单片机计算器（重理工大二课程设计）计算范围

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课程：电子综合设计试验

项目：计算器

学期：2023.2~2023.7

学院：电子信息与自动化学院专业：自动化班级：713姓名：王瀚兴学号：10807010325指导教师：陈古波

电工电子技术试验中心

一、设计任务和目标

1.1设计任务

利用单片机设计一个计算器，要求

（1）键盘包含加、减、乘、除及数字键。

（2）能够显示输入数字并显示公式，计算结果。（3）四种运算都可以实现。

1.2性能指标

（1）单片机程序设计使用KeilC51实现。编译器使用longint，因此运算范围为±2147483648，并且浮点数精度总是15位。假使数据溢出，自动提醒溢出错误信息。

（2）可运算加、减、乘、除在内的四种运算。包括显示正数与负数。除零错误将自动提醒。显示公式。

（3）ON键用于清空并重新输入。

二、设计方案

依照单片机设计功能的要求，初步确定硬件系统由主控模块，显示模块，键扫描电路模块等组成。电路构成框图如图2-1所示。主控芯片使用51系列AT89C52单片机，该单片机采用高性能静态89C51设计，由先进工艺制造，并带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能，低功耗8位CMOS处理芯片，市场应用好多。

图2-1计算器电路构成原理图

软件系统由键盘扫描模块、数据计算模块、数据纠错模块、数据显示模块等构成。

三、系统硬件设计

3.1单片机最小系统

单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小部分，包括主控芯片和晶振电路部分。

主控芯片选取STC89C52RC芯片，因其具有良好的性能和稳定性，价格低廉使用便利。晶振选用1MHZ，晶振旁电容选用1pf。下面是单片机最小系统的电路图：

图3-1单片机最小系统电路图

3.2键盘接口电路

计算器所需按键有数字键：“0〞、“1〞、“2〞、“3〞、“4〞、“5〞、“6〞、“7〞、“8〞、“9〞。功能键：“＋〞、“－〞、“×〞、“÷〞、“＝〞、“ON（清零）〞。

共计16个按键，行列均连接有公共端，连接至单片机的P3.0—P3.7端口。这样扫描P3口就可以完成对所有键盘的扫描，通过对16个按键的编码，从而得到键盘端口地址。分别进行行扫描和列扫描，确定按键，经过单片机处理后输入数据至LED显示屏，完成了键盘的功能。

下面为键盘接口电路图。

图3-2键盘接口电路

3.3数码显示电路

数码显示电路采用的是LM016L显示器。基本参数及引脚功能

1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无区别，两者尺寸区别如下图10-54所示：

1602LCD尺寸图

1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.5—5.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最正确工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示:

编符引脚说明编符引脚说明号号号号

1V9D2电源地数据

SS2V10D3电源正极数据

DD3V11D4液晶显示偏压数据

L4RS12D5数据/命令选择数据5R/13D6读/写选择数据

W6E14D7使能信号数据7D015BL背光源正极数据

A

8D116BL背光源负极数据

K

表10-13：引脚接口说明表第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影〞，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄放器选择，高电平日选择数据寄放器、低电平日选择指令寄放器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平日进行读操作，低电平日进行写操作。当RS和R/W共同为低电平日可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平日可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平日可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平日，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2LCD的指令说明及时序

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表10-14所示：

RRDDDDDD序指令

D0

S/W7654321号

1000000001清显示200000001*光标返回

I/置输入模

30000000S

D式

显示开/关

40000001CB

控制光标或字

S

5000001/**符移位

/C

L

D置功能

600001N**

L

置字符发字符发生存贮器地址

70001

生存贮器地址

置数据存显示数据存贮器地址

8001

贮器地址

B读忙标志计数器地址

901

F或地址

写数到要写的数据内容

1

10CGRAM或

0

DDRAM）

从读出的数据内容

1

11CGRAM或

1

DDRAM读数表10-14：控制命令表

1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）

图字符代码与图形对应表下面为数码显示电路电路图。

图3-3数码显示电路

四、系统软件设计

4.1键盘扫描程序设计

要进行数据计算就需要先进行数据的输入，也就必需确定按键输入的数值是什么，这就需要对按键进行扫描，从而确定是哪个按键按下了。

按键扫描的程序代码十分明了易懂，并且写好了解释。下面是源代码。

//按键处理命令//获取按键位置//16为无按键按下ucharKeyPosRowScan()//返回行扫描结果

{

ucharTemp=0;//扫描状态暂存。ucharRow;//行号P3=0x0f;

Temp=P3;//暂存P2状态for(Row=0;Row9999||Data[3]

}}}

return7;

4-4程序显示功能设计。

LM016L显示器需要初始化，写端口等操作。voidWaitCheck()//等待空闲{

do{

P0=0xFF;

RS=0;//选择指令寄放器

RW=1;//读rsrw值为01时,忙标志和地址计数器读出EN=0;//E=0,阻止读写

Delay(1);//等待，液晶显示器处理数据EN=1;//E=1,允许读写

}while(BUSY==1);//判断是否为空闲，1为忙，0为空闲}

voidWriteCom(ucharcom)//写指令{

P0=com;RS=0;RW=0;EN=0;

WaitCheck();EN=1;}

然后需要进行初始化voidInit()//初始化{

EN=1;//使能信号为高电平WriteCom(0x38);//显示模式设置

WriteCom(0x0e);//显示开，光标开，不闪烁WriteCom(0x06);//光标右移文字移动无效WriteCom(0x80);//设置访问地址}

初始化完成后我写了几个基本的命令，用来扩展对LCD屏幕更简单的显示。//设置命令

voidSetLine1Pos(ucharpos)//设置光标位置{

WriteCom(0x80|pos);}

voidSetLine2Pos(ucharpos)//设置光标位置

{

WriteCom(0xC0|pos);}

voidSetCursorStyle(ucharstyle)//0光标左移1光标右移{

if(style)WriteCom(0x04);//光标左移elseWriteCom(0x06);//光标右移}

//运算命令

uintAbs(intnumber){

if(number32767||number9999)bitnum=10000;elseif(number>999)bitnum=1000;elseif(number>99)bitnum=100;elseif(number>9)bitnum=10;elseif(number>=0)bitnum=1;//SetCursorStyle(1);

if(minusflag)ShowChar(0x2d);//显示负号while(bitnum>0){

bitbuf=number/bitnum;ShowBitNum(bitbuf);

number-=(bitbuf*bitnum);bitnum/=10;}}

voidShowFormula()//显示公式命令，用来显示公式{

SetLine1Pos(0);

ShowNumber(Data[0]);switch(Data[1]){

case10:ShowChar('+');break;case11:ShowChar('-');break;case12:ShowChar('*');break;case13:ShowChar('/');break;}

ShowNumber(Data[2]);ShowChar('=');SetLine2Pos(0);

ShowStr(\ShowNumber(Data[3]);

}

if((Data[1]==13)}

4.4主程序设计

下面为主程序

主程序既把各个功能串联一起，又能够进行循环执行。

首先进行LCD的初始化，再进行欢迎词，在进行键盘扫描，根据ShowFlag变量的值进行显示错误提醒或者显示结果或者显示数值等。

voidmain(){

Init();

while(Welcome(10));while(1){

if(KeyPosScan()==12){

DataInit();

if(ShowFlag<3)ShowFlag=InputChar(//勿影响显示

if(ShowFlag<3)ShowFlag=InputChar(//结果和错误

}

RegisterShowFlag();}}

还有部分代码未贴出，整体程序清单见附录。

五、调试及分析1调试分析

做好器件后先不要把芯片插在芯片板上，先验证电源是否好用，有无短路等状况，接上低电源测试各个点无误后方可插上芯片。

芯片插好后进行测试各个硬件模块是否能够完成功能，包括按键是否好用，显示是否正常等。

2性能分析

（1）单片机程序设计由于使用的是KeilC51。为扩大运算范围，使用longint范围。假如数据溢出，自动提醒溢出错误信息。

（2）可运算加、减、乘、除在内的四种运算。包括显示正数与负数。除零错误将自动提醒等信息。

（3）可以显示运算的公式。

六、心得体会

通过本次课程设计我真正的完成了自己设计计算器的目标，了解了从设计硬件，电路设计，电路板设计，软件设计，成品调试等各方面的过程，从而从整体学到了多方面的知识，为以后工作打下了一定的基本基础。

另外从本次试验中我也发现了自己有好多的不足，对知识了解的可能仍不够扎实，做事不够稳定等。相信同样的问题以后能够很好的解决，并能够把单片机做的更好。

七、

程序源代码

#include#include

#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar

sbitEN=P2^2;//定义引脚sbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitBUSY=P0^7;sbitP13=P1^3;//键盘数据

ucharLineScan[4]={0xE0,0xD0,0xB0,0x70};//列线扫描电压，分为第1，2，3，4根列线ucharRowScan[4]={0x0E,0x0D,0x0B,0x07};//行线扫描电压，分为第1，2，3，4根行线//计算类定义

ucharShowFlag=9;//0显示Data[0]1正常允许进行下一步2显示Data[2]3显示Data[3]4显示溢出错误5显示除零错误6显示错误7初始化程序8操作错误9提醒按初始化

键99无法预计错误

ucharDivFloatFlag=0;//是否显示除法所得的float数据//该变量设置取消ucharDivFloatData[15]={0};ucharFloatShowNum=0;

longintData[4]={0,10,0,0};//记录运算数据及结果//系统端口操作函数voidDelay(uinto){uinti,j;for(i=0;i2147483647||number=0;bitbuf--){ShowBitNum(idnumbuf[bitbuf]);}return0;}

voidShowFormula(){SetLine1Pos(0);ShowNumber(Data[0]);switch(Data[1]){case10:ShowChar('+');break;case11:ShowChar('-');break;case12:ShowChar('*');break;case13:ShowChar('/');break;

}ShowNumber(Data[2]);ShowChar('=');SetLine2Pos(0);ShowNumber(Data[3]);if(Data[1]==13){ShowChar('.');for(FloatShowNum=0;FloatShowNumucharKeyPosScan()//返回按键位置{returnKeyPosRowScan()*4+KeyPosLineScan();}

//返回指定位置按键的键值

ucharGetPosKeyID(ucharkeypos){switch(keypos)