基于51单片机的计算器设计实验报告

基于51单片机的计算器设计

实验报告

班级：__12电子2_

姓名：___风间__

学号：___

2015年1月6日

一、实验目的

1.初步尝试运用单片机进行系统设计；

2.掌握矩阵键盘的中断扫描显示；

3.掌握液晶或数码管的动态显示；

4.掌握数据的存储和掉电保护。

二、实验设备及器材

Keil c、 proteus、及单片机开发板。

三、实验内容

基本要求：

1完成标准型计算器的基本功能

2.4*4矩阵键盘（0~9、+、-、*、/、=、%）进行数据的输入及加、减、乘、除基本运算，运用1602液晶或数码管进行显示

3. 要求开机显示学号

四、设计思路

根据计算器的功能要求，选择AT89C51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。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AT89C51单片机构成。计算器电路包括四个模块：选用LCD作为显示部分，矩阵键盘作为输入部分，运算模块，单片机控制部分。

模块图如图所示：

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。具体设计如下：

（1）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1602液晶显示数据和结果。

（2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，需要16个按键。

（3）执行过程：开机显示学号，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。

线路原理框图如图所示。

五、基于proteus的硬件原理图

六、软件流程图

七、程序代码

#include //头文件#define unit unsigned int

#define uchar unsigned char

void xuehao(void);

sbit SPK=P1^0;

sbit lcden=P2^3;

sbit rs=P2^4;

sbit rw=P2^0;

sbit busy=P0^7;

char i,j,temp,num,num_1;

long a,b,c; //a,第一个数 b,第二个数 c,得数

float a_c,b_c;

uchar flag,fuhao;//flag表示是否有符号键按下，fuhao表征按下的是哪个符号uchar code table[]={

7,8,9,0,

4,5,6,0,

1,2,3,0,

0,0,0,0,};

uchar code table1[]={

7,8,9,0x2f-0x30,

4,5,6,0x2a-0x30,

1,2,3,0x2d-0x30,

0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30};

void delay(uchar z) // 延迟函数

{

uchar y;

for(z;z>0;z--)

for(y=0;y<110;y++);

}

void check() // 判断忙或空闲

{

do{

P0=0xFF;

rs=0;

rw=1;

lcden=0; //禁止读写

delay(1); //等待，液晶显示器处理数据

lcden=1; //允许读写

}while(busy==1); //判断是否为空闲，1为忙，0为空闲

}

void write_com(uchar com) // 写指令函数

{

P0=com;

rs=0;

rw=0;

lcden=0;

check();

lcden=1;

}

void write_date(uchar date) // 写数据函数{

P0=date;

rs=1;

rw=0;

lcden=0;

check();

lcden=1;

}

void init() //1602初始化函数

{

num=-1;

lcden=1;

write_com(0x38);

write_com(0x0c);

write_com(0x06);

write_com(0x80);

write_com(0x01);

num_1=0;

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;

fuhao=0;

SPK=0; //蜂鸣器打开

delay(1000); //延时

SPK=1; //蜂鸣器关闭

}

void keyscan() // 键盘扫描程序

{

P3=0xfe;

if(P3!=0xfe)

{

delay(20);

if(P3!=0xfe)

{

SPK=0;

delay(1000);

SPK=1;

temp=P3&0xf0;

switch(temp)

{

case 0xe0:num=0;

break;

case 0xd0:num=1;

break;

case 0xb0:num=2;

break;

case 0x70:num=3;

break;

}

}

while(P3!=0xfe);

if(num==0||num==1||num==2) //如果按下的是'7','8'或'9 {

if(j!=0)

{

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; //4表示除号已按

}

i=table1[num];

write_date(0x30+i);

}

P3=0xfd;

if(P3!=0xfd)

{

delay(5);

if(P3!=0xfd)

{

SPK=0;

delay(1000);

SPK=1;

temp=P3&0xf0;

switch(temp)

{

case 0xe0:num=4;

break;

case 0xd0:num=5;

break;

case 0xb0:num=6;

break;

case 0x70:num=7;

break;

}

}

while(P3!=0xfd);

if(num==4||num==5||num==6&&num!=7) //如果按下的是'4','5'或'6' {

if(j!=0)

{

write_com(0x01);

j=0;

}

if(flag==0)

{

a=a*10+table[num];

}

else

{

b=b*10+table[num];

}

}

else

{

flag=1;

fuhao=3; //3表示乘号已按

}

i=table1[num];

write_date(0x30+i);

}

P3=0xfb;

if(P3!=0xfb)

{

delay(5);

if(P3!=0xfb)

{

SPK=0;

delay(1000);

SPK=1;

temp=P3&0xf0;

switch(temp)

{

case 0xe0:num=8;

break;

case 0xd0:num=9;

break;

case 0xb0:num=10;

break;

case 0x70:num=11;

break;

}

}

while(P3!=0xfb);

if(num==8||num==9||num==10) //如果按下的是'1','2'或'3' {

if(j!=0)

{

write_com(0x01);

j=0;

}

if(flag==0)

{

a=a*10+table[num];

}

else

{

b=b*10+table[num];

}

}

else if(num==11)

{

flag=1;

fuhao=2; //2表示减号已按

}

i=table1[num];

write_date(0x30+i);

}

P3=0xf7;

if(P3!=0xf7)

{

delay(5);

if(P3!=0xf7)

{

SPK=0;

delay(1000);

SPK=1;

temp=P3&0xf0;

switch(temp)

{

case 0xe0:num=12;

break;

case 0xd0:num=13;

break;

case 0xb0:num=14;

break;

case 0x70:num=15;

break;

}

}

while(P3!=0xf7);

switch(num)

{

case 12:{write_com(0x01);a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;} //按下的是"清零"

break;

case 13:{ //按下的是"0"

if(flag==0) //没有按过符号键

{

a=a*10;

write_date(0x30);

P1=0;

}

else if(flag==1) //如果按过符号键

{

b=b*10;

write_date(0x30);

}

}

break;

case 14:{

j=1;

if(fuhao==1){write_com(0x80+0x4f); //按下等于键，光标前进至第二行最后一个显示处

write_com(0x04); //设置从后住前写数据，每写完一个数据，光标后退一格c=a+b;

while(c!=0)

{

write_date(0x30+c%10);

c=c/10;

}

write_date(0x3d);

a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

}

else if(fuhao==2){write_com(0x80+0x4f);

write_com(0x04);

if(a-b>0)

c=a-b;

else

c=b-a;

while(c!=0)

{

write_date(0x30+c%10);

c=c/10;

}

if(a-b<0)

write_date(0x2d);

write_date(0x3d);

a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

}

else if(fuhao==3){write_com(0x80+0x4f);

write_com(0x04);

c=a*b;

while(c!=0)

{

write_date(0x30+c%10);

c=c/10;

}

write_date(0x3d);

a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

}

else if(fuhao==4){write_com(0x80+0x4f);

write_com(0x04);

i=0;

c=(long)(((float)a/b)*1000);

while(c!=0)

{

write_date(0x30+c%10);

c=c/10;

i++;

if(i==3)

write_date(0x2e);

}

if(a/b<=0)

write_date(0x30);

write_date(0x3d);

a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

}

}

break;

case 15:{write_date(0x30+table1[num]);flag=1;fuhao=1;} break;

}

}

}

void xuehao() //开机显示学号

{

write_com(0x80); //从第一行第一位开始

write_date('1');

write_date('2');

write_date('0');

write_date('0');

write_date('4');

write_date('0');

write_date('1');

write_date('2');

write_date('1');

write_date('7');

}

void main() //主函数

{

init();

xuehao();

while(1)

{

keyscan();

}

}

八、运行结果图开机显示学号：

加法运算：

乘法运算：

九、扩展功能

在基本的功能上加了蜂鸣器电路，使按键的时候能发出声音。电路连在单片机的P1.0口，当开机时和判断有键按下时，使P1.0口处于低电平，蜂鸣器发声，并延迟一定的时间。

十、思考题

1、描述完整所设计的计算器能完成的各项功能及实现方法。（如几位数以内的运算；连加；复合运算等等）

①可以实现两个数之间的加减乘除，在进行加法减法乘法的时候，两个数其中一个最多为9位数，且显示的结果最多为10位。在进行除法时，能精确到小数点后三位，被除数不能多于6位，显示的结果最多为6位（不含小数点后三位）②按键有声音。通过蜂鸣器电路，当开机时和判断有键按下时，使P1.0口处于低电平，蜂鸣器发声，并延迟一定的时间。

③显示的结果可为负数。

④开机后需先按清除键才能进行运算。

2、计算器设计过程中碰到的问题及解决的方法？

在设计蜂鸣器电路的时候，连接好按键没发声，上网查了好久，最后修改了蜂鸣器的属性，Operating Voltage改为1.6V，Load Resistance改为6，然后提高了蜂鸣器连接的电源到+7V，终于有声音了。

3、如何实现掉电保护？

在51单片机中，有HMOS和CHMOS工艺芯片。HMOS芯片本身运行功耗较大，为减小系统功耗，设置了掉电模式。RST/Vpd端接有备用电源，正常运行时，单片机内部的RAM由主电源Vcc供电，当Vcc掉电时，由备用电源向RAM供电，从而保证RAM中的数据不丢失，这时系统的其他部件都停止工作。CHMOS型单片机的工作电源和备用电源加在同一个引脚Vcc上，在掉电方式中，振荡器停止工作，单片机内部所有功能部件停止工作，备用电源为片内RAM和特殊功能寄存器供电，使它们的内容保存下来。

4、日常生活中计算器光敏单元的功能及实现原理？

光敏器件是在光的照射下导电特性发生改变的一种器件。光敏电阻在无光照时电阻很大，受光照以后会减小；光敏二极管在无光照的时候处于截至状态，受光照后导通。

5、如何与上位机进行计算结果的通信？

编程使单片机和上位机进行串口通信，可以通过串行通信。