基于C51单片机的简易计算器设计

基于单片机的简易设计原理专业：通信专业班级：通信1班姓名：刘民学号：1304041127摘要：按下键盘，通过键盘扫描程序，在LCD液晶显示屏上显示按键的操作过程，最终显示计算结果，实现计算器的基本功能。本文详细介绍LCD显示屏、矩阵键盘与C51单片机接口的应用，并介绍如何通过C51单片机实现计算器的算法。关键字：C51单片机，键盘，LCD液晶，计算器一、设计任务：本次实验是要以51系列单片机为核心实现一个简易计算器，它的结构简单，外部主要由4*4矩阵键盘和一个液晶显示屏构成，内部由一块STC90C51单片机构成，通过软件编程可实现简单加、减、乘、除、清除结果。实现对计算器的设计，具体设计如下：1、采用6位显示，最大显示值为“999999”，设计16个按键的矩阵键盘，按键包括‘0～9’、‘+’、‘-’、‘*’、‘/’、‘=’、‘C’。2、加减法做四字节运算；乘法做双字节运算；除法被除数为四字节，除数为两字节。3、当运算结果超出显示范围时，显示ERROR！。4、上述运算输入值均为整数，当结果带有小数时，可以采用四舍五入方式处理，也可以带小数显示。二、方案论证经分析，计算器电路包括三个部分：显示电路、、4*4键扫描电路、单片机微控制电路。具体如下：⒈）LCD显示电路LCD1602作为一个成熟的产品，使用简单，模式固定，便于移植到各种类型的程序，但是初学者往往要注意结合LCD本身的时序图来完善初始化程序。又以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，故采用LCD.⒉）4*4键盘扫描电路(中断式，扫描式，反转式)用户设计行列键盘接口，一般常采用3种方法读取键值。一种是中断式，外两种是扫描法和反转法。扫描法：对键盘上的某一行送低电平，其他行及列全为高电平，然后读取列值，检查各列线点评的变化，如果某列线电平为低电平，就可以确定此行此列交叉点处的按键被按下，采用延时去抖动。⒊）单片机微控制电路微控制电路就是以AT89C51为核心的控制核心，主要注意晶振电路的接法和复位电路的接法。三硬件电路的设计3.1硬件设计电路框图线路原理框图3.2、系统模块图：LCD显示晶振电路51系列单片机系统4*4键盘复位电路单片机运算模块显示模块输入模块四、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，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1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键盘接口电路图五、LCD显示LCD显示器介绍有字符型液晶显示模块（SMC1602A）和点阵式液晶显示模块（TCM12232A、TCM12864N）下面以SMC1602A为例介绍字符型液晶显示模块的功能及应用。（一）、字符型液晶显示模块的引脚及功能在1602液晶内部有字模发生存储器CGROM及显示数据存储器DDRAM。其中，字模发生存储器CGROM主要用来存储192个常用字符的字模编码，包含标准的ASCII码。DDRAM是显示数据存储器共80个字节，分别对应1602液晶显示器的两行。第一行地址为0X00H~0X27H，共40个字节；第二行地址为0X40H~67H，共40个字节。RAM地址映像如下图：引脚符号功能1VSS电源地2VDD电源正极3Ve0对比调整电压4RS0输入指令，1输入数据5R/W0写入指令或数据，1读取信息6E使能信号，1读取数据，下降沿执行指令7~14DB0~DB7数据输入口15BLA背光电源正极16BLK背光电源负极（二）：字符型液晶显示模块的控制操作RSR/WEDB0~DB7011读出状态字111读出数据在1602读回的状态字中，D7位为状态BF，当BF=1时表示忙碌，此时不能进行写操作。当BF=0时表示状态为空闲，可以进行写操作。（2）写操作：RSR/WEDB0～DB700下降沿输入指令10下降沿输入数据（3）初始化命令字:a.工作方式设置指令D7D6D5D4D3D2D1D0001DLNF00DL设置与MCU的接口方式。DL=1表示数据宽度为8位，DB0～DB7有效。DL=0表示数据宽度为4位，DB4~DB7有效。N设置显示字符行数。N=0表示显示一行字符，N=1表示显示两行字符。F设置显示字符字体，一般为0。F=0表示显示5X8点阵字体，F=1表示显示5X11点整字体。b.显示状态设置D7D6D5D4D3D2D1D000001DCBD为画面显示状态位。D=1表示显示功能开，D=0表示显示功能关。C为光标显示状态位。C=1表示有光标，C=0表示无光标。B闪烁显示状态位。B=1表示光标闪烁，B=0表示光标不闪烁。c.输入方式设置指令D7D6D5D4D3D2D1D0000001I/DS该指令的操作主要是设置显示字符的输入方式。即在操作数据写入/读出后，AC数据地址指针的修改方式。I/D=1时，AC为自动加一计数器，I/D=0时，AC为自动减一计数器。S设置写入字符时是否允许画面滚动。S=1时允许画面/光标滚动，S=0时禁止画面/光标滚动。d.光标或画面滚动设置指令D7D6D5D4D3D2D1D00001S/CR/L00S/C滚动对象选择位。S/C=1时画面滚动，S/C=0时光标滚动。R/L滚动方向选择位。R/L=1时向右滚动，R/L=0时向左滚动。e.清屏指令D7D6D5D4D3D2D1D000000001执行清屏指令后，DDRAM内容为空白的ASCII码20H，光标归位在左上方，地址计数器AC=0.f.光标复位指令D7D6D5D4D3D2D1D000000010执行光标复位指令后，AC=0，DDRAM中的值不变。g.DDRAM地址设置指令D7D6D5D4D3D2D1D01A6A5A4A3A2A1A0当需要向某一地址中写入数据时，先写入地址，再写入数据。程序图YNN五、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）。开始程序初始化LCD显示有键输入读键码键码功能数字键输入键值输入缓存功能键是“=”？执行计算保存状态保存结果，或执行功能结果送入缓存等待数值输出YY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。六：设计心得、体会、总结我的题目简易计算器的设计，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验，怎样才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的计划更具有程序性，而不会忙无一用？这都需要我们所要考虑和努力的。这次设计我学到了很多，在设计过程中怎样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了所学知识，而且学到了很多书上学不到的知识，掌握了一种系统的学习方法，可以进行一些简单的编程。这次设计使我懂得了理论与实际结合很重要，只有理论知识是远远不够的，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，同时在设计过程中发现自己的不足，加强巩固，有利于后续的单片机考试。调试过程中也遇到了很多问题，例如，液晶显示明明定义了两行显示，但实际中却只有一行，最后竟查资料发现，液晶内部自检时间比单片机慢，需要延时多定义，避免未完成自检就执行指。主要参考文献《单片机原理与接口技术》，李升主编，北京大学出版社，2011年7月《单片机原理及应用实验指导书》，屈波等编，2012年2月25日《微处理器综合实训系统模块化设计》戴建编2012年2月《单片机原理及应用》，赵德安等编，机械工业出版社，2009年附原理图附：硬件设计电路的元件清单器件名称数量AT89C511按键174k7x424k7x91电容22uF1LCD16021晶振12MHz1电容30pF2电位器1031附源代码//***P1.0~P1.3接行*******P1.4~P1.7接列.*******P0接LCD******************//#includereg52.h#defineucharunsignedcharucharcodedis1[]=!rorre;//后面使用倒序显示ucharcodedis2[]=!rorrehtam;sbitbusy=P0^7;sbitRS=P2^2;sbitRW=P2^1;sbitEN=P2^0;chari,j,temp,num;longa,b,c;ucharflag,fuhao;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-0x30,0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30};voiddelay(ucharz)//延时{ucharx,y;for(x=z;x0;x--)for(y=0;y125;y++);}voidready()//忙检测{do{P0=0xff;RS=0;RW=1;EN=0;delay(5);EN=1;}while(busy==1);}voidwrite_com(ucharcom)//写指令{P0=com;RS=0;RW=0;EN=0;ready();EN=1;delay(10);}voidwrite_data(ucharm)//写数据{P0=m;RS=1;RW=0;EN=0;ready();EN=1;}voidinital()//初始化{EN=1;write_com(0x38);//【设置LCD为16X2显示,5X7点阵,八位数据接口】delay(10);write_com(0x38);//【LCD内检较单片机慢，为防止未完成内检就执行指令，延迟，再写指令以完成内检】write_com(0x0c);//无光标write_com(0x06);//光标后移write_com(0x80);write_com(0x01);//清屏i=0;j=0;a=0;//第一个参与运算的数b=0;//第二个参与运算的数c=0;flag=0;//flag表示是否有符号键按下fuhao=0;//fuhao表征按下的是哪个符号}voidkeyscan()//键盘扫描程序{P1=0xfe;//将某一行置低，列全为高if(P1!=0xfe)//判断是否有键按下{delay(20);//延时去抖动if(P1!=0xfe)//重新确认{temp=P1&0xf0;//【行全置低，判断列是否变化】switch(temp){case0xe0:num=0;break;case0xd0:num=1;break;case0xb0:num=2;break;case0x70:num=3;break;}}while(P1!=0xfe);if(num==0||num==1||num==2)//如果按下的是'7','8'或'9{if(j==1)//确认一次计算完毕，清屏{write_com(0x01);j=0;}if(flag==0)//没有按过符号键{a=a*10+table[num];}else//如果按过符号键{b=b*10+table[num];}}else//如果按下的是'/'{flag=1;fuhao=4;}i=table1[num];write_data(0x30+i);}P1=0xfd;if(P1!=0xfd){delay(20);if(P1!=0xfd){temp=P1&0xf0;switch(temp){case0xe0:num=4;break;case0xd0:num=5;break;c