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1、AT89C51单片机C实现简易计算器计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 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： 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。 另外键盘包括数字键、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。 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
2、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。 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： 1 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 二、硬件设计 、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： 2 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 、键盘接口电路 计算器输入数
3、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44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： 3 计算机科学
4、与技术系 硬件课程设计实验 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4 MM94C22硬件图 MM74C922引脚说明： (1) Y1Y4：44键盘第一列至第四。 (2) X1X4：44键盘第一行至第四行。 (3) DOA DOD：按键之BCD码输出，其中DOA为LSB，DOD为MSB。 (4) VCC：电源脚，+3V+15V。ab126计算公式大全 (5) GND：接地管脚。新艺图库 (6) OSC：键盘扫描电路之
5、频率所需外加电容的连引脚。 4 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 (7) KBM：内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。 (8) OE：芯片致能脚，接低电位可使芯片致能。 (9) DA：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，
6、5 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 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 、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6 LCD 模块 运算模块 MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/6 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 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、数据存储器、程序存储器、并行I/O 口、串行
7、口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。 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 7 计算
8、机科学与技术系 硬件课程设计实验 开始 初始化参数 初始化LCD显示 Y 有键输入？ 读取键码 N 数字键 清零键 功能键 输入数值 状态清零 根据上次功能键和输入的数据计算结果 本次功能键？ 结果送显示缓冲 结果送显示缓冲 等待数值输入 等待数值输入 结果送显示缓冲 数值送显示缓冲 等待数值输入 LCD显示 8 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 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*/ void INT_0(void) interrupt
9、0 using 0 key=translate(P2&0x0f); if(key=0) /判断按下的键是否为数值 num=num*10+(key-0); if (operators0) y=num; iny=1; else x=num; if(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; 9 计算机科学与技术系 硬
10、件课程设计实验 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; if (operators) arithmetic; operators=4; num=0; break; case /: 2、 LCD显示程序
11、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*/ void init_LCM write_com(0x30); write_com(0x30); write_com(0x30); 10 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 write_com(0x38); write_com(0x08); write_com(0x01); write_com(0x06); write_com(0x0e); /*LCD写数据函数*/ void write_data(char ddata) RS=1;/*写指令*/ R_W=0; EN=1;/*
12、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*/ void write_com(char command) 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*/ 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;i10;i+); EN=0
13、;/*关闭使能信号*/ 11 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 /*LCD清屏函数*/ void clearLCD write_com(0x01); /*LCD显示函数*/ void display(long a) long temp,b,c=-1; int lenth=1,i,j; clearLCD; if(a0;i-) b=1; for(j=0;ji-1;j+) b=b*10; write_data(0x30+a/b); a=a%b; 3、 算术运算程序设计 12 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 开始 运算符是？ 加 乘 除 减 Y Y 运算结果溢出？ 除数为0？ N N 错误信
14、息送显示缓冲 数值送显示缓冲 4、 错误处理及提示程序设计 /*除数为处理函数*/ void dealerror int i=0; clearLCD; for(i=0;i5;i+) write_data(errori); /*数值溢出处理函数*/ 13 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 void dataoverflow int i=0; clearLCD; for(i=0;i8;i+) write_data(overflowi); 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-21474836482147483647，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。 14
