AT89C51单片机C实现简易计算器.docx
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AT89C51单片机C实现简易计算器
AT89C51单片机简易计算器的设计
一、总体设计
根据功能和指标要求,本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。
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)由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,为了得到较好的显示效果,采用LCD显示数据和结果。
(2)另外键盘包括数字键(0~9)、符号键(+、-、×、÷)、清除键和等号键,故只需要16个按键即可,设计中采用集成的计算键盘。
(3)执行过程:
开机显示零,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。
(4)错误提示:
当计算器执行过程中有错误时,会在LCD上显示相应的提示,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LCD上提示溢出;当除数为0时,计算器会在LCD上提示错误。
系统模块图:
二、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LCD静态显示。
按键部分:
采用4*4键盘;利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC,读取输入的键值。
总体设计效果如下图:
(二)、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2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矩阵键盘布局图
矩阵键盘内部电路图如图3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MM74C922芯片。
MM74C922是一款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4所示:
图4MM94C22硬件图
MM74C922引脚说明:
(1)Y1~Y4(脚1~脚4):
44键盘第一列至第四。
(2)X1~X4(脚11、10、8、7):
44键盘第一行至第四行。
(3)DOA~DOD(DataoutA~D,脚14~17):
按键之BCD码输出,其中DOA为LSB,DOD为MSB。
(4)VCC(脚18):
电源脚,+3V~+15V。
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(5)GND(脚9):
接地管脚。
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(6)OSC(Oscillator,脚5):
键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。
(7)KBM(KeyboardMask,脚6):
内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。
(8)OE(OutputEnable,脚13):
芯片致能脚,接低电位可使芯片致能。
(9)DA(DataAvailable,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对各按键的响应如下表所示:
如下图5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的X1-X4、Y1-Y4引脚,MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连,MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚,当MM74C922检测到键盘输入时,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5键盘接口电路图
(三)、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6LCD模块
(四)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/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。
三、软件设计
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、LCD显示模块;
3、算术运算模块
4、错误处理及提示模块。
系统总流程图
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。
/***********外部中断0处理函数*************/
voidINT_0(void)interrupt0using0
{
key=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;
}
else
x=num;
if(num<134217728&&num>-134217728)//当前数值是否超出限定范围
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
}
else
{
switch(key)
{
case'c':
x=0;
y=0;
num=0;
iny=0;
operators=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;
case'*':
if(operators)
arithmetic();
operators=3;
num=0;
break;
case'/':
if(operators)
arithmetic();
operators=4;
num=0;
break;
}
}
}
2、LCD显示程序设计
利用LCD静态显示,通过程序向LCD写指令字或数据使LCD完成不同功能或显示相应数据。
/**************LCD初始化函数*************/
voidinit_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*************/
voidwrite_data(charddata)
{
RS=1;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=ddata;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF();
}
/***********LCD写指令函数*************/
voidwrite_com(charcommand)
{
RS=0;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=command;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF();
}
/************LCD检查忙碌函数***********/
voidcheck_BF()
{
chari,x=0x80;
P1=0xff;
while(x&0x80)
{
RS=0;
R_W=1;
EN=1;
x=P1;
EN=0;
for(i=0;i<10;i++);
}
EN=0;/*关闭使能信号*/
}
/**********LCD清屏函数**********/
voidclearLCD()
{
write_com(0x01);
}
/**********LCD显示函数**********/
voiddisplay(longa)
{
longtemp,b,c=-1;
intlenth=1,i,j;
clearLCD();
if(a<0)
{
a=a*c;
write_data('-');
}
temp=a;
while((temp=temp/10)!
=0)
{
lenth++;
}
for(i=lenth;i>0;i--)
{
b=1;
for(j=0;j { b=b*10; } write_data(0x30+a/b); a=a%b; } } 3、算术运算程序设计 开始 运算符是? 加 乘 减 除 除数为0? 运算结果溢出? 错误信息送显示缓冲 数值送显示缓冲 Y Y N N 4、错误处理及提示程序设计 /**********除数为处理函数**********/ voiddealerror() { inti=0; clearLCD(); for(i=0;i<5;i++) write_data(error[i]); } /*********数值溢出处理函数**********/ voiddataoverflow() { inti=0; clearLCD(); for(i=0;i<8;i++) write_data(overflow[i]); } 四、联机调试 在联机调试的过程中,一开始没有做数值溢出方面的控制,导致LCD显示的输入数据或计算结果与实际不相符。 后来经过计算得到有符号长整型的表示范围为-2147483648—2147483647,遂取2的30次方1073741824为本计算器的最大表示范围,以此来控制数值溢出,修改后,LCD显示正确。
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