基于C51单片机的简易计算器设计

1、基于单片机的简易设计原理 专业：通信专业 班级：通信1班 姓名：刘民学号：1304041127 摘要：按下键盘，通过键盘扫描程序，在LCD液晶显示屏上显示按键的操作过程，最终显示计算结果，实现计算器的基本功能。本文详细介绍LCD显示屏、矩阵键盘与C51单片机接口的应用，并介绍如何通过C51单片机实现计算器的算法。关键字：C51单片机，键盘，LCD液晶，计算器一、设计任务：本次实验是要以51系列单片机为核心实现一个简易计算器，它的结构简单，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STC90C51单片机构成，通过软件编程可实现简单加、减、乘、除、清除结果。实现对计算器的设计，具体设

2、计如下：1、采用6位显示，最大显示值为“999999”，设计16个按键的矩阵键盘，按键包括09、+、-、*、/、=、C。2、加减法做四字节运算；乘法做双字节运算；除法被除数为四字节，除数为两字节。3、当运算结果超出显示范围时，显示ERROR！。4、上述运算输入值均为整数，当结果带有小数时，可以采用四舍五入方式处理，也可以带小数显示。二 、方案论证经分析，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。具体如下：1） LCD显示电路 LCD1602作为一个成熟的产品，使用简单，模式固定，便于移植到各种类型的程序，但是初学者往往要注意结合LCD本身的时序图来完善初始化程序。又

3、以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，故采用LCD.2） 4*4键盘扫描电路(中断式，扫描式，反转式)用户设计行列键盘接口，一般常采用3 种方法读取键值。一种是中断式，外两种是扫描法和反转法。 扫描法：对键盘上的某一行送低电平，其他行及列全为高电平，然后读取列值，检查各列线点评的变化，如果某列线电平为低电平，就可以确定此行此列交叉点处的按键被按下，采用延时去抖动。 ） 单片机微控制电路微控制电路就是以AT89C51为核心的控制核心，主要注意晶振电路的接法和复位电路的接法。三 硬件电路的设计3.1 硬件设计电路框图LCD显示晶振电路 4*4键盘51系列单片机系统复位电路线路原理框

4、图3.2、系统模块图： 四、键盘接口电路： 计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，矩阵键盘采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图1所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。 图2 键盘接口电路图 五、LCD显示 LCD显示器介绍有字符型液晶显示模块（SMC1602A）和点阵式液晶显示模块（TCM12232A、TCM128

5、64N）下面以SMC1602A为例介绍字符型液晶显示模块的功能及应用。（一）、字符型液晶显示模块的引脚及功能引脚符号功能1VSS电源地2VDD电源正极3Ve0对比调整电压4RS0输入指令，1输入数据5R/W0写入指令或数据，1读取信息6E使能信号，1读取数据，下降沿执行指令714DB0DB7数据输入口15BLA背光电源正极16BLK背光电源负极 在1602液晶内部有字模发生存储器CGROM及显示数据存储器DDRAM。其中，字模发生存储器CGROM主要用来存储192个常用字符的字模编码，包含标准的ASCII码。DDRAM是显示数据存储器共80个字节，分别对应1602液晶显示器的两行。第一行地址为

6、0X00H0X27H，共40个字节；第二行地址为0X40H67H，共40个字节。 RAM 地址映像如下图：（二）：字符型液晶显示模块的控制操作 RSR/WEDB0DB7011读出状态字111读出数据在1602读回的状态字中，D7位为状态BF，当BF=1时表示忙碌，此时不能进行写操作。当BF=0时表示状态为空闲，可以进行写操作。 （2）写操作： RSR/WEDB0DB700下降沿输入指令10下降沿输入数据（3） 初始化命令字: a.工作方式设置指令D7D6D5D4D3D2D1D0001DLNF00DL设置与MCU的接口方式。DL=1表示数据宽度为8位，DB0DB7有效。DL=0表示数据宽度为4位

7、，DB4DB7有效。N设置显示字符行数。N=0表示显示一行字符，N=1表示显示两行字符。F设置显示字符字体，一般为0。F=0表示显示5X8点阵字体，F=1表示显示5X11点整字体。b.显示状态设置D7D6D5D4D3D2D1D000001DCBD为画面显示状态位。D=1表示显示功能开，D=0表示显示功能关。C为光标显示状态位。C=1表示有光标，C=0表示无光标。B闪烁显示状态位。B=1表示光标闪烁，B=0表示光标不闪烁。 c.输入方式设置指令D7D6D5D4D3D2D1D0000001I/DS该指令的操作主要是设置显示字符的输入方式。即在操作数据写入/读出后，AC数据地址指针的修改方式。I/D

8、=1时，AC为自动加一计数器，I/D=0时，AC为自动减一计数器。S设置写入字符时是否允许画面滚动。S=1时允许画面/光标滚动，S=0时禁止画面/光标滚动。d.光标或画面滚动设置指令D7D6D5D4D3D2D1D00001S/CR/L00S/C滚动对象选择位。S/C=1时画面滚动，S/C=0时光标滚动。R/L滚动方向选择位。R/L=1时向右滚动，R/L=0时向左滚动。e.清屏指令D7D6D5D4D3D2D1D000000001执行清屏指令后，DDRAM内容为空白的ASCII码20H，光标归位在左上方，地址计数器AC=0.f.光标复位指令D7D6D5D4D3D2D1D000000010执行光标复

9、位指令后，AC=0，DDRAM中的值不变。g.DDRAM地址设置指令D7D6D5D4D3D2D1D01A6A5A4A3A2A1A0当需要向某一地址中写入数据时，先写入地址，再写入数据。开始程序图程序初始化是“=”？Y数字键键码功能读键码有键输入LCD显示等待数值输出结果送入缓存保存结果，或执行功能保存状态执行计算NY功能键NY输入缓存输入键值五、运算模块（单片机控制）： MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM

10、/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快地实现运算功能。六：设计心得、体会、总结我的题目简易计算器的设计，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验，怎样才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的计划更具有程序性，而不会忙无一用？这都需要我们所要考虑和努力的。这次设计我学到了很多，在设计过程中怎样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固

11、了所学知识，而且学到了很多书上学不到的知识，掌握了一种系统的学习方法，可以进行一些简单的编程。这次设计使我懂得了理论与实际结合很重要，只有理论知识是远远不够的，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，同时在设计过程中发现自己的不足，加强巩固，有利于后续的单片机考试。调试过程中也遇到了很多问题，例如，液晶显示明明定义了两行显示，但实际中却只有一行，最后竟查资料发现，液晶内部自检时间比单片机慢，需要延时多定义，避免未完成自检就执行指。主要参考文献单片机原理与接口技术，李升主编，北京大学出版社，2011年7月单片机原理及应用实验指导书，屈波等编，2012年2月25日微处理器综合实训系统模块化设计

12、戴建 编 2012年2月单片机原理及应用，赵德安等编，机械工业出版社，2009年 附原理图附：硬件设计电路的元件清单器件名称数量AT89C511按键174k7x424k7x91电容22uF1LCD16021晶振12MHz1电容30pF2电位器1031附源代码/*P1.0P1.3接行*P1.4P1.7接列. * P0接LCD*/ #include<reg52.h> #define uchar unsigned char uchar code dis1="!rorre"/后面使用倒序显示 uchar code dis2="!rorre htam"

13、 sbit busy=P07; sbit RS=P22; sbit RW=P21; sbit EN=P20; char i,j,temp,num; long a,b,c; uchar flag,fuhao; uchar code table= 7,8,9,0, 4,5,6,0, 1,2,3,0, 0,0,0,0 ; uchar code table1= 7,8,9,0x2f-0x30, 4,5,6,0x2a-0x30, 0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30 ;void delay(uchar z) /延时 uchar x,y; for(x=z;x>0;x-) f

14、or(y=0;y<125;y+); void ready() /忙检测 do P0=0xff; RS=0; RW=1; EN=0; delay(5); EN=1; while(busy=1); void write_com(uchar com) /写指令 P0=com; RS=0; RW=0; EN=0; ready(); EN=1; delay(10); void write_data(uchar m) /写数据 P0=m; RS=1; RW=0; EN=0; ready(); EN=1; void inital() /初始化 EN=1; write_com(0x38); /【设置LC

15、D为16X2显示,5X7点阵,八位数据接口】 delay(10); write_com(0x38); /【LCD内检较单片机慢，为防止未完成内检就执行指令，延迟，再写指令以完成内检】 write_com(0x0c); /无光标 write_com(0x06); /光标后移 write_com(0x80); write_com(0x01); /清屏 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; /flag表示是否有符号键按下 fuhao=0; /fuhao表征按下的是哪个符号 void keyscan() /键盘扫描程序 P1=0x

16、fe; /将某一行置低，列全为高 if(P1!=0xfe) /判断是否有键按下 delay(20); /延时去抖动 if(P1!=0xfe) /重新确认 temp=P1&0xf0; /【行全置低，判断列是否变化】 switch(temp) case 0xe0: num=0; break; case 0xd0: num=1; break; case 0xb0: num=2; break; case 0x70: num=3; break; while(P1!=0xfe); if(num=0|num=1|num=2) /如果按下的是'7','8'或'9

17、 if(j=1) /确认一次计算完毕，清屏 write_com(0x01); j=0; if(flag=0) /没有按过符号键 a=a*10+tablenum; else /如果按过符号键 b=b*10+tablenum; else /如果按下的是'/' flag=1; fuhao=4; i=table1num; write_data(0x30+i); P1=0xfd; if(P1!=0xfd) delay(20); if(P1!=0xfd) temp=P1&0xf0; switch(temp) case 0xe0: num=4 ; break; case 0xd0:

18、num=5; break; case 0xb0: num=6; break; case 0x70: num=7; break; while(P1!=0xfd); if(num=4|num=5|num=6) /如果按下是'4','5'或'6 if(j=1) write_com(0x01); j=0; if(flag=0) a=a*10+tablenum; else b=b*10+tablenum; else flag=1; fuhao=3; i=table1num; write_data(0x30+i); P1=0xfb; if(P1!=0xfb) del

19、ay(20); if(P1!=0xfb) temp=P1&0xf0; switch(temp) case 0xe0: num=8; break; case 0xd0: num=9; break; case 0xb0: num=10; break; case 0x70: num=11; break; while(P1!=0xfb); if(num=8|num=9|num=10) /如果按下的是'1','2'或'3 if(j=1) write_com(0x01); j=0; if(flag=0) a=a*10+tablenum; else b=b*1

20、0+tablenum; else flag=1; fuhao=2; i=table1num; write_data(0x30+i); P1=0xf7; if(P1!=0xf7) delay(20); if(P1!=0xf7) temp=P1&0xf0; switch(temp) case 0xe0: num=12; break; case 0xd0: num=13; break; case 0xb0: num=14; break; case 0x70: num=15; break; while(P1!=0xf7); switch(num) case 12: /按下的是"清零&

21、quot; write_com(0x01); a=0; b=0; flag=0; fuhao=0; break; case 13: /写'0' if(j=1) /确认一次计算完毕，清屏 write_com(0x01); j=0; if(flag=0) a=a*10; write_data(0x30); if(flag=1) b=b*10; write_data(0x30); break; case 14: write_data(0x3d); / 写'=' j=1; if(fuhao=1) /'写+' write_com(0x80+0x4f); /

22、【也可写成成 write_com(0xc0+0x0f); 定义第二行】 write_com(0x04); / 光标前移 c=a+b; if(c=0) write_data(0x30); while(c!=0) write_data(0x30+c%10); c=c/10; a=0; b=0; flag=0; fuhao=0; else if(fuhao=2) /写负号'-' write_com(0x80+0x4f); write_com(0x04); if(a-b>=0) c=a-b; else c=b-a; if(c=0) write_data(0x30); while(c!=0) write_data(0x30+c%10); c=c/10; if(a-b<0) write_data(0x2d); /写负号"-" a=0; b=0; flag=0; fuhao=0; else if