2023年基于51单片机的计算器设计实验报告

基于５1单片机的计算器设计实验报告班级：＿_１2电子2_姓名：___风间__学号:_＿_2023年1月6日一、实验目的1．初步尝试运用单片机进行系统设计;2．掌握矩阵键盘的中断扫描显示；３.掌握液晶或数码管的动态显示;4.掌握数据的存储和掉电保护。二、实验设备及器材Kｅｉｌc、prｏｔeus、及单片机开发板。三、实验内容基本规定:1完毕标准型计算器的基本功能2.４*4矩阵键盘（０~9、＋、-、＊、/、=、%)进行数据的输入及加、减、乘、除基本运算，运用１602液晶或数码管进行显示3.规定开机显示学号四、设计思绪根据计算器的功能规定,选择ＡＴ89Ｃ５１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。外部重要由４＊４矩阵键盘和一个液晶显示屏构成,内部由一块AT８9Ｃ5１单片机构成。计算器电路涉及四个模块：选用LCD作为显示部分，矩阵键盘作为输入部分,运算模块，单片机控制部分。模块图如图所示：计算器电路涉及三个部分：显示电路、4＊４键扫描电路、单片机微控制电路。具体设计如下:（1）由于要设计的是简朴的计算器,可以进行四则运算,为了得到较好的显示效果,采用1６０２液晶显示数据和结果。(２)此外键盘涉及数字键（0~9)、符号键(+、－、×、÷)、清除键和等号键,需要１6个按键。(3）执行过程:开机显示学号,等待键入数值,当键入数字,通过ＬＣD显示出来,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LCD上输出运算结果。线路原理框图如图所示。五、基于proｔeuｓ的硬件原理图六、软件流程图七、程序代码#iｎcｌudｅ＜reｇ5１．ｈ>ﻩﻩ/／头文献＃ｄｅｆineｕnｉtｕnsiｇnedint#ｄefｉnｅｕchａｒunｓignedｃｈarvoｉｄｘｕeｈao（ｖoid);sｂｉｔSPK=P1^０;sbｉtlcdｅｎ＝P２^3；sbｉｔｒs=P２^4;sｂｉtrw=Ｐ2＾0；sbitbｕsy＝P０^7;chａri,j,tｅｍp,ｎｕｍ,nｕｍ＿１;longa,b,c;ﻩ//ａ，第一个数ｂ，第二个数c,得数ｆloａta_c,ｂ＿ｃ；ｕcｈarflag,ｆuhaｏ；//flａg表达是否有符号键按下，fuhao表征按下的是哪个符号uｃharcodetaｂlｅ［]＝{７，8，9,０，4，5,6，0,１,2,3，０,0,0,0,０,};ｕcｈarcoｄetａbｌe１［］=｛7,8，9，0ｘ2ｆ－0x3０,4,5,６,0x2a-０ｘ30,1,2,3,0ｘ2d-0ｘ３0,０ｘ0１-０x30，0,0x3ｄ-0x3０,0ｘ2ｂ－0x30}；ｖoｉｄdelaｙ(uchａｒz)//延迟函数{uｃhary；fｏr(z；ｚ>０；z－－)ｆor(y=0;y<11０；y＋+）;}voidcｈeｃk(） ／/判断忙或空闲{do{ﻩＰ0＝０xFＦ;ｒs=0; rw＝1;lcdｅn=０;ﻩ／/严禁读写deｌay（1);ﻩﻩﻩ//等待，液晶显示器解决数据lcｄen=1；ﻩ //允许读写ﻩ｝wｈile(busｙ==1);ﻩ/／判断是否为空闲,1为忙，0为空闲}voiｄｗritｅ＿cｏｍ(uchaｒcoｍ)ﻩ/／写指令函数{P０=ｃoｍ；rｓ=０;rw=0;ｌcden=０;cｈｅck(）;lｃｄen＝１;}ｖｏidｗritｅ_ｄａtｅ(ｕｃharｄate)ﻩ/／写数据函数{P0=ｄａte;ｒs＝１;ｒw=０;lｃdｅn＝0;cｈｅｃｋ（)；lｃdeｎ=１；}voiｄinit（)ﻩﻩ//１6０2初始化函数{ｎuｍ=－１；ｌｃden=1;ｗrite＿cｏm（０x３８)；write_com(0x０c)；ｗｒite_com(0x0６)；wｒitｅ_ｃｏm(０ｘ８0)；ｗritｅ＿ｃom（0x０１);ｎｕm＿１=0;ｉ=0;ｊ=0；a=0;ﻩ ／／第一个参与运算的数b=0;ﻩﻩ//第二个参与运算的数c=０;flag=0;ｆuhao＝0;SＰＫ=0; //蜂鸣器打开ｄｅlay（10００）;ﻩﻩ//延时SPK=1；ﻩﻩﻩ//蜂鸣器关闭}vｏiｄkｅyscａｎ(）ﻩ／/键盘扫描程序{P3=0xfｅ；if(P3!=0xfｅ){ﻩｄｅlａy(20);ﻩiｆ（P3!=０xfｅ）ﻩ{ﻩＳPK＝０;dｅlay（１000);ＳＰK＝1；ﻩtemp＝P３&０xf０;ﻩｓｗitｃh（tｅmp)ﻩ{ﻩ cａse０ｘｅ０:nｕm＝０;ﻩﻩbｒeak; cａｓe０xｄ0:nｕｍ=1; ﻩｂreak；ﻩﻩｃasｅ0ｘｂ0:nｕｍ=2； ﻩｂreak;ﻩﻩｃａse0x７0:nｕｍ＝3;ﻩﻩｂｒeak;ﻩ}ﻩ｝ﻩwｈiｌe(Ｐ3!=0xfe); ｉf(nｕm＝=０||num==1|｜ｎum==２）ﻩ//假如按下的是'7','8＇或'９ { ﻩiｆ(ｊ!＝0)ﻩﻩ{ﻩﻩwｒite_ｃoｍ(０x０1）; j=０; ﻩ}ﻩiｆ(flag＝=０) ﻩﻩ//没有按过符号键ﻩ { a=a*10＋ｔaｂlｅ[nｕm]；ﻩﻩ｝ﻩ ｅｌseﻩﻩ ﻩ／/假如按过符号键ﻩ ｛ ﻩｂ=ｂ＊10+taｂｌｅ［nｕｍ］;ﻩﻩ}ﻩ} eｌse ﻩﻩ //假如按下的是'／＇ﻩ{ﻩ flａｇ=1;fuhao=4;ﻩﻩﻩ／/４表达除号已按ﻩ} i＝taｂlｅ1［ｎｕｍ]；ﻩwrite＿datｅ(0x30+i);}Ｐ3=0xfd；if(Ｐ3!=0xｆｄ)｛ﻩｄｅlay（5);ﻩｉf(P3!＝0xfd)ﻩ｛ﻩSPＫ=0;ｄｅlaｙ（1０00）;SPK=1;ﻩ tｅmｐ=Ｐ３&０xf0;ﻩﻩswitch(ｔｅmｐ)ﻩﻩ{ﻩﻩｃａｓｅ0ｘe0：ｎum＝4; ﻩｂreak;ﻩcase0ｘd０:ｎum＝5;ﻩﻩﻩbｒeａｋ;ﻩﻩcaｓｅ0ｘb０：num=6;ﻩ breａk；ﻩﻩcasｅ０x７0:nuｍ＝7;ﻩﻩ breａｋ;ﻩﻩ｝ﻩ｝ﻩｗhilｅ(P3!=０xfd)；ﻩif（ｎｕm==4||ｎum==５|｜ｎum=＝6＆&num！=7)ﻩ//假如按下的是'4',＇5'或'6＇ﻩ{ if（j!＝0)ﻩ｛ ﻩwritｅ_coｍ(0ｘ０１）;ﻩﻩｊ=0；ﻩ}ﻩｉｆ(flａg==０) { ａ＝ａ*1０＋ｔaｂle［num］;ﻩ｝ﻩelseﻩ｛ﻩｂ=b＊10+tablｅ[nｕm];ﻩ}ﻩ｝ﻩｅlｓeﻩ{ﻩflag＝１; ｆuｈａo＝3;ﻩﻩﻩ//3表达乘号已按ﻩ}ﻩｉ＝ｔabｌｅ1［num]；ﻩwｒiｔe_dａte(0x30+ｉ）;ﻩ｝ﻩP3=０ｘfb;ﻩif(P3!=0xfｂ)ﻩ{ﻩｄｅlａy(5);ﻩif（P3!＝０xfb) {ﻩ ＳPＫ＝0;deｌaｙ(1０００）；ＳPK=1；ﻩﻩｔemｐ=P3&0ｘf0； swｉtch(tｅmp)ﻩﻩ{ ﻩ caｓｅ0xｅ0:num=8;ﻩﻩﻩｂｒeak;ﻩﻩﻩcａｓe０xd0:ｎｕm=9;ﻩﻩ breaｋ;ﻩﻩcaｓe0xｂ０:num=１0;ﻩ ﻩｂrｅak；ﻩ ｃasｅ0ｘ7０：ｎｕm＝１1;ﻩ ﻩｂreak; ﻩ｝ ﻩ}ﻩwhilｅ(P3！＝0ｘfｂ);ﻩif(nｕｍ＝＝8||nｕｍ＝＝9||num=＝１０)ﻩ／／假如按下的是＇１＇,'２＇或＇3'ﻩ{ﻩﻩif(ｊ!＝0)ﻩﻩ{ﻩ wｒite_coｍ（０ｘ0１)； ﻩﻩj＝0;ﻩﻩ} ｉf(flaｇ＝=０)ﻩﻩ{ﻩ ａ=ａ*10+taｂle[nｕm];ﻩﻩ}ﻩﻩelseﻩﻩ｛ﻩ ｂ=ｂ＊10＋table［nuｍ］;ﻩﻩ}ﻩ}ﻩelｓｅif（ｎuｍ＝=1１）ﻩ{ ﻩｆlag＝1;ﻩ fｕhaｏ＝2; ﻩ/／2表达减号已按 }ﻩﻩi=tａblｅ１［ｎuｍ]; ﻩwrite＿ｄａte(0x30＋i); }ﻩP3=０xf7；ﻩif(P3！=0xｆ7） { delay(5); if(P３!=０xｆ7）ﻩ{ ＳＰK＝0;delay（10０0)；ＳＰＫ＝1; ﻩtemp=P3＆0xf0;ﻩﻩｓwiｔch(teｍｐ)ﻩ ｛ ﻩcａse０xe0:num=1２；ﻩﻩbreak;ﻩﻩ cａsｅ0xd0:ｎｕm=１3;ﻩ ﻩｂrｅａk;ﻩﻩｃaｓe0ｘｂ0：ｎum=14;ﻩﻩﻩbｒeak;ﻩﻩﻩcａse0x7０:num＝15；ﻩﻩﻩbrｅak；ﻩ }ﻩ}ﻩwhｉle(Ｐ3!=0xf７);ﻩsｗitｃh(num) ﻩ{ﻩ case12：｛wｒitｅ_cｏm(0x０１)；a＝0;b=0;flag=0；fuhａo=0；｝ﻩ/／按下的是＂清零＂ﻩﻩbrｅａｋ；ﻩﻩcasｅ１3：｛ﻩﻩﻩﻩﻩ//按下的是"０"ﻩﻩ iｆ(flag＝=０) //没有按过符号键ﻩ ﻩ{ ﻩﻩa=a＊10； ﻩwriｔe＿date（0x３0);ﻩﻩﻩﻩP1=0;ﻩﻩ }ﻩﻩﻩelseif（flag==1）ﻩ／／假如按过符号键ﻩ ﻩ{ﻩﻩﻩﻩｂ＝b*10; ﻩﻩﻩwriｔｅ_daｔｅ（０x30）；ﻩ ﻩ｝ﻩ }ﻩﻩﻩbｒeａk;ﻩﻩｃａｓｅ１4:{ﻩﻩ j＝1;ﻩif(fｕhao＝=１)｛ｗritｅ_coｍ(0x８0+０x4f）;//按下等于键,光标前进至第二行最后一个显示处ﻩｗｒｉte＿com(０ｘ０４）;ﻩ//设立从后住前写数据，每写完一个数据，光标后退一格 ﻩﻩc=a+b；ﻩﻩﻩｗhilｅ（ｃ！=0)ﻩ { ﻩ wｒite_dａte(0x3０+c％10);ﻩﻩﻩｃ＝ｃ／10;ﻩﻩﻩ}ﻩ ﻩwｒｉte_ｄate（0ｘ3d)；ﻩﻩﻩa=0;ｂ=０;ｆｌag＝0;fuhao＝０;ﻩﻩ }ﻩﻩelseiｆ(ｆuhao==２){wｒｉｔe_ｃｏm(0ｘ８0+０x4f）；ﻩﻩﻩｗｒiｔe＿com(０ｘ0４);ﻩﻩ ｉｆ(a－ｂ>0）ﻩﻩ ｃ＝a-b;ﻩﻩﻩｅｌseﻩ ﻩc＝ｂ-a;ﻩ ﻩｗｈｉle（c！=0)ﻩﻩ {ﻩ ﻩﻩwｒiｔe_date（０ｘ３0+c%１0);ﻩﻩﻩﻩc=ｃ/1０;ﻩ } ﻩﻩｉf(a－b＜０)ﻩﻩﻩwrｉｔe_datｅ(０x2d）;ﻩ ﻩｗｒｉte_date(0x３d);ﻩﻩﻩa＝0;b＝０;flag＝0；ｆuhaｏ=０;ﻩ ﻩ}ﻩﻩelｓｅｉｆ（ｆuｈao==3){wriｔe_ｃom（０ｘ８０＋0x４f);ﻩ ﻩﻩｗriｔe_cｏm(0x0４);ﻩ ｃ=a＊ｂ;ﻩ while(c!=0)ﻩﻩ ﻩ｛ﻩ ﻩﻩ ｗｒiｔｅ_daｔe（０x３０+ｃ%１0)；ﻩﻩﻩﻩﻩﻩc＝c／１０;ﻩ ﻩﻩﻩﻩ}ﻩﻩﻩﻩ wｒｉtｅ_date(0ｘ３d）;ﻩﻩﻩﻩﻩﻩａ=０;b＝０;fｌag=０;fｕhao＝0；ﻩﻩﻩﻩﻩﻩ｝ﻩﻩﻩelｓｅｉf（ｆuhaｏ＝＝4）{wｒiｔe_ｃｏm(0x８０＋０x4f)；ﻩﻩ ﻩwｒiｔe_coｍ(０x0４);ﻩﻩﻩ ｉ=0；ﻩ ﻩ c=(ｌong)(((ｆloaｔ）ａ/b)＊10０0); ﻩﻩﻩﻩwhｉle（c!=0）ﻩﻩ {ﻩﻩ ﻩwrｉte_ｄａte（0x30+c%1０）；ﻩﻩﻩ ｃ=ｃ／10; ﻩﻩ ﻩ i++;ﻩﻩﻩﻩﻩｉf(i==3)ﻩﻩﻩﻩｗｒiｔe＿ｄａｔe（０x2e）;ﻩﻩ ﻩﻩﻩ}ﻩﻩﻩ ﻩｉf(a/b<＝0)ﻩﻩ ｗrite_daｔe(０x30); ﻩﻩwriｔe＿dａｔe（0x３d）;ﻩﻩﻩﻩa＝0;b=0;flａg=0;ｆｕｈａo=0；ﻩ ﻩﻩ }ﻩ }ﻩ ﻩﻩbreak;ﻩｃasｅ1５:{ｗｒitｅ＿dａte(0x30+ｔable1[ｎum］）;fｌａｇ＝1;ｆuｈao＝１;}ﻩﻩ ｂreak;ﻩﻩ}ﻩ}}voidxuｅhao（)ﻩ／/开机显示学号｛ｗｒｉte_ｃoｍ(0x80);ﻩﻩ//从第一行第一位开始ｗrｉte＿datｅ（'１'）;wｒite＿datｅ('2'）；wrｉte_dａtｅ（'0＇)；writｅ_ｄate('0');write＿dａtｅ('４');wrｉte＿ｄａｔｅ（＇0'）;writｅ_date('1')；wriｔe＿daｔe('2'）；write_date（'1');ｗritｅ_dａte('７＇）;}voiｄｍain（)ﻩﻩ／/主函数{init（);ﻩﻩ xｕehａｏ（);while(1){ﻩkeyscａn（);}｝八、运营结果图开机显示学号:加法运算：减法运算:乘法运算:除法运算：九、扩展功能在基本的功能上加了蜂鸣器电路,使按键的时候能发出声音。电路连在单片机的P１.0口,当开机时和判断有键按下时,使P1．0口处在低电平，蜂鸣器发声,并延迟一定的时间。十、思考题１、描述完整所设计的计算器能完毕的各项功能及实现方法。（如几位数以内的运算;连加；复合运算等等)①可以实现两个数之间的加减乘除,