基于51單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.........................................................................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選.........................................................................................................1

2.1單片機(jī)的選擇..............................................................................................1

2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)..............................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).........................................................................................................3

3.1STC89C51單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì).................................................................3

3.2鍵盤電路設(shè)計(jì)............................................................................................3

3.3液晶顯示模塊電路.....................................................................................4

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).........................................................................................................5

4.1主程序流程圖..............................................................................................6

4.2產(chǎn)品程序清單..............................................................................................7

5產(chǎn)品裝配調(diào)試及使用說(shuō)明.....................................................................................8

5.1產(chǎn)品裝配圖..................................................................................................8

5.2產(chǎn)品調(diào)試......................................................................................................9

5.3產(chǎn)品使用說(shuō)明............................................................................................10

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...............................................................................................10

附錄1元器件清單.....................................................................................................11

附錄2電路原理圖.....................................................................................................12

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖....................................................................................................13

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖...................................................................................................14

附錄5主程序代碼...................................................................................................15

參考資料...................................................................................................................24

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

本設(shè)計(jì)是以STC89C51單片機(jī)為核心的計(jì)算器模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輸入采用4*4

矩陣鍵盤，可以進(jìn)行加減乘除帶符號(hào)數(shù)字運(yùn)算，并在液晶顯示屏LCD1602上顯

示操作過(guò)程和結(jié)果。

本設(shè)計(jì)旨在加強(qiáng)掌握單片機(jī)理論知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

綜合運(yùn)用在校階段所學(xué)軟硬件知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題，提高完成畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題

的能力，為以后單片機(jī)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)奠定一定的基礎(chǔ),并且完成出帶有四則運(yùn)算能

力的簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)。

2設(shè)計(jì)方案遴選

選擇好兼容合適的元器件進(jìn)行產(chǎn)品的組裝，由STC89C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理

功能以及液晶顯示功能組成,產(chǎn)品應(yīng)能對(duì)數(shù)字進(jìn)行有效運(yùn)算。

2．1單片機(jī)的選擇

方案1：選擇C51系列單片機(jī)

51單片機(jī)作為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)具有對(duì)于傳送，清零，置位，測(cè)試

等某些特殊功能寄存器進(jìn)行處理，還有位的功能處理，這些功能的完備，讓操

作者可以得心應(yīng)手，乘除法指令也給使用者的工作有著很大的便利，對(duì)單片機(jī)

底層工作原理也能有更深的理解和運(yùn)用。

當(dāng)然51單片機(jī)的短板也很明顯，外設(shè)資源非常有限，運(yùn)行速度相對(duì)于stm32

來(lái)說(shuō)較慢，不太適合做復(fù)雜的產(chǎn)品，但運(yùn)用于不是很復(fù)雜的產(chǎn)品其性價(jià)比還是

很高的，本人在考慮到上手難度及價(jià)格方面等綜合因素，51系列單片機(jī)于個(gè)人

而言是個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的選擇，所以選擇了該系列單片機(jī)。

方案2：選擇STM32系列單片機(jī)

STM32單片機(jī)特點(diǎn)是性能好損耗較低，適用于設(shè)計(jì)的控制電路.但是缺點(diǎn)也

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很明顯，成本較高和復(fù)雜。并且STM32是跑指令的，適合跑算法，但是針對(duì)多

路的信號(hào)處理就需要很多片DSP來(lái)并行處理，個(gè)人角度而言不適用故沒(méi)有選擇。

2．2系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：

按鍵控制

微處理器LCD1602

運(yùn)算控制STC89C51單數(shù)據(jù)顯示

片機(jī)

圖2-1系統(tǒng)框圖

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3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3．1STC89C51單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)

使用STC89C51因?yàn)閮r(jià)錢比較便宜，技術(shù)相當(dāng)成熟了，加之穩(wěn)定耐用，程序

跑起來(lái)不容易出錯(cuò)，但是51單片機(jī)偏簡(jiǎn)單，沒(méi)有現(xiàn)成的控制器和庫(kù)，需要了解

原理后親自實(shí)現(xiàn)一遍，但是也使基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的更加扎實(shí)。AT89c51單片機(jī)實(shí)質(zhì)

是一個(gè)硬件的芯片，要外加各種擴(kuò)展接口電路，外部設(shè)備，硬件和軟件，本設(shè)

計(jì)選用以STC89C51單片機(jī)為主控單元。

3．2鍵盤電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用4*4矩陣式鍵盤，對(duì)于功能相對(duì)復(fù)雜，需要輸入輸出參數(shù)較多

的系統(tǒng)，此矩陣式鍵盤控制十分方便，在單片機(jī)系統(tǒng)中，大部分都是設(shè)置鍵盤，

按鈕等功能，主要是為了控制運(yùn)行狀態(tài)，便于輸入輸出一些命令或者數(shù)據(jù)，鍵

盤是最簡(jiǎn)單最基本的進(jìn)行人機(jī)交互的途徑，用按鍵的形式來(lái)控制，它實(shí)際上本

質(zhì)是一個(gè)開(kāi)關(guān)量，簡(jiǎn)單的可以用獨(dú)立的按鍵，但是本設(shè)計(jì)需要進(jìn)行加減乘除等

運(yùn)算，所以在這里我們使用的是4*4的矩陣式的鍵盤，鍵盤的連接方式如圖3-2

所示。

圖3-2鍵盤電路

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3.3液晶顯示模塊電路

液晶顯示器（LCD）功率小節(jié)電，價(jià)格實(shí)惠，同時(shí)使用時(shí)的顯示質(zhì)量高，對(duì)

人體得電磁輻射小危害小，人們?nèi)庋劭梢暶娣e比較大，整體的一個(gè)體積相對(duì)較

小，本身配置的重量輕快，屏幕顯示出來(lái)的畫面效果好，在生活中可以應(yīng)用范

圍的廣，還有可以數(shù)字式接口十分方便等優(yōu)點(diǎn)，并且它的使用在日常生活可以

說(shuō)是隨處可見(jiàn)了，像菜市場(chǎng)和便利店用到的計(jì)算器，旅游和電影中用到得數(shù)碼

相機(jī)，在家中擺放得液晶電視等，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)在使用時(shí)需要顯示的信息比較多，

為了在操作時(shí)可以能直觀看到最后結(jié)果，并且看起來(lái)整體比較美觀，所以使用

總線等方法來(lái)簡(jiǎn)化線路連接方式，本設(shè)計(jì)用液晶顯示器（LCD）。

LCD1602液晶顯示原理圖如圖3-3所示。

圖3-3LCD1602液晶顯示原理圖

LCM1602液晶顯示實(shí)物圖3-4如下圖所示：

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圖3-4LCM1602液晶顯示實(shí)物圖

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

產(chǎn)品采用C語(yǔ)言，KELL編程環(huán)境，由相對(duì)簡(jiǎn)單的幾個(gè)模塊化程序組成，計(jì)

算器需要用到很多按鍵，如果用獨(dú)立按鍵的方式，編程繪簡(jiǎn)單很多，但是繪占

用許多I/O資源，所以一般情況都不會(huì)采用如圖4.1這種方式，但是資源有限，

不過(guò)并不會(huì)影響其計(jì)算器功能

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4．1主程序流程圖

主程序流程圖如圖4-1所示。

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圖4-1主程序流程圖

4．2產(chǎn)品程序清單

產(chǎn)品程序清單如圖4-2所示。

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圖4-2產(chǎn)品程序清單

5產(chǎn)品裝配調(diào)試及使用說(shuō)明

5．1產(chǎn)品裝配圖

產(chǎn)品主要由STC89C52單片機(jī)模塊，LCD液晶顯示器模塊，電源接口，電源

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開(kāi)關(guān)，獨(dú)立按鍵等等組成。產(chǎn)品裝配圖如圖5-1所示。

圖5-1產(chǎn)品裝配圖

5．2產(chǎn)品調(diào)試

A.檢查元件好壞

按照電路圖買好元件先大概檢查一下外部有無(wú)損壞，然后按照不同元件的不同

檢查方法一個(gè)一個(gè)來(lái)檢測(cè)，要細(xì)致把控每個(gè)元件的好壞，在對(duì)照這原理圖是否

一致，全部檢查完后在進(jìn)行焊接，不然出錯(cuò)后將會(huì)不方便更改。

B.放置、焊接各元件

首先按照原理圖來(lái)，一個(gè)一個(gè)放好元器件，在放好元器件的過(guò)程中，最好

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是要先焊接比較容易焊接容易的元器件，焊接難度高的和有特別要求的元件，

特別是容易壞的元件我們要后焊，要注意芯片和元件的安裝方向，如果弄錯(cuò)不

方便更改，在焊接的時(shí)候我們要把控好時(shí)機(jī)連續(xù)焊接時(shí)間最好不要超過(guò)8s。

5．3產(chǎn)品使用說(shuō)明

A.插好電源，按開(kāi)關(guān)鍵等待計(jì)算機(jī)啟動(dòng)。

B.該計(jì)算機(jī)一共有1到9，加減乘除，清零和運(yùn)算結(jié)果加起來(lái)十五個(gè)按鍵。

C.隨機(jī)組合1234等數(shù)字進(jìn)行運(yùn)算，觀察液晶顯示屏上的運(yùn)算結(jié)果如何，運(yùn)

算完后按清零鍵即可重新開(kāi)始計(jì)算。

D.使用完后按下開(kāi)關(guān)，拔掉電源即可。

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語(yǔ)；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

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附錄

附錄1元器件清單

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖

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附錄5主程序代碼

#include<reg52.h>//調(diào)用單片機(jī)頭文件

#include<stdio.h>//調(diào)用單片機(jī)頭文件

#include<string.h>//調(diào)用單片機(jī)頭文件

#include<stdlib.h>//調(diào)用單片機(jī)頭文件

#defineucharunsignedchar//無(wú)符號(hào)字符型宏定義變量范圍0~255

#defineuintunsignedint//無(wú)符號(hào)整型宏定義變量范圍0~65535

floatnum1;//保存第一個(gè)數(shù)

floatnum2;//保存第二個(gè)數(shù)

ucharjjcc;//加減乘除標(biāo)志變量

ucharLcd_Str[17];//顯示區(qū)緩存

ucharNum_str[17];

ucharLcd_num2_add=0;//第二個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)始位的增量

ucharLcd_dis1_i=0;//記錄顯示第一行字符

ucharLcd_num1_i=0;//記錄num1是幾位數(shù)

ucharLcd_num2_i=0;//記錄num2是幾位數(shù)

ucharDian_i=0;//小數(shù)點(diǎn)位數(shù)

sbitrs=P1^0;//寄存器選擇信號(hào)H:數(shù)據(jù)寄存器L:指令寄存器

sbitrw=P1^1;//寄存器選擇信號(hào)H:數(shù)據(jù)寄存器L:指令寄存器

sbite=P1^2;//片選信號(hào)下降沿觸發(fā)

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

*名稱:delay_uint()

*功能:小延時(shí)。

*輸入:無(wú)

*輸出:無(wú)

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

voiddelay_uint(uintq)

{

while(q--);

}

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

*名稱:write_com(ucharcom)

*功能:1602指令函數(shù)

*輸入:輸入的指令值

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*輸出:無(wú)

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

voidwrite_com(ucharcom)

{

rs=0;//寫指令

rw=0;//對(duì)1602寫操作

P0=com;//P0口對(duì)1602寫指令數(shù)據(jù)

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信號(hào)

delay_uint(100);//延時(shí)一下等1602完成操作

e=0;

}

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

*名稱:write_data(uchardat)

*功能:1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)

*輸入:需要寫入1602的數(shù)據(jù)

*輸出:無(wú)

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

voidwrite_data(uchardat)

{

rs=1;//寫數(shù)據(jù)

rw=0;//對(duì)1602寫操作

P0=dat;//P0口對(duì)1602寫數(shù)據(jù)

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信號(hào)

delay_uint(100);//延時(shí)一下等1602完成操作

e=0;

}

/***********************lcd1602上顯示這字符函數(shù)************************/

voidDis_str(ucharadd,uchar*p)

{

write_com(add);//寫1602的地址

while(*p>0)

{

write_data(*p);//寫數(shù)據(jù)

p++;//指針地址加1

}

}

voidinit_1602()

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{

write_com(0x38);//顯示模式設(shè)置：16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口不檢測(cè)忙信號(hào)

write_com(0x0c);//開(kāi)顯示不顯示光標(biāo)

write_com(0x06);//當(dāng)寫一個(gè)字符是，地址指針加1

write_com(0x01);//清除顯示

}

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

*名稱:delay_1ms()

*功能:延時(shí)1ms函數(shù)

*輸入:q

*輸出:無(wú)

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

voiddelay_1ms(uintq)

{

uinti,j;

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

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

}

ucharKey_io;//暫存IO值

ucharkey_new;//松手檢測(cè)自鎖變量

ucharkey_can;//按鍵值

ucharKey_D_bit;

/********************按鍵程序*****************/

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電平

{

Key_io|=0x0f;//保持高四位出現(xiàn)低電平的管腳，拉高第四位

P3=Key_io;//重新復(fù)制IO口

Key_io=P3;//讀取IO信息，確定鍵值

if(key_new==0)//自鎖變量，松手檢測(cè)

{

key_new=1;

switch(Key_io)

{

case0x7e:key_can=10;//得到按鍵值

break;

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case0x7d:key_can=0;//得到按鍵值

break;

case0x7b:key_can=11;//得到按鍵值

break;

case0x77:key_can=15;//得到按鍵值

break;

case0xbe:key_can=7;//得到按鍵值

break;

case0xbd:key_can=8;//得到按鍵值

break;

case0xbb:key_can=9;//得到按鍵值

break;

case0xb7:key_can=14;//得到按鍵值

break;

case0xde:key_can=13;//得到按鍵值

break;

case0xdd:key_can=6;//得到按鍵值

break;

case0xdb:key_can=5;//得到按鍵值

break;

case0xd7:key_can=4;//得到按鍵值

break;

case0xee:key_can=12;//得到按鍵值

break;

case0xed:key_can=3;//得到按鍵值

break;

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case0xeb:key_can=2;//得到按鍵值

break;

case0xe7:key_can=1;//得到按鍵值

break;

}

}

}

else

{

key_new=0;

}

}

ucharXS_JG(ucharadd,floatn)//顯示函數(shù)

{

ucharlen,p=0;

memset(Lcd_Str,0,16);//內(nèi)存空間初始化

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;

}

/*************顯示特殊字符函數(shù)***************/

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);//內(nèi)存空間初始化

Num_str[0]='A';

Num_str[1]='n';

Num_str[2]='s';

Num_str[3]=s;

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

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();//讀按鍵值

delay_1ms(10);

if(key_can<18)//是否有按鍵按下，小于16時(shí)有按鍵按下

{

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);//從數(shù)組中取第二個(gè)數(shù)字

else

break;

Lcd_num2_i=0;

switch(jjcc)

{

case1:num1+=num2;//加

break;

case2:num1-=num2;//減

break;

case3:num1*=num2;//乘

break;

case4:num1/=num2;//除

break;

}

XS_JG(0xc0,num1);

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

jjcc=5;//等號(hào)標(biāo)志

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break;

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

break;

fuhao('+');

jjcc=1;Dian_i=0;

break;//按下加號(hào)鍵

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

break;

fuhao('-');

jjcc=2;Dian_i=0;

break;//按下減號(hào)鍵

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

break;

fuhao('*');

jjcc=3;Dian_i=0;

break;//按下乘號(hào)鍵

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

break;

fuhao('/');

jjcc=4;Dian_i=0;

break;//按下除號(hào)鍵

case10:if(Dian_i==0&&(Lcd_num1_i!=0||Lcd_num2_i!=0))//輸入小數(shù)點(diǎn)時(shí)

前面必須有數(shù)字

{

Dian_i++;//小數(shù)點(diǎn)

Num_str[Lcd_dis1_i]='.';

Lcd_dis1_i++;

Dis_str(0x80,Num_str);

}

break;

case16:jjcc=0;

Dis_str(0x80,"0");//清除顯示

Dis_str(0xc0,"");

/*********************刪除一個(gè)數(shù)字*******************/

case17:if(Lcd_dis1_i==0)

break;

/*********************刪除一個(gè)數(shù)字刪

除小數(shù)點(diǎn)按等號(hào)后不再撤銷*******************/

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

'.')&&jjcc!=5)

22

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

{

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)//顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字鍵,輸入的小數(shù)

點(diǎn)后位數(shù)小于7位

{

if(jjcc==5)

{