扫描键值-*/unsigned char

18、keyscan(void); /键盘扫描函数，使用行列反转扫描法/*-按键值处理函数，返回扫键值-*/unsigned char keypro(void);void display(unsigned char firstbit,unsigned char num);/*- 定时器初始化子程序-*/void init_timer0(void);/*- us延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12m，精确延时请使用汇编,大致延时 长度如下 t=tx2+5 us -*/void del

19、ayus2x(unsigned char t);/*- ms延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12m，精确延时请使用汇编-*/void delayms(unsigned char t);/*- 主程序-*/main() unsigned char num,i,sign; unsigned char temp8; /最大输入8个 bit firstflag; int a=0,b=0; unsigned char s; init_timer0(); /初始化定时器0while (1

20、) /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改行清空，方便观看 for(s=0;s8;s+) /赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果 tempdatas=0; if(+=num)| (i=8) | (-=num) | (x=num)| (/=num) | (=num)/输入数字最大值8，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(tem

21、p,%d,&a);/从一个字符串输入到变量 firstflag=1; else sscanf(temp,%d,&b); for(s=0;s8;s+) /赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果 temps=0; 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; spr

22、intf(temp,%d,a); /打印十进制到临时缓冲区 for(s=0;s8;s+) /由于打印的是ascii码值 if(temps=0) /所以需要转换，如果为0表示null 数码管上则不能显示，所以赋值0 tempdatas=0;else if(temps=0x2d)/表示负号，数码管显示负号 0x40 tempdatas=0x40; else tempdatas=dofly_duanmatemps-0;/其他0-9负号则进行ascii 到 数字处理，如当前是3，用3-0=3 /3的16进制是0x33,0的16进制是0x30 sign=0;a=b=0; /用完后所有数据清零 for(s

23、=0;s8;s+) temps=0; elseif(i16) tempi=num+0; tempdatai=dofly_duanmanum;/输出数据 i+; /输入数值累加 /*-按键扫描函数，返回扫描键值-*/unsigned char keyscan(void) /键盘扫描函数，使用行列反转扫描法 unsigned char cord_h,cord_l;/行列值中间变量 keyport=0x0f; /行线输出全为0 cord_h=keyport&0x0f; /读入列线值 if(cord_h!=0x0f) /先检测有无按键按下 delayms(10); /去抖 if(keyport&0x0

24、f)!=0x0f) cord_h=keyport&0x0f; /读入列线值 keyport=cord_h|0xf0; /输出当前列线值 cord_l=keyport&0xf0; /读入行线值 while(keyport&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/*- 按键值处理函数，返回扫键值 可以根据需要改变返回值 | 1 | 2 | 3 | + | | 4 | 5 | 6 | - | | 7 | 8 | 9 | * | | 0 | . | = | / | -*/unsigned cha

25、r keypro(void) switch(keyscan() case 0x7e:return 1 ;break;/0 按下相应的键显示相对应的码值 case 0x7d:return 2 ;break;/1 case 0x7b:return 3 ;break;/2 case 0x77:return +;break;/3 case 0xbe:return 4 ;break;/4 case 0xbd:return 5 ;break;/5 case 0xbb:return 6 ;break;/6 case 0xb7:return -;break;/7 case 0xde:return 7 ;bre

26、ak;/8 case 0xdd:return 8 ;break;/9 case 0xdb:return 9 ;break;/a case 0xd7:return x;break;/b case 0xee:return 0 ;break;/c case 0xed:return .;break;/d case 0xeb:return =;break;/e case 0xe7:return /;break;/f default:return 0xff;break; /*- 显示函数，用于动态扫描数码管 输入参数 firstbit 表示需要显示的第一位，如赋值2表示从第三个数码管开始显示 如输入0表示从第一个显示。 num表示需要显示的位数，如需要显示99两位数值则该值输入2-*/void display