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

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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：

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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：

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（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：

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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。

新艺图库

（6）OSC（Oscillator，脚5）：

键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。

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（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，.

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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/.

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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.

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开始初始化参数显示初始化LCDY

读取键码有键输入？

N

功能键清零键数字键

根据上次功能键和输状态清零输入数值

入的数据计算结果本次功能键结果送显示缓结果送显示缓

等待数值输等待数值输结果送显示缓数值送显示缓等待数值输LC显示.

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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;

//当前数值是否超出限定范围（num<134217728&&num>-134217728）if

{

display（num）;

}

else

dataoverflow（）;

}

else

{

（key）switch

{

:

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'/':

（operators）if

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ddata）write_data（charvoid{

*/写指令RS=1;/*R_W=0;

*/使能信号开EN=1;/**/口将数据送入P1=ddata;/*p1*/使能信号关EN=0;/*check_BF（）;

}

*************/写指令函数/***********LCDcommand）voidwrite_com（char{

*/RS=0;/*写指令R_W=0;

*/

EN=1;/*使能信号开*/P1=command;p1/*将数据送入口*/EN=0;使能信号关/*check_BF（）;

}

***********//************LCD检查忙碌函数check_BF（）void{

i,x=0x80;charP1=0xff;

（x&0x80）while

{

RS=0;

R_W=1;

EN=1;

x=P1;

EN=0;

（i=0;i<10;i++）;for}

*//*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？

除Y除数为

加运算结果溢出？

N

乘Y错误信息送显示缓冲

？

0N

减

数值送显示缓

冲

错误处理及提示程序设计4、

**********/除数为处理函数/**********dealerror（）void{

i=0;intclearLCD（）;

（i=0;i<5;i++）forwrite_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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