基于单片机的多功能计算器设计

1、工程设计训练设计报告 工程设计训练设计报告课题名称 基于单片机的多功能计算器设计 院系 物理与电子工程学院 年 级 专 业 电子信息工程 班 级 学 号 学生姓名 任课教师 吴正阳 设计时间 TOC o 1-3 h u 目录 HYPERLINK l _Toc21541 第一章 概述 HYPERLINK l _Toc12359 第二章 硬件设计方案 HYPERLINK l _Toc13311 第三章 程序设计 HYPERLINK l _Toc18490 第四章 软件仿真调试 HYPERLINK l _Toc9815 心得体会参考文献 附录工程设计训练基于单片机的多功能计算器设计任务书一、设计课题

2、：基于单片机的多功能计算器设计二、设计目的：运用已学课程的基本知识，在设计中加以应用，进而得到理解、巩固和提高发展，通过实践的过程学习掌握分析与解决实际问题的方法与手段，提高设计、编程与调试的实际动手能力，作为工程技术工作的一次基本训练。三、设计任务：使用AT89C51单片机设计一个多功能计算器，主要用到矩阵键盘，LCD液晶显示器。要求进行硬件、软件系统设计。四、主要任务：1、在多功能计算器上能够显示所输入的表达式，例如：（20+10）/102、在设计中，能进行加减乘除及优先级运算，例如：2+6*2，并且有清除功能用C表示。3、能够计算的最大数字位数是两位。4、程序设计完过后，进行电路设计。用

3、protues软件进行仿真。二，具体内容I-硬件设计 单片机用AT89C51,4*4矩阵键盘，显示用LCD1602,上拉电阻，74HC21与门和一些外设设备（晶振，电容）设置1AT89C51单片机2-计算器的键盘布局：计算器有16个键（0,1,2,3,4,5,6,7,8,9，/，*，+，-，=，ON/AC）组成，在单片机中正好有一个端口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中最常用是矩阵键盘。矩阵式结构的键盘识别要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低

4、电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。在 HYPERLINK /emb/danpianji/20111025226489.html 矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口(如P1口)就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键(9键)。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。行扫描法 行扫描法又称为逐行(或列

5、)扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。1、判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。2、判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“高

6、低电平翻转法”。首先让P1口高四位为1，低四位为0,。若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。然后让P1口高四位为0，低四位为1,。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。本设计用第一种“行扫描法”。键盘与单片机接口是P10=R1,P11=R2, P12=R3, P13=R4. P14=L1,P15=L2, P16=L3, P17=L43-74HC21与门接线图 4-上拉电阻作用是驱动LCD16025LCD1602显示模块本设计采用LCD液晶显示

7、器来显示输出数据。LCD的特性有：1、+5V电压，对比可调度；2、内含复位电路；3、提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；4、有80字节显示数据存储器DDRAM;5、内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM;6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。本设计通过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的数据。接口电路如下：II-软件设计输入数据和表达式并显示表达式。判断输入是否正确，如果输入错误显示”ERROR”，如果输入正确就进行分辨符号“*”，“/”，“+”，“-”然后按这样顺序（乘，除，加，减）进行运算

8、仿真用Keil Uvision2软件和Proteus 7软件仿真结果#include /#include#define uint signed int #define uchar unsigned char#define fuhao_1 -1/除符号#define fuhao_2 -2/乘符号#define fuhao_3 -3/减符号#define fuhao_4 -4/加符号sbit lcden=P35; /定义引脚 E 使能sbit rs=P37;sbit rw=P36;sbit busy=P07;sbit p33=P33;float arry20;int arry_1=0 x52,0

9、x4f,0 x52,0 x52,0 x45; /ERRORlong c; /结果long q; / 结果的绝对数uchar error; /错误标志uchar m; /输入新表达式的标志uchar ok_flag; /输入完毕的标志uchar fuhao;/符号标志void delay(uchar z) / 延迟函数uchar y; for(z;z0;z-) for(y=0;y110;y+);/* 判断忙或空闲*/void check() do P0=0 xFF; rs=0; rw=1; /读 rs rw 值为01时,忙标志和地址计数器读出 lcden=0; /E=0,禁止读写 delay(1

10、); /等待，液晶显示器处理数据 lcden=1; /E=1,允许读写 while(busy=1); /判断是否为空闲，1为忙，0为空闲/* 写指令函数*/void write_com(uchar com) P0=com; /com指令付给P0口 rs=0; rw=0; lcden=0; check(); lcden=1;/*写数据函数*/void write_date(uchar date) P0=date; rs=1; rw=0; lcden=0; check(); lcden=1;void init() /初始化 uchar i; lcden=1; /使能信号为高电平 write_com

11、(0 x38); /功能设置命令:8位，2行 DDRAM的地址 write_com(0 x0e); /显示开，光标开，不闪烁 write_com(0 x06); /地址计数器加1模式，显示屏不移位 write_com(0 x80); /设置访问地址 for(i=0;i20;i+) arryi=0; error=0; ok_flag=0; c=0; q=0; /结果 fuhao=0; / fuhao表征按下的是哪个符号/*键盘扫描程序*/void keyscan(void)/ 键盘扫描程序uchar temp,i,num;void int0(); if (m=1) /输入新表达式 write_c

12、om(0 x01); /清屏命令 for(i=0;i20;i+) arryi=0;m=0;ok_flag=0;fuhao=0; P1=0 xfe; if(P1!=0 xfe)/第1行有键按下 delay(20);/20ms if(P1!=0 xfe) /第1行确实有键按下 temp=P1&0 xf0; switch(temp) case 0 xe0:num=0; /确定按键为第1行第1列，置标示符num break; case 0 xd0:num=1; break; case 0 xb0:num=2; break; case 0 x70:num=3; break; while(P1!=0 xf

13、e); if(num=0) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+7;write_date(0 x30+7); /第1行第1列键值7，存在数组arry if(num=1) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+8;write_date(0 x30+8); if(num=2) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+9;write_date(0 x30+9); if(num=3) arry2*fuhao+1=fuhao_1;fuhao+;write_date(0 x2f); /第1行第4列键值/，存在数组arry P1=0 xfd; if

14、(P1!=0 xfd) /第2行有键按下 delay(20); if(P1!=0 xfd)/第2行确实有键按下 temp=P1&0 xf0; switch(temp) case 0 xe0:num=4; /确定按键为第2行第1列, 置标示符num break; case 0 xd0:num=5; break; case 0 xb0:num=6; break; case 0 x70:num=7; break; while(P1!=0 xfd); if(num=4) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+4;write_date(0 x30+4); /第2行第1列键值为4，存在

15、数组arry if(num=5) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+5;write_date(0 x30+5); if(num=6) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+6;write_date(0 x30+6); if(num=7) arry2*fuhao+1=fuhao_2;fuhao+;write_date(0 x2a); /第2行第4列键值为*，存在数组arry P1=0 xfb;/第3行有键按下if(P1!=0 xfb)delay(20);if(P1!=0 xfb) /第3行确实有键按下temp=P1&0 xf0;switch(temp)

16、case 0 xe0:num=8; /确定按键为第3行第1列，置标示符numbreak;case 0 xd0:num=9;break;case 0 xb0:num=10;break;case 0 x70:num=11;break;while(P1!=0 xfb);if(num=8) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+1;write_date(0 x30+1); /第3行第1列键值为1，存在数组arryif(num=9) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao)+2;write_date(0 x30+2);if(num=10) arry2*fuhao=10

17、*(arry2*fuhao)+3;write_date(0 x30+3);if(num=11) arry2*fuhao+1=fuhao_3;fuhao+;write_date(0 x2d); /第3行第4列键值为-，存在数组arryP1=0 xf7;if(P1!=0 xf7)delay(20);if(P1!=0 xf7)temp=P1&0 xf0;switch(temp)case 0 xe0:num=12;break;case 0 xd0:num=13;break;case 0 xb0:num=14;break;case 0 x70:num=15;break;while(P1!=0 xf7);

18、if (num=12) /第4行第1列ON/C键，清屏 write_com(0 x01); for(i=0;i20;i+) arryi=0; fuhao=0; ok_flag=0; if(num=13) arry2*fuhao=10*(arry2*fuhao);write_date(0 x30); /第4行第2列键值为0，存在数组arryif(num=14) ok_flag=1;m=1; / 第4行第3列j键值=，输入完毕，输入新表达式if(num=15) arry2*fuhao+1=fuhao_4;fuhao+;write_date(0 x2b); / /第2行第4列键值为*，存在数组arr

19、yP1=0 xf0; /置第一行全部按下 /*条件运算条件*/void stop(void)uchar k,h; h=2*fuhao; for (k=0;k=h;k+) if(arryk)0) if(arryk+1)=0) if(arryk+20) error=1;if (arryk=fuhao_1) if(arryk+1=0) error=1; /*运算*/void process(void) uchar h,k,i,j; for(k=0;k=(2*fuhao);k+) if (arryk=fuhao_2) /乘符号/ j=k-1;h=2*fuhao-2;arryj=arryj*arryj+

20、2;for(i=(j+1);i=h;i+)arryi=arryi+2;fuhao=fuhao-1;k=k-1; for(k=0;k=(2*fuhao);k+) if (arryk=fuhao_1) /除符号/ j=k-1;h=2*fuhao-2;arryj=arryj/arryj+2;for(i=(j+1);i=h;i+) arryi=arryi+2;fuhao=fuhao-1;k=k-1; h=fuhao; for(k=1;k=h;k+) if(arry1=fuhao_3) /减符号/ arry0=arry0-arry2; fuhao=fuhao-1; for(i=1;i=(2*fuhao);i+) arryi=arryi+2; else if(arry1=fuhao_4) /加符号/ arry0=arry0+arry2; fuhao=fuhao-1; for(i=1;i=(2*fuhao);i+) arryi=arryi+2; /*显示运算结果*/if(fuhao=0)c=arry0; /小位数取三位/ write_com(0 x80+0 x4f); /按下等于键，光标前进至第二行最后一个显示处/ write_com(0 x04); /设置从后住前写数据每写