基于51单片机的计算器设计实验报告DOC.docx
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基于51单片机的计算器设计实验报告DOC
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
Keilc、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
#defineunitunsignedint
#defineucharunsignedchar
voidxuehao（void）;
sbitSPK=P1^0;
sbitlcden=P2^3;
sbitrs=P2^4;
sbitrw=P2^0;
sbitbusy=P0^7;
chari,j,temp,num,num_1;
longa,b,c;//a,第一个数b,第二个数c,得数
floata_c,b_c;
ucharflag,fuhao;//flag表示是否有符号键按下，fuhao表征按下的是哪个符号
ucharcodetable[]={
7,8,9,0,
4,5,6,0,
1,2,3,0,
0,0,0,0,};
ucharcodetable1[]={
7,8,9,0x2f-0x30,
4,5,6,0x2a-0x30,
1,2,3,0x2d-0x30,
0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30};
voiddelay（ucharz）//延迟函数
{
uchary;
for（z;z>0;z--）
for（y=0;y<110;y++）;
}
voidcheck（）//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
}
voidwrite_com（ucharcom）//写指令函数
{
P0=com;
rs=0;
rw=0;
lcden=0;
check（）;
lcden=1;
}
voidwrite_date（uchardate）//写数据函数
{
P0=date;
rs=1;
rw=0;
lcden=0;
check（）;
lcden=1;
}
voidinit（）//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
}
voidkeyscan（）//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）
{
case0xe0:
num=0;
break;
case0xd0:
num=1;
break;
case0xb0:
num=2;
break;
case0x70:
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）
{
case0xe0:
num=4;
break;
case0xd0:
num=5;
break;
case0xb0:
num=6;
break;
case0x70:
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）
{
case0xe0:
num=8;
break;
case0xd0:
num=9;
break;
case0xb0:
num=10;
break;
case0x70:
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];
}
}
elseif（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）
{
case0xe0:
num=12;
break;
case0xd0:
num=13;
break;
case0xb0:
num=14;
break;
case0x70:
num=15;
break;
}
}
while（P3!
=0xf7）;
switch（num）
{
case12:
{write_com（0x01）;a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;}//按下的是"清零"
break;
case13:
{//按下的是"0"
if（flag==0）//没有按过符号键
{
a=a*10;
write_date（0x30）;
P1=0;
}
elseif（flag==1）//如果按过符号键
{
b=b*10;
write_date（0x30）;
}
}
break;
case14:
{
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;
}
elseif（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;
}
elseif（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;
}
elseif（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;
case15:
{write_date（0x30+table1[num]）;flag=1;fuhao=1;}
break;
}
}
}
voidxuehao（）//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'）;
}
voidmain（）//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）
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，OperatingVoltage改为1.6V，LoadResistance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。
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