基于51单片机的简易计算器2.doc

0 基于 51 单片机的 计算器设计 2015 年 5 月 1 日 1 目录目录 摘 要 3 一 前言 4 1 主要的问题及目标 4 2 针对上述目标 做出以下的设计 4 3 系统设计依据 4 二 系统方案设计 4 1 方案一 5 2 方案二 5 三 理论分析与计算 6 四 系统电路设计 6 1 显示模块 6 2 输入模块 7 3 控制模块 8 4 元器件的选择 9 5 特殊器件的简介 9 6 各单元模块的连接 9 五 系统软件设计 10 1 设计原理 10 2 程序结构框图 10 3 程序流程框图 11 六 系统测试 13 1 测试方法 14 2 计算器功能测试 14 3 测试结果分析 14 七 结束语 15 2 1 心得感悟 15 2 改进的设想 15 八 附录 15 1 系统设计图 15 2 设计程序 15 摘 要 电子计算器是日常生活中常用的电子计算仪器 他广泛应用于超市 大中 型商场 大小企业与学校中 具有精度高 体积小 应用范围广泛 易于操作 等优点 本作品以 MCS 51 系列中的 AT89C51 单片机为核心 能够实现单步加 减 乘 除运算 该系统通过检测矩阵键盘扫描 判断是否按键 实现对 4 4 键盘 扫描进行实时的按键检测 并把检测数据存储下来 经数据转换把数值送入 lcd1602 液晶屏显示 整个计算器系统的工作过程为 首先存储单元初始化 显示初始值和键盘 扫描 判断按键位置 查表得出按键值 单片机则对数据进行储存与相应处理 转换 之后送入 lcd1602 显示 整个系统可分为三个主要功能模块 功能模块 一 实时键盘扫描 功能模块二 数据转换为了数码管显示 功能模块三 lcd1602 显示 能实现 6 位或 6 位以内的精确运算 若输出数据超过 6 位则会以科学计数 法显示 关键词 关键词 AT89C51 单片机 计算器 加减乘除 矩阵键盘 液晶屏 3 1 前言 本设计是基于 51 系列单片机来进行的数字计算器系统设计 可以完成计 算器的键盘输入 进行加 减 乘 除基本四则运算 并在 LCD 上显示相应 的结果 设计电路采用 STC89C51 单片机为主要控制电路 显示采用 1602LCD 显示 软件方面使用 C 语言编程 最后用 PROSE99 画 PCB 焊接 万用板 进行硬件调试 1 主要的问题及目标 键盘输入 数值显示 能实现加 减 乘 除四则运算 可计算小数 负数 当计算器执行过程中有错误时 会在液晶屏上做出相应的提示 当除 数为 0 时 程序运算出错 液晶屏会显示 INF 2 针对上述目标 做出以下的设计 以 STC89C51 位主控芯片 P0 口连接 1602 液晶屏 P1 口连接 4 4 矩阵 键盘 将所有输入数据已浮点型进行运算 故最大输入数据为 16 位 为了更好的显示效果使用采用 1602 液晶屏作为显示模块 由于按键包含数字键 0 9 与 这 16 个按键 故以 4 4 矩阵键盘作为输入模块 以 3 节串联的 5 号电池作为电源 3 系统设计依据 实用性 可靠性 美观性 4 2 系统方案设计 1 方案一 显示模块采用数码管 数值只能显示一行 且无法显示 等符号 使用效果欠佳 电源模块采用USB 电压为5 0V 符合单片机的要求 但使计算器不方便 使用 必须通过USB通电 实用性不强 功能设计中添加复位键 可以使电路恢复到起始状态 确保微机系统中稳 定可靠 避免计算器出现 死机 程序走飞 等现象 但添加复位键会使计 算器显得繁琐 双精度型 double 占用64位的存储空间 在操作值很大的数字时 双精度型是最好的选择 2 方案二 显示模块 数码管 电源模块 USB 功能设计 有复位键 数据类型 双精度浮点型 电源模块 USB 显示模块 1602lcd 电源模块 电池盒 功能设计 上电复位 数据类型 单精度浮点型 方案一方案二 5 以1602lcd作为显示器 可显示双行数据 还可以显示多种运算符号 实用 性强 便于计算器的升级 将独立电源盒作为电源 以3节5号电池串联 电压可达4 5V 可以使 单片机正常工作 并且易于携带 给使用者带来很大便利 采用上电复位 将复位电路与电源开关结合 既可以确保微机系统中稳定 可靠的运行 又使计算器更为精简 单精度浮点型 float 专指占用32位存储空间的单精度值 单精度在一些处 理器上比双精度更快而且只占用双精度一半的空间 但是当值很大或很小的时 候 它将变得不精确 当你需要小数部分并且对精度的要求不高时 单精度浮 点型的变量是有用的 结合上述考虑论证 小组采用方案二作为计算器系统的设计方案 结合上述考虑论证 小组采用方案二作为计算器系统的设计方案 3 理论分析与计算 本作品为了要实现键盘输入 液晶显示屏输出 加 减 乘 除计算 上 电复位等功能 小组做出以下的分析与计算 将4 4矩阵键盘连接到单片机的P1口上 液晶显示屏连接到P0口上 并在 软件中用矩阵键盘扫描程序对其实时检测 将键盘输入的数据显示到液晶屏上 并通过运算程序计算 最终将计算结果输出到液晶屏上 将输入与输出数据以单精度浮点型定义 以 g或 f显示输出数据 可显示 精确数字或以科学计数法表示 6 4 系统电路设计 1 显示模块 液晶显示器 LCD 的主要原理是一电流刺激液晶分子产生点 线 面并 配合背部灯管构成画面 本系统采用的1602液晶为5V电压驱动 带背光 可显 示两行 每行16个字符 能显示汉字 内置128个字符的ASCII字符集字库 只 有并行接口 无串行接口 2 输入模块 4 4矩阵键盘将16个按键排成4行4列 第一行将每个按键的一端连在一起 构成行线 第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线 共有4行4列8根 线 将这八根线接到单片机的8个I O口上 通过程序扫描键盘就可检 测16个键 7 3 控制模块 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS 8 位微处理器 俗 称单片机 AT89C51 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次 该器件采用 ATMEL 高密度 非易失存储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 AT89C51 是 一种高效微控制器 AT89C51 是它的一种精简版本 AT89C51 单片机为很多嵌 入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 8 4 元器件的选择 1602LCD 4 4矩阵键盘 10千欧排阻 自锁开关 20pF电容 12MHZ晶振 103千欧电位器 5 特殊器件的简介 自锁开关是指开关自带机械锁定功能 按下去 松手后按钮是不会完全跳 起来的 处于锁定状态 需要再按一次 才解锁完全跳起来 按下后接通 弹 起来后断开 6 各单元模块的连接 P0 单片机 P2 P1 P3 1602LCD 键盘 晶振 9 如图所示 液晶接PO口 键盘接P1口 液晶使能端P2 5 液晶数据命令选择端P2 6 液晶读写选择端P2 7 电源正负极分别接到VCC和GND 5 系统软件设计 1 设计原理 以keilV4 0设计 采用大循环嵌套的设计思想 程序主要由 液晶显示模 块 矩阵键盘扫描模块 运算模块 构成 大循环一直进行 是计算器一 直处于工作状态 不停地调用键盘扫描函数 将键盘输入的数据送给液晶显示 与运算模块 经运算模块计算出结果后 只需调用液晶显示的子函数就可将答 案显示到液晶屏上 2 程序结构框图 10 定义变量 便于后面程序的使用 位定义 液晶使能端P2 5 液晶数据命令选择端P2 6 液晶读写选择端P2 7 初始化 液晶开显示 清屏 矩阵键盘扫描程序 包含软件去逗 在大循环中不断调用键盘扫描程序当检测 到有键按下后 如果是有效值就进行处理 否则继续扫描键盘 3 程序流程框图 矩阵键盘扫描程序 1602 显示程序 运算模块 主函数初始化 大循环 处理错误 调用头文件 变量定义 位定义 11 否是 否 是 否是 开始 初始化 键盘扫描 有键按下 返回值 为 0 9 计算第一次输入的数值 键盘扫描 有按键 按下 12 是 否 是 否 返回值为 0 9 计算第二次输入的数值 计算运算结果 有按键按 下 LCD 显示 13 6 系统测试 1 测试方法 将计算器断电 把万用表调到蜂鸣器档上 把万用表两表笔放在待测 的两个端子上 若短路蜂鸣器就会响 经测得开关处电路存在短路 经修 复后电路焊接正常 2 计算器功能测试 加法测试 减法测试 乘法测试 除法测试 错误处理 3 测试结果分析 经测试 各项功能均已达成 对于一般的整形运算 计算器能准确无误的计算出来 由于使用浮点型数 据 计算器只能进行6 7位以内的精确运算 14 7 结束语 1 心得感悟 经过两个星期的设计与制作 本小组完成了基于51单片机的计算器的设计 期间我们遇到许多困难和问题都一一解决 最终完全达到了预期的目标 体会 到团体合作与成功的喜悦 我感到只有亲手实践才能更深刻 更全面的学好知 识 并且要在设计制作中多加入自己的想法 力求创新而不要模仿前人做过的 作品 在设计的每一小步都要尽自己最大努力做到最好 这样才能做出出色的 作品 2 改进的设想 1 使计算器能完成多步混合运算的功能 2 添加一个功能键 当按下功能键后改变矩阵键盘的键值 将第四列改为平 方 开根号 求模 求余 再次按下此键后第四列改回加 减 乘 除 并设计一个led灯来显示键值是否被改变 8 附录 1 系统设计图 2 设计程序 include include include 15 define uchar unsigned char define uint unsigned int define check busy sbit rs P2 7 sbit rw P2 6 sbit en P2 5 void delay int z int x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y 判忙函数 bit LCD check busy 当LCD 忙 时 LCD的DATA 7位输 出为高电平信号 当LCD 不忙 时 LCD的DATA 7位输出为低 电平信号 P0 0 xFF 为便于检测 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 E 0 en 0 nop en 1 return bit P0 else lcd1602判忙函数 bit LCD Check Busy void bit result 修改了判 忙函数 DataPort 0 xFF RS 0 RW 1 EN 1 nop 17 result bit DataPort EN 0 return result return 0 写入命令函数 void write com uchar com while LCD check busy 忙则等待 rs 0 rw 0 en 1 P0 com nop en 0 18 写入数据函数 void write dat uchar dat while LCD check busy 忙则等待 rs 1 rw 0 en 1 P0 dat nop en 0 写入字符函数 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 写入字符串函数 void write string uchar x uchar y uchar s while s LCD write char x y s s x 20 初始化函数 void LCD init write com 0 x38 显示模式设置 delay 5 write com 0 x06 显示光标移动设置 delay 5 write com 0 x0C 显示开及光标设置 write com 0 x01 显示清屏 按键扫描函数 返回扫描键值 uchar keyscan 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 P1 0 x0f 行线输出全为0 cord h P1 读入列线值 21 if cord h 0 x0f 先检测有无按键按下 delay 10 去抖 if P1 读入列线值 P1 cord h 0 xf0 输出当前列线值 cord l P1 读入行线值 while P1 等待松开并输出 return cord h cord l 键盘最后组合码值 return 0 xff 返回该值 unsigned char keypro switch keyscan 22 case 0 x7e return break case 0 x7d return break case 0 x7b return 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 break case 0 xeb return 7 break case 0 xe7 return break default return 0 xff break 23 主函数 void main unsigned char num i sign unsigned char temp 16 最大输入16个 bit firstflag float a 0 b 0 unsigned char s LCD init 初始化液晶屏 delay 10 延时用于稳定 可以去掉 write com 0 x01 清屏 while 1 主循环 num keypro 扫描键盘 if num 0 xff 如果扫描是按键有效值则进行处理 24 if i 0 输入是第一个字符的时候需要把该行清 空 方便观看 wri