基于51单片机的简易计算器设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1单片机的选择..............................................................................................1

2.2系统框图设计..............................................................................................2

3产品硬件设计.........................................................................................................3

3.1STC89C51单片机核心电路设计.................................................................3

3.2键盘电路设计............................................................................................3

3.3液晶显示模块电路.....................................................................................4

4产品软件设计.........................................................................................................5

4.1主程序流程图..............................................................................................6

4.2产品程序清单..............................................................................................7

5产品装配调试及使用说明.....................................................................................8

5.1产品装配图..................................................................................................8

5.2产品调试......................................................................................................9

5.3产品使用说明............................................................................................10

6产品设计技术标准...............................................................................................10

附录1元器件清单.....................................................................................................11

附录2电路原理图.....................................................................................................12

附录3PCB设计图....................................................................................................13

附录4产品实物图...................................................................................................14

附录5主程序代码...................................................................................................15

参考资料...................................................................................................................24

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基于51单片机的简易计算器设计与制作

1产品功能分析

本设计是以STC89C51单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用4*4

矩阵键盘，可以进行加减乘除带符号数字运算，并在液晶显示屏LCD1602上显

示操作过程和结果。

本设计旨在加强掌握单片机理论知识，加强对于实际应用系统设计能力。

综合运用在校阶段所学软硬件知识分析实际问题，提高完成毕业设计实际问题

的能力，为以后单片机应用和开发奠定一定的基础,并且完成出带有四则运算能

力的简易计算器设计。

2设计方案遴选

选择好兼容合适的元器件进行产品的组装，由STC89C51单片机的数据处理

功能以及液晶显示功能组成,产品应能对数字进行有效运算。

2．1单片机的选择

方案1：选择C51系列单片机

51单片机作为应用最广泛的8位单片机具有对于传送，清零，置位，测试

等某些特殊功能寄存器进行处理，还有位的功能处理，这些功能的完备，让操

作者可以得心应手，乘除法指令也给使用者的工作有着很大的便利，对单片机

底层工作原理也能有更深的理解和运用。

当然51单片机的短板也很明显，外设资源非常有限，运行速度相对于stm32

来说较慢，不太适合做复杂的产品，但运用于不是很复杂的产品其性价比还是

很高的，本人在考虑到上手难度及价格方面等综合因素，51系列单片机于个人

而言是个相当不错的选择，所以选择了该系列单片机。

方案2：选择STM32系列单片机

STM32单片机特点是性能好损耗较低，适用于设计的控制电路.但是缺点也

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很明显，成本较高和复杂。并且STM32是跑指令的，适合跑算法，但是针对多

路的信号处理就需要很多片DSP来并行处理，个人角度而言不适用故没有选择。

2．2系统框图设计

系统框图如图2-1所示：

按键控制

微处理器LCD1602

运算控制STC89C51单数据显示

片机

图2-1系统框图

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3产品硬件设计

3．1STC89C51单片机核心电路设计

使用STC89C51因为价钱比较便宜，技术相当成熟了，加之稳定耐用，程序

跑起来不容易出错，但是51单片机偏简单，没有现成的控制器和库，需要了解

原理后亲自实现一遍，但是也使基础知识学习的更加扎实。AT89c51单片机实质

是一个硬件的芯片，要外加各种扩展接口电路，外部设备，硬件和软件，本设

计选用以STC89C51单片机为主控单元。

3．2键盘电路设计

本设计使用4*4矩阵式键盘，对于功能相对复杂，需要输入输出参数较多

的系统，此矩阵式键盘控制十分方便，在单片机系统中，大部分都是设置键盘，

按钮等功能，主要是为了控制运行状态，便于输入输出一些命令或者数据，键

盘是最简单最基本的进行人机交互的途径，用按键的形式来控制，它实际上本

质是一个开关量，简单的可以用独立的按键，但是本设计需要进行加减乘除等

运算，所以在这里我们使用的是4*4的矩阵式的键盘，键盘的连接方式如图3-2

所示。

图3-2键盘电路

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3.3液晶显示模块电路

液晶显示器（LCD）功率小节电，价格实惠，同时使用时的显示质量高，对

人体得电磁辐射小危害小，人们肉眼可视面积比较大，整体的一个体积相对较

小，本身配置的重量轻快，屏幕显示出来的画面效果好，在生活中可以应用范

围的广，还有可以数字式接口十分方便等优点，并且它的使用在日常生活可以

说是随处可见了，像菜市场和便利店用到的计算器，旅游和电影中用到得数码

相机，在家中摆放得液晶电视等，因为本设计在使用时需要显示的信息比较多，

为了在操作时可以能直观看到最后结果，并且看起来整体比较美观，所以使用

总线等方法来简化线路连接方式，本设计用液晶显示器（LCD）。

LCD1602液晶显示原理图如图3-3所示。

图3-3LCD1602液晶显示原理图

LCM1602液晶显示实物图3-4如下图所示：

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图3-4LCM1602液晶显示实物图

4产品软件设计

产品采用C语言，KELL编程环境，由相对简单的几个模块化程序组成，计

算器需要用到很多按键，如果用独立按键的方式，编程绘简单很多，但是绘占

用许多I/O资源，所以一般情况都不会采用如图4.1这种方式，但是资源有限，

不过并不会影响其计算器功能

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4．1主程序流程图

主程序流程图如图4-1所示。

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图4-1主程序流程图

4．2产品程序清单

产品程序清单如图4-2所示。

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图4-2产品程序清单

5产品装配调试及使用说明

5．1产品装配图

产品主要由STC89C52单片机模块，LCD液晶显示器模块，电源接口，电源

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开关，独立按键等等组成。产品装配图如图5-1所示。

图5-1产品装配图

5．2产品调试

A.检查元件好坏

按照电路图买好元件先大概检查一下外部有无损坏，然后按照不同元件的不同

检查方法一个一个来检测，要细致把控每个元件的好坏，在对照这原理图是否

一致，全部检查完后在进行焊接，不然出错后将会不方便更改。

B.放置、焊接各元件

首先按照原理图来，一个一个放好元器件，在放好元器件的过程中，最好

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是要先焊接比较容易焊接容易的元器件，焊接难度高的和有特别要求的元件，

特别是容易坏的元件我们要后焊，要注意芯片和元件的安装方向，如果弄错不

方便更改，在焊接的时候我们要把控好时机连续焊接时间最好不要超过8s。

5．3产品使用说明

A.插好电源，按开关键等待计算机启动。

B.该计算机一共有1到9，加减乘除，清零和运算结果加起来十五个按键。

C.随机组合1234等数字进行运算，观察液晶显示屏上的运算结果如何，运

算完后按清零键即可重新开始计算。

D.使用完后按下开关，拔掉电源即可。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

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附录

附录1元器件清单

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

#include<reg52.h>//调用单片机头文件

#include<stdio.h>//调用单片机头文件

#include<string.h>//调用单片机头文件

#include<stdlib.h>//调用单片机头文件

#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义变量范围0~255

#defineuintunsignedint//无符号整型宏定义变量范围0~65535

floatnum1;//保存第一个数

floatnum2;//保存第二个数

ucharjjcc;//加减乘除标志变量

ucharLcd_Str[17];//显示区缓存

ucharNum_str[17];

ucharLcd_num2_add=0;//第二个数据开始位的增量

ucharLcd_dis1_i=0;//记录显示第一行字符

ucharLcd_num1_i=0;//记录num1是几位数

ucharLcd_num2_i=0;//记录num2是几位数

ucharDian_i=0;//小数点位数

sbitrs=P1^0;//寄存器选择信号H:数据寄存器L:指令寄存器

sbitrw=P1^1;//寄存器选择信号H:数据寄存器L:指令寄存器

sbite=P1^2;//片选信号下降沿触发

/********************************************************************

*名称:delay_uint()

*功能:小延时。

*输入:无

*输出:无

***********************************************************************/

voiddelay_uint(uintq)

{

while(q--);

}

/********************************************************************

*名称:write_com(ucharcom)

*功能:1602指令函数

*输入:输入的指令值

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*输出:无

***********************************************************************/

voidwrite_com(ucharcom)

{

rs=0;//写指令

rw=0;//对1602写操作

P0=com;//P0口对1602写指令数据

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信号

delay_uint(100);//延时一下等1602完成操作

e=0;

}

/********************************************************************

*名称:write_data(uchardat)

*功能:1602写数据函数

*输入:需要写入1602的数据

*输出:无

***********************************************************************/

voidwrite_data(uchardat)

{

rs=1;//写数据

rw=0;//对1602写操作

P0=dat;//P0口对1602写数据

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信号

delay_uint(100);//延时一下等1602完成操作

e=0;

}

/***********************lcd1602上显示这字符函数************************/

voidDis_str(ucharadd,uchar*p)

{

write_com(add);//写1602的地址

while(*p>0)

{

write_data(*p);//写数据

p++;//指针地址加1

}

}

voidinit_1602()

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{

write_com(0x38);//显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口不检测忙信号

write_com(0x0c);//开显示不显示光标

write_com(0x06);//当写一个字符是，地址指针加1

write_com(0x01);//清除显示

}

/***************************************************************

*名称:delay_1ms()

*功能:延时1ms函数

*输入:q

*输出:无

****************************************************************/

voiddelay_1ms(uintq)

{

uinti,j;

for(i=0;i<q;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

ucharKey_io;//暂存IO值

ucharkey_new;//松手检测自锁变量

ucharkey_can;//按键值

ucharKey_D_bit;

/********************按键程序*****************/

voidkey(void)

{

key_can=18;

P3=0xf0;//拉低第四位

Key_io=P3;

if(Key_io!=0xf0)//查看搞四位是否有低电平

{

Key_io|=0x0f;//保持高四位出现低电平的管脚，拉高第四位

P3=Key_io;//重新复制IO口

Key_io=P3;//读取IO信息，确定键值

if(key_new==0)//自锁变量，松手检测

{

key_new=1;

switch(Key_io)

{

case0x7e:key_can=10;//得到按键值

break;

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case0x7d:key_can=0;//得到按键值

break;

case0x7b:key_can=11;//得到按键值

break;

case0x77:key_can=15;//得到按键值

break;

case0xbe:key_can=7;//得到按键值

break;

case0xbd:key_can=8;//得到按键值

break;

case0xbb:key_can=9;//得到按键值

break;

case0xb7:key_can=14;//得到按键值

break;

case0xde:key_can=13;//得到按键值

break;

case0xdd:key_can=6;//得到按键值

break;

case0xdb:key_can=5;//得到按键值

break;

case0xd7:key_can=4;//得到按键值

break;

case0xee:key_can=12;//得到按键值

break;

case0xed:key_can=3;//得到按键值

break;

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case0xeb:key_can=2;//得到按键值

break;

case0xe7:key_can=1;//得到按键值

break;

}

}

}

else

{

key_new=0;

}

}

ucharXS_JG(ucharadd,floatn)//显示函数

{

ucharlen,p=0;

memset(Lcd_Str,0,16);//内存空间初始化

sprintf(Lcd_Str,"%e",n);

while(Lcd_Str[p]!='e')

{

p++;

}

if(Lcd_Str[p+2]==0x30&&Lcd_Str[p+3]<0x37)

{

sprintf(Lcd_Str,"%f",n);

len=strlen(Lcd_Str);

while(len)

{

if(Lcd_Str[len-1]=='.')

{

Lcd_Str[len-1]=0;

break;

}

len--;

}

}

else

{

while(p)

{

if(Lcd_Str[p-1]=='.')

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{

Lcd_Str[p-1]='';

break;

}

p--;

}

}

Dis_str(add,"");

Dis_str(add,Lcd_Str);

returnlen;

}

/*************显示特殊字符函数***************/

voidfuhao(uchars)

{

if(jjcc<5)

{

if(jjcc==0)

{

Num_str[Lcd_dis1_i]=s;

Lcd_dis1_i++;

Lcd_num2_add=Lcd_dis1_i;

}

else

{

if(Num_str[Lcd_num2_add]==0)

Num_str[Lcd_dis1_i-1]=s;

}

Dis_str(0x80,Num_str);

}

if(jjcc==5)

{

Lcd_dis1_i=4;

Lcd_num2_i=0;

Lcd_num2_add=4;

memset(Num_str,0,16);//内存空间初始化

Num_str[0]='A';

Num_str[1]='n';

Num_str[2]='s';

Num_str[3]=s;

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Dis_str(0x80,"");

Dis_str(0x80,Num_str);

}

}

voidmain(void)

{

init_1602();//lcd1602初始化

write_data('0');

memset(Num_str,0,16);

while(1)

{

key();//读按键值

delay_1ms(10);

if(key_can<18)//是否有按键按下，小于16时有按键按下

{

delay_1ms(30);

switch(key_can)

{

case11:if(Num_str[Lcd_num2_add]<=0x39&&Num_str[Lcd_num2_add]>=0x30)

num2=atof(Num_str+Lcd_num2_add);//从数组中取第二个数字

else

break;

Lcd_num2_i=0;

switch(jjcc)

{

case1:num1+=num2;//加

break;

case2:num1-=num2;//减

break;

case3:num1*=num2;//乘

break;

case4:num1/=num2;//除

break;

}

XS_JG(0xc0,num1);

Dis_str(0x80+Lcd_dis1_i,"=");

jjcc=5;//等号标志

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break;

case12:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('+');

jjcc=1;Dian_i=0;

break;//按下加号键

case13:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('-');

jjcc=2;Dian_i=0;

break;//按下减号键

case14:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('*');

jjcc=3;Dian_i=0;

break;//按下乘号键

case15:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('/');

jjcc=4;Dian_i=0;

break;//按下除号键

case10:if(Dian_i==0&&(Lcd_num1_i!=0||Lcd_num2_i!=0))//输入小数点时

前面必须有数字

{

Dian_i++;//小数点

Num_str[Lcd_dis1_i]='.';

Lcd_dis1_i++;

Dis_str(0x80,Num_str);

}

break;

case16:jjcc=0;

Dis_str(0x80,"0");//清除显示

Dis_str(0xc0,"");

/*********************删除一个数字*******************/

case17:if(Lcd_dis1_i==0)

break;

/*********************删除一个数字删

除小数点按等号后不再撤销*******************/

if(((Num_str[Lcd_dis1_i-1]<=0x39&&Num_str[Lcd_dis1_i-1]>=0x30)||Num_str[Lcd_dis1_i-1]==

'.')&&jjcc!=5)

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{

if(Num_str[Lcd_dis1_i-1]=='.')

{Dian_i=0;}

else

{

if(jjcc==0)

{

Lcd_num1_i--;

}

else

{

Lcd_num2_i--;

}

}

Lcd_dis1_i--;

Lcd_num2_add=Lcd_dis1_i;

Num_str[Lcd_dis1_i]=0;

Dis_str(0x80,"");

Dis_str(0x80,Num_str);

}

if(Lcd_dis1_i==0)

write_data('0');

break;

default:if(key_can<10&&Dian_i<7)//显示对应的数字键,输入的小数

点后位数小于7位

{

if(jjcc==5)

{