基于ATC單片機簡易計算器的設計

1、計算機科學與技術系 硬件課程設計實驗基于AT89C51單片機簡易計算器的設計【摘 要】單片機的出現(xiàn)是計算機制造技術高速發(fā)展的產物，它是嵌入式控制系統(tǒng)的核心，如今，它已廣泛的應用到我們生活的各個領域，電子、科技、通信、汽車、工業(yè)等。本設計是基于51系列單片機來進行的數(shù)字計算器系統(tǒng)設計，可以完成計算器的鍵盤輸入，進行加、減、乘、除六位數(shù)范圍內的基本四則運算，并在LCD上顯示相應的結果。設計電路采用AT89C51單片機為主要控制電路，利用MM74C922作為計算器4*4鍵盤的掃描IC讀取鍵盤上的輸入。顯示采用字符LCD靜態(tài)顯示。軟件方面使用C語言編程，并用PROTUES仿真?！娟P鍵詞】 硬件課程設計

2、 簡單計算器 單片機 LCD 【正 文】 一、總體設計根據(jù)功能和指標要求，本系統(tǒng)選用MCS-51系列單片機為主控機。通過擴展必要的外圍接口電路，實現(xiàn)對計算器的設計。具體設計如下：（1）由于要設計的是簡單的計算器，可以進行四則運算，為了得到較好的顯示效果，采用LCD 顯示數(shù)據(jù)和結果。（2）另外鍵盤包括數(shù)字鍵（09）、符號鍵（+、-、×、÷）、清除鍵和等號鍵，故只需要16 個按鍵即可，設計中采用集成的計算鍵盤。（3）執(zhí)行過程：開機顯示零，等待鍵入數(shù)值，當鍵入數(shù)字，通過LCD顯示出來，當鍵入+、-、*、/運算符，計算器在內部執(zhí)行數(shù)值轉換和存儲，并等待再次鍵入數(shù)值，當再鍵入數(shù)值后將

3、顯示鍵入的數(shù)值，按等號就會在LCD上輸出運算結果。（4）錯誤提示：當計算器執(zhí)行過程中有錯誤時，會在LCD上顯示相應的提示,如：當輸入的數(shù)值或計算得到的結果大于計算器的表示范圍時，計算器會在LCD上提示溢出；當除數(shù)為0時，計算器會在LCD上提示錯誤。系統(tǒng)模塊圖：二、硬件設計（一）、總體硬件設計本設計選用AT89C51單片機為主控單元。 顯示部分：采用LCD靜態(tài)顯示。按鍵部分：采用4*4鍵盤；利用MM74C922為4*4的鍵盤掃描IC，讀取輸入的鍵值?？傮w設計效果如下圖：（二）、鍵盤接口電路計算器輸入數(shù)字和其他功能按鍵要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大

4、量的I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式，而是采用矩陣鍵盤的方案。矩陣鍵盤采用四條I/O 線作為行線，四條I/O 線作為列線組成鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上設置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為4×4個。這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。矩陣鍵盤的工作原理：計算器的鍵盤布局如圖2所示：一般有16個鍵組成，在單片機中正好可以用一個P口實現(xiàn)16個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中也最常用。圖 2 矩陣鍵盤布局圖矩陣鍵盤內部電路圖如圖3所示：為了進一步節(jié)省單片機I/O口資源，我們在設計中使用了MM74C922芯片。MM74C922是一款4*4鍵盤掃

5、描IC，它可檢測到與之相連的4*4鍵盤的按鍵輸入，并通過數(shù)據(jù)輸出口將按鍵相應的編碼輸出。其引腳圖如圖4所示：圖4 MM94C22硬件圖MM74C922引腳說明：(1) Y1Y4（腳1腳4）：44鍵盤第一列至第四。(2) X1X4（腳11、10、8、7）：44鍵盤第一行至第四行。(3) DOA DOD（Dataout AD，腳1417）：按鍵之BCD碼輸出，其中DOA為LSB，DOD為MSB。(4) VCC（腳18）：電源腳，+3V+15V。ab126計算公式大全(5) GND（腳9）：接地管腳。新藝圖庫(6) OSC（Oscillator，腳5）：鍵盤掃描電路之頻率所需外加電容的連引腳。(7)

6、 KBM（Keyboard Mask，腳6）：內部消除開關彈跳電路所外加電容的引腳。(8) OE（Output Enable，腳13）：芯片致能腳，接低電位可使芯片致能。(9) DA（Data Available，腳12）：數(shù)據(jù)有效輸出腳。任一按鍵按下時，此腳位會輸出高電位，按鍵釋放后此腳又會恢復為低電位。MM74C922對各按鍵的響應如下表所示：如下圖5所示，在本設計中，計算器輸入鍵盤的4條行線、列線分別連接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引腳，MM74C922的數(shù)據(jù)輸出口與單片機的P2口相連，MM74C922的DA引腳經過一個非門連接到單片機的/INT0腳，當MM74C922檢測

7、到鍵盤輸入時，DA產生高電平，與之相連的/INT0檢測到低電平，給單片機一個中斷，單片機從P2口的低四位讀入鍵盤上按下的鍵的值。圖5 鍵盤接口電路圖 （三）、LCD顯示模塊本設計采用LCD液晶顯示器來顯示輸出數(shù)據(jù)。通過D0-D7引腳向LCD寫指令字或寫數(shù)據(jù)以使LCD實現(xiàn)不同的功能或顯示相應數(shù)據(jù)。圖6 LCD 模塊（四）運算模塊（單片機控制）MCS-51 單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O等一臺計算機所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、

8、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，通過使用單片機編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！因此我們采用單片機作為計算器的主要功能部件，可以很快地實現(xiàn)運算功能。三、軟件設計現(xiàn)實生活中人們熟知的計算器，其功能主要如下：1、 鍵盤輸入；2、 數(shù)值顯示；3、 加、減、乘、除四則運算；4、 對錯誤的控制及提示；針對上述功能，計算器軟件程序要完成以下模塊的設計：1、 鍵盤輸入檢測模塊2、 LCD顯示模塊；3、 算術運算模塊4、 錯誤處理及提示模塊。系統(tǒng)總流程圖開始初始化參數(shù)初始化L

9、CD顯示有鍵輸入？讀取鍵碼LCD顯示數(shù)字鍵清零鍵功能鍵狀態(tài)清零輸入數(shù)值數(shù)值送顯示緩沖YN等待數(shù)值輸入結果送顯示緩沖根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)計算結果本次功能鍵？等待數(shù)值輸入結果送顯示緩沖等待數(shù)值輸入結果送顯示緩沖分塊程序設計1、 鍵盤輸入檢測程序設計有鍵按下時，單片機響應外部中斷0，轉入外部中斷0中斷處理函數(shù)，在中斷處理函數(shù)中完成對按鍵的判斷，以進行下一步的程序處理。/*外部中斷0處理函數(shù)*/void INT_0(void) interrupt 0 using 0key=translate(P2&0x0f);if(key<='9'&&key>

10、='0') /判斷按下的鍵是否為數(shù)值num=num*10+(key-'0');if (operators>0)y=num;iny=1;elsex=num;if(num<134217728&&num>-134217728) /當前數(shù)值是否超出限定范圍display(num);elsedataoverflow();elseswitch(key)case 'c':x=0;y=0;num=0;iny=0;operators=0;display(num);break;case '=':arithmetic(

11、);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

12、;break;2、 LCD顯示程序設計利用LCD靜態(tài)顯示，通過程序向LCD寫指令字或數(shù)據(jù)使LCD完成不同功能或顯示相應數(shù)據(jù)。/*LCD初始化函數(shù)*/void init_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寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/void write_data(char ddata)RS=1;/*寫指令*/R_W=0;EN=1;/*使能信號開*/P1=ddata;/*將

13、數(shù)據(jù)送入p1口*/EN=0;/*使能信號關*/check_BF();/*LCD寫指令函數(shù)*/void write_com(char command) RS=0;/*寫指令*/R_W=0;EN=1;/*使能信號開*/P1=command;/*將數(shù)據(jù)送入p1口*/EN=0;/*使能信號關*/check_BF();/*LCD檢查忙碌函數(shù)*/void check_BF()char i,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;/*關閉使能信號*/*LCD清屏函數(shù)*/void c

14、learLCD()write_com(0x01);/*LCD顯示函數(shù)*/void display(long a)long temp,b,c=-1;int lenth=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<i-1;j+)b=b*10;write_data(0x30+a/b);a=a%b;3、 算術運算程序設計開始運算符是？加乘減除除數(shù)為0？運算結果溢出？錯誤信息送顯示緩

15、沖數(shù)值送顯示緩沖YYNN4、 錯誤處理及提示程序設計/*除數(shù)為處理函數(shù)*/void dealerror()int i=0;clearLCD();for(i=0;i<5;i+)write_data(errori);/*數(shù)值溢出處理函數(shù)*/void dataoverflow()int i=0;clearLCD();for(i=0;i<8;i+)write_data(overflowi);四、聯(lián)機調試在聯(lián)機調試的過程中，一開始沒有做數(shù)值溢出方面的控制，導致LCD顯示的輸入數(shù)據(jù)或計算結果與實際不相符。后來經過計算得到有符號長整型的表示范圍為-21474836482147483647，遂取2

16、的30次方1073741824為本計算器的最大表示范圍，以此來控制數(shù)值溢出，修改后，LCD顯示正確。五、總結課程設計是培養(yǎng)我們綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為計算機專業(yè)的學生來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。 我們的題目是基于單片機設計簡易計算器，對于我們這些實踐中的新手來說，這是一次考驗。這次課程設計我們學到很多很多的東西，學會了怎么在遇到問題時去解決問題。不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法，可以進行一些簡單的編程。通過這次課程設計使我懂