1、基于單片機的計算器設計摘 要:本計算器是以MCS-51系列8051單片機為核心構成的簡易計算器系統。該系統通過單片機控制，實現對4*4鍵盤掃描進行實時的按鍵檢測，并把檢測數據存儲下來。整個計算器系統的工作過程為：首先存儲單元初始化，顯示初始值和鍵盤掃描，判斷按鍵位置，查表得出按鍵值，單片機則對數據進行儲存與相應處理轉換，之后送入LED顯示器動態顯示。整個系統可分為三個主要功能模塊：功能模塊一，實時鍵盤掃描；功能模塊二，數據轉換成顯示器顯示；功能模塊三，顯示器靜態顯示.關鍵字：AT89C51 單片機 按鍵控制 LED顯示第1章 引言計算器一般由運算器、控制器、存儲器、鍵盤、顯示器、電源和一些可選

2、外圍設備及電子配件通過人工或機器設備組成。低檔計算器的運算器、控制器由數字邏輯電路實現簡單的串行運算，其隨機存儲器只有一、二個單元，供累加存儲用。高檔計算器由微處理器和只讀存儲器實現各種復雜的運算程序，有較多的隨機存儲單元以存放輸入程序和數據。本計算器整個系統可分為三個主要功能模塊：功能模塊一，實時鍵盤掃描；功能模塊二，數據轉換成顯示器顯示；功能模塊三，顯示器動態顯示.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，為了得到教好的顯示效果，采用LCD顯示數據和結果。2、另外鍵盤包括數字鍵（0-9）、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

3、的計算機鍵盤。3、執行程序：開機顯示零，等待鍵入數值，當鍵入數字，通過LCD顯示出來，當鍵入+、-、*、/運算符，計算器在內部執行數值轉換和存儲，并等待再次鍵入數值后將顯示鍵入的數值，按等號就會在LCD上輸出運算結果。4、錯誤提示：當單片機執行程序中有錯誤時，會在LCD上顯示相應的提示，如：當輸入的數值或計算器得到的結果大于計算器的顯示范圍時，計算器會在LCD上提示溢出；當除數為0時，計算器會在LCD上提示錯誤。第二章 系統硬件結構設計硬件系統是指構成微機系統的實體和裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成。單片機實質上是一個硬件的芯片，在實際應

4、用中，通常很難直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設備、被控對象等硬件和軟件，才能構成一個單片機應用系統。本設計選用以AT89C51單片機為主控單元。顯示部分：采用LCD靜態顯示。按鍵部分，采用4*4鍵盤。硬件電路如下：2.1 鍵盤接口電路計算機輸入數字和其他功能按鍵時要用到很多按鍵，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的I/O口資源，因此在很多情況下都不采用這樣的方式，而是采用矩陣鍵盤的方式。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。這樣鍵盤上按鍵的數量就為4*4個。這樣行列式鍵盤結構能有效的提高單片機

5、系統中I/O口的利用率。計算器的鍵盤布局所示：一般有16個鍵組成，在單片機中正好有一個端口實現16個按鍵功能，這種形式在單片機系統中最常用。矩陣鍵盤內部電路如下：2.11 LCD顯示模塊本設計采用LCD液晶顯示器來顯示輸出數據。LCD的特性有：1、+5V電壓，對比可調度；2、內含復位電路；3、提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能；4、有80字節顯示數據存儲器DDRAM;5、內建有160個5X7點陣的字型的字符發生器CGROM;6、8個可由用戶自定義的5X7的字符發生器CGRAM。本設計通過D0-D7引腳向LCD寫指令字或寫數據以使LCD實現不同的功能或顯示相應的數

6、據。接口電路如下：2.111運算模塊MCS-51單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器和多功能I/O等計算機所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由以下功能部件組成，即微處理器(CPU)，數據存儲器(RAM)，程序存儲器（ROM/EPROM），并行I/O口，串行口，定時器/計數器，中斷系統及特殊功能寄存器（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不同的功能，尤其是特殊的一些功能，通過使用單片機編寫的程序可以實現高智能、高效率以及高可靠性，因此采用單片機作為計算器的主要功能部件，可以很快的實現運算功能。運算模塊由鍵盤和顯示屏組成。單片機通過按鍵

7、來實現輸入數據和操作方式的控制，在運算過程中，對所設的數據進行四則運算時，要先確定選用的是哪一個運算符，若是+或*，則要判斷結果是否會溢出，溢出則顯示錯誤提示，沒有溢出則顯示運算結果，若是/，則要判斷除數是否為零，為零時顯示錯誤提示，不為零顯示運算結果。第三章系統軟件設計3.1鍵掃程序設計YN開始有鍵閉合否？去抖動確有鍵按下判斷鍵號釋放返回返回YNYN鍵掃程序的過程為：開始時，先判斷是否有鍵閉合，無鍵閉合時，返回繼續判斷，有鍵閉合時，先去抖動，然后確定是否有鍵按下，若無鍵按下，則返回繼續判斷是否有鍵閉合，若有鍵按下，則判斷鍵號，然后釋放，若釋放按鍵完畢，則返回，若沒有釋放按鍵，則返回繼續釋放。

8、流程圖如下：3.11 算術運算程序設計算術運算程序的過程為：先判斷輸入的運算符是+、-、*、/ 中的哪一個，若是+或-，則要判斷運算結果是否溢出，溢出則顯示錯誤信息，沒溢出就顯示運算結果，若是/，則要先判斷除數是否為零，為零就顯示錯誤信息，不為零則顯示運算結果，若是-，則直接顯示運算結果，流程圖：開始運算符是？加乘減除運算結溢出？除數為0？錯誤信息送顯示 緩沖顯示結果YYNN3.111 顯示程序設計 顯示程序的過程為：顯示開始時，先進行LCD的初始化，判斷是否顯示，若不顯示，則返回，若有顯示則進行相應功能的設置，然后送地址和數據，再判斷是否顯示完,顯示完則返回，沒有顯示完則繼續送地址.流程圖：

9、顯示開始NY返回送數據送地址相應功能設置是否顯示完顯示LCD初始化3.1111 C程序的圖片 第四章 系統軟件結構設計要求1、由于要設計的是簡單的計算器，可以進行四則運算，為了得到教好的顯示效果，采用LCD顯示數據和結果。2、另外鍵盤包括數字鍵（0-9）、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機鍵盤。3、執行程序：開機顯示零，等待鍵入數值，當鍵入數字，通過LCD顯示出來，當鍵入+、-、*、/運算符，計算器在內部執行數值轉換和存儲，并等待再次鍵入數值后將顯示鍵入的數值，按等號就會在LCD上輸出運算結果。4、錯誤提示：當單片機執行程序中有錯誤時，會在LCD上顯示相應的提示，如：當輸入的數值或計算器得到的結果大于計算器的顯示范圍時，計算器會在LCD上提示溢出；當除數為0時，計算器會在LCD上提示錯誤。第五章實驗結果分析調試一般分為以下四個階段：1、編寫程序并查錯；2、在C語言的編譯系統中編譯源程序3、對程序進行編譯連接，并及時發現程序中存在的錯誤；4、改正錯誤; 5 、仿真在本次調試中出現的問題有：1、