51单片机的简单计算器设计与仿真

1、基于单片机的简易计算器设计与仿真设计题目：基于单片机的简易计算器设计与仿真一、设计实验条件：地 点：自动化系实验室实验设备：PC机（装有 Keil; Protueg Word ; Visio ）二、设计任务：本系统选用AT89C5第片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计，具体设计如下：（ 1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD显示数据和结果。（2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（09）、符号键（+、-、X、+）、清除键 （onc） 和等号键（=），故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。（3）在执行过程中，开

2、机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCES示出来，当键入+、 - 、 *、 / 运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCDk输出运算结果。（4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCDk显示相应的提示，如: 当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCDk提示overflow ；当除数为0时，计算器会在LCDt提示error。设计要求：分别对键盘输入检测模块；LCES示模块；算术运算模块；错误处理及提示模块进行设计， 并用 Visio 画系统方框图， keil 与 protues 仿真 分析

3、其设计结果。三、设计时间与设计时间安排：1、设计时间：6月27日7月8日2、设计时间安排：熟悉课题、收集资料：3天（6月27日6月29日）具体设计（含上机实验）：6天（6月30日7月5日）编写课程设计说明书：答辩：2天（7月6日7月7日）1 天（ 7 月 8 日）四、设计说明书的内容：1、前言：（ 自己写，组员之间不能相同，写完后将红字 删除，排版时注意对齐）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AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C92炸为计算器4*4键盘的扫描

4、IC读取键盘上的输入；显示采用字符 LCD静态显示；软件方面使用 C语言编程，并用PROTUES真。2、设计题目与设计任务：现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：（ 1）键盘输入；（2）数值显示；（3）加、减、乘、除四则运算；（4） 对错误的控制及提示。针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计： （1） 键盘输入检测模块；（2） LCM示模块；（3）算术运算模块；（4）错误处理及提示模块。3、主体设计部分：（ 1） 、系统模块图：（ 2）、算术运算程序流程图：（ 3）、系统总流程图：（ 4）、硬件设计：（一）、总体硬件设计：本设计选用AT89C51单片机为主控单元；显示部分：采用

5、LCDfl态显示；按键部分：采用4*4键盘；用MM74C922 4*4键盘扫描IC,读取输入的键值。总体设计效果如下图：-1-r- t-.ICI"3-bIUQ；“f心.1DI1M 一 .事口.，凯/ ngU2racvML 筋用即阳 P1M1 叼 21M? PAR E 邮 It. “4好 E朗际际口>8 口 量他 fZAiC rzjiN.ii 工加U? F3MI3 依！ »1OR><P F3.1H山 fjinm 3311110E raafi 打死更 aa7JM-U3 B .(一小TFXT口旧HHHOasnn（二）、单片机接口电路说明:1、手动上电复位电路：当

6、VCC±电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫 秒后，C充满，10K电阻上电流降为0,电压也为0,使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S, C放电。S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单 片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。2、内部时钟模式电路：当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL相XTAL见脚连接一个晶 体振荡器或者陶瓷振荡器，并接两个电容后接地即可，在使用时对于电容的选择 有一定的要求：当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择 C1=C2=30+10pF 30-10pF;当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择 C1=C2=40+1

7、0pF 40-10pF;3、AT89C5律片机引脚介绍：VCC 供电电压。GND接地。P0口： P0口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH!行校马时，P0ft出原码，此时P矽卜部必 须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉

8、的缘故。在FLASH®程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2口： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2口缓冲器可接收，输出 4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH®程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口： P3

9、口管月却是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （用行输出口） P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1） P3.4 T0 （记时器0外部输入） P3.5 T1 （记 时器 1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通） P3.7 /RD （外部数据存储器读 选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收

10、一些控制信号。RST却两个机器周期的高电平RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH®程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE®以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALEB冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8E地址上置0。此时，ALE只有在执行 MOVX MOVC 指令是ALEt起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外 部执行状态AL或止，

11、置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSENW效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效 的/PSENB号将不出现。/EA/VPP :当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时， /EA 将内部锁定为RESET当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH®程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPB。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。4、单片机与复位、时钟电路连接电路图：（三） 、

12、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，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的 I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式， 而是采用矩阵键盘的方案。 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4X4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 1 矩阵键盘布局图矩阵键盘内

13、部电路图如图2所示：为了进一步节省单片机I/O 口资源，我们在设计中使用了 MM74C92苏片。 MM74C922一款4*4键盘扫描IC ,它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入， 并通过数据输出口将按键相应的编码输出。其引脚图如图 3 所示：图3 MM94C22硬件图MM74C922唧说明：(1) Y1Y4 (脚1脚 4)： 4*4 键盘第一列至第四。(2) X1X4 (脚11、 10、 8、 7)：4*4 键盘第一行至第四行。(3) DOA)OD( Dataout AD,月却 1417):按键之 BCM输出，其中 DOM LSB, DOD% MSB(4) VCC (脚 18)：电源脚，+

14、3V+15V。(5) GND (脚 9)：接地管脚。(6) OSC ( Oscillator ，脚 5)：键盘扫描电路之频率所需外加电容的连。KBM (Keyboard Mask,脚6):内部消除开关弹跳电路所外加电容的。(8) OE (Output Enable ，脚 13)：芯片使能脚，接低电位可使芯片使能。(9) DA ( Data Available ，脚 12)：数据有效输出脚。任一按键按下时，此脚位会输出高电位，按键释放后此脚又会恢复为低电位。MM74C922各按键的响应如下表所示：如下图 4 所示， 在本设计中， 计算器输入键盘的 4 条行线、 列线分别连接到MM74C922 X

15、1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C922数据输出口与单片机的 P2 口相连， MM74C922 DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C92殓测到 键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中 断，单片机从P2 口的低四位读入键盘上按下的键的值。图 4 键盘接口电路图(四)、LCD显示模块：本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。通过 D0-D7引脚向LCD写指 令字或写数据以使LCD实现不同的功能或显示相应数据。图 5 LCD 模块(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

16、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/EPRO） M、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。3.5 、软件编程：1、主函数设计：/*#include<reg51.h>#inclu

17、de<math.h>函数声明 */#define uchar unsigned char#define uint unsigned intchar translate(int keycode);void arithmetic();void init_LCM();void write_data(char ddata);void write_com(char command);void check_BF();void clearLCD();void display(long a);void dealerror();void dataoverflow();/*定义变量和数组 */long

18、 x=0,y=0,num=0;int operators,input,iny=0;char key;char error5="error"char overflow8="overflow"sbit EN=P3A4;sbit R_W=P3A5;sbit RS=P3A6;/* main()EA=1;EX0=1;IT0=1;P2=0xff;display(0);init_LCM();主函数 */write_data(0x30);while(1)2、分块程序设计：( 1)、键盘输入检测程序设计：有键按下时，单片机响应外部中断0，转入外部中断0 中断处理函数，在中

19、 断处理函数中完成对按键的判断，以进行下一步的程序处理。/*键值转化为键盘上按键值函数*/ char translate(int keycode)switch(keycode)case 0: return '7'break;case 1:return '4'break;case 2:return '1'break;case 3:return 'c'break;case 4:return '8'break;case 5:return '5'break;case 6:return '2'

20、break;case 8:case 9:casereturn '0'break;return '9'break;return '6'break;10:return '3'break;case 11:return '='break;case 12:return '/'break;case 13:return '*'break;case 14:return '-'break;case15:return '+'break;/* 外部中断0处理函数*/ voi

21、d INT_0(void) interrupt 0 using 0key=translate(P2&0x0f);if(key<='9'&&key>='0')/ 判断按下的键是否为数值num=num*10+(key-'0');if (operators>0)y=num;iny=1;elsex=num;当前数值是否超出限定范围display(num);elsedataoverflow();elseswitch(key)case 'c':x=0;y=0;num=0;iny=0;operators

22、=0; display(num); break;case '=':arithmetic();iny=0;operators=0;num=0; break;case '+':if (operators) arithmetic(); operators=1; num=0;break;case '-':if (operators) arithmetic(); operators=2; num=0;break;case1*1.if (operators) arithmetic(); operators=3; num=0;break;case '/

23、':if (operators) arithmetic(); operators=4; num=0;break;( 2)、算术运算程序设计： void arithmetic()/*算术运算函数*/if (iny)switch(operators)case 1:x=x+y;num=x; display(num);elsedataoverflow();break;case 2:x=x-y;num=x; display(num);elsedataoverflow();break;case 3:x=x*y;num=x; display(num);elsedataoverflow();break

24、;case 4:if (y=0) dealerror();elsex=x/y;num=x;display(num);else dataoverflow();break;y=0;(3)、LCD显示程序设计：LCD完成不同功能或利用LCDe态显示，通过程序向LCD写指令字或数据使显示相应数据。/*LCD初始化函数*/void init_LCM()write_com(0x30);write_com(0x30);write_com(0x30);write_com(0x38);write_com(0x08);write_com(0x01);write_com(0x06);write_com(0x0e);/*LCD写数据函数*/void write_data(char ddata)RS=1;/* 写指令 */R_W=0;EN=1;/*使能信号开*/P1=ddata;/* 将数据送入 pl 口 */EN=0;/* 使能信号关*/check_BF();/*LCD 写指令函数*/ void write_com(char command)RS=0;/* 写指令 */R_W=0;EN=1;/*使能信号开*/P1=command;/*|等数据送入 pl 口*/EN=0;/* 使能信号关*/ check_BF();/*