基于-51单片机的计算器设计实验报告.doc

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（09、+、-、*、/、=、%）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（09）、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<reg51.h> /头文件#define unit unsigned int#define uchar unsigned charvoid xuehao(void);sbit SPK=P10;sbit lcden=P23;sbit rs=P24;sbit rw=P20;sbit busy=P07;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doP0=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_(uchar ) / 写指令函数 P0=; 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_(0x38); write_(0x0c); write_(0x06); write_(0x80); write_(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_(0x01); j=0; if(flag=0)/没有按过符号键 a=a*10+tablenum;else /如果按过符号键 b=b*10+tablenum; else/如果按下的是'/' flag=1; fuhao=4; /4表示除号已按 i=table1num; 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_(0x01); j=0; if(flag=0) a=a*10+tablenum; else b=b*10+tablenum; else flag=1; fuhao=3; /3表示乘号已按 i=table1num; 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_(0x01); j=0; if(flag=0) a=a*10+tablenum; else b=b*10+tablenum; else if(num=11) flag=1; fuhao=2; /2表示减号已按 i=table1num; 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_(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_(0x80+0x4f); /按下等于键，光标前进至第二行最后一个显示处 write_(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_(0x80+0x4f); write_(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_(0x80+0x4f); write_(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_(0x80+0x4f); write_(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+table1num);flag=1;fuhao=1; break;void xuehao() /开机显示学号 write_(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：减法运算:乘法运算：除法运算：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）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）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。显示的结果可为负数。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。16 / 16