基于C51单片机的简易计算器设计 - 图文

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基于单片机的简易计算器设计

数控

摘要：按下键盘，通过键盘扫描程序，在LCD液晶显示屏上显示按键的操作过程，最终显示计算结果，实现计算器的基本功能。本文详细介绍LCD显示屏、矩阵键盘与C51单片机接口的应用，并介绍如何通过C51单片机实现计算器的算法。

关键字：C51单片机，键盘，LCD液晶，计算器

一、设计任务：

本次实验是要以51系列单片机为核心实现一个简易计算器，它的结构简单，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STC90C51单片机构成，通过软件编程可实现简单加、减、乘、除、清除结果。实现对计算器的设计，具体设计如下：

1、采用6位显示，最大显示值为“999999”，设计16个按键的矩阵键盘，按键包括‘0～9’、‘+’、‘-’、‘*’、‘/’、‘=’、‘C’。

2、加减法做四字节运算；乘法做双字节运算；除法被除数为四字节，除数为两字节。

3、当运算结果超出显示范围时，显示ERROR！。

4、上述运算输入值均为整数，当结果带有小数时，可以采用四舍五入方式处理，也可以带小数显示。

二 、方案论证

经分析，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。具体如下：

⒈）LCD显示电路

LCD1602作为一个成熟的产品，使用简单，模式固定，便于移植到各

种类型的程序，但是初学者往往要注意结合LCD本身的时序图来完善初始化程序。又以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，故采用LCD.

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⒉）4*4键盘扫描电路(中断式，扫描式，反转式)

用户设计行列键盘接口，一般常采用3 种方法读取键值。一种是中断式，外两种是扫描法和反转法。

扫描法：

对键盘上的某一行送低电平，其他行及列全为高电平，然后读取列值，检查各列线点评的变化，如果某列线电平为低电平，就可以确定此行此列交叉点处的按键被按下，采用延时去抖动。 ⒊） 单片机微控制电路

微控制电路就是以AT89C51为核心的控制核心，主要注意晶振电路的接法和复位电路的接法。

三 硬件电路的设计

3.1 硬件设计电路框图

电路 晶振

线路原理框图

复 位电路 51系列单片机系统 4*4键盘 LCD显示

3.2、系统模块图：

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单片机输入模块运算模块

显示模块 四、键盘接口电路：

计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，矩阵键盘采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。

矩阵键盘的工作原理：

计算器的键盘布局如图1所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。

图2 键盘接口电路图

五、LCD显示 LCD显示器介绍

有字符型液晶显示模块（SMC1602A）和点阵式液晶显示模块（TCM12232A、TCM12864N）下面以SMC1602A为例介绍字符型液晶显示模块的功能及应用。

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（一）、字符型液晶显示模块的引脚及功能

引脚1234567~141516 符号VSSVDDVe0RSR/W EDB0BLABLK功能电源地电源正极对比调整电压0输入指令，1输入数据0写入指令或数据，1读取信息使能信号，1读取数据，下降沿执行指令数据输入口背光电源正极背光电源负极 在1602液晶内部有字模发生存储器CGROM及显示数据存储器DDRAM。其中，字模发生存储器CGROM主要用来存储192个常用字符的字模编码，包含标准的ASCII码。DDRAM是显示数据存储器共80个字节，分别对应1602液晶显示器的两行。第一行地址为0X00H~0X27H，共40个字节；第二行地址为0X40H~67H，共40个字节。 RAM 地址映像如下图：

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（二）：字符型液晶显示模块的控制操作 RS01R/W11E11

DB0~DB读出状态读出数据在1602读回的状态字中，D7位为状态BF，当BF=1时表示忙碌， 此时不能进行写操作。当BF=0时表示状态为空闲，可以进行写操作。 （2）写操作：

RS01（3）初始化命令字:

R/W00E下降沿下降沿DB0～DB7输入指令输入数据 a.工作方式设置指令

D70D60D51D4DLD3ND2FD10D00DL设置与MCU的接口方式。DL=1表示数据宽度为8位，DB0～DB7有效。 DL=0表示数据宽度为4位，DB4~DB7有效。N设置显示字符行数。 N=0表示显示一行字符，N=1表示显示两行字符。F设置显示字符字体， 一般为0。F=0表示显示5X8点阵字体，F=1表示显示5X11点整字体。

b.显示状态设置

D70D60D50D40D31D2DD1CD0BD为画面显示状态位。D=1表示显示功能开，D=0表示显示功能关。 C为光标显示状态位。C=1表示有光标，C=0表示无光标。

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B闪烁显示状态位。B=1表示光标闪烁，B=0表示光标不闪烁。

c.输入方式设置指令

D70D60D50D40D30D21D1I/DD0S该指令的操作主要是设置显示字符的输入方式。即在操作数据写入/读出 后，AC数据地址指针的修改方式。I/D=1时，AC为自动加一计数器， I/D=0时，AC为自动减一计数器。S设置写入字符时是否允许画面滚动。 S=1时允许画面/光标滚动，S=0时禁止画面/光标滚动。

d.光标或画面滚动设置指令

D70D60D50D41D3S/CD2R/LD10D00S/C滚动对象选择位。S/C=1时画面滚动，S/C=0时光标滚动。 R/L滚动方向选择位。R/L=1时向右滚动，R/L=0时向左滚动。

e.清屏指令

D70D60D50D40D30D20D10D01执行清屏指令后，DDRAM内容为空白的ASCII码20H，光标归位在 左上方，地址计数器AC=0.

f.光标复位指令

D70D60D50D40D30D20D11D00执行光标复位指令后，AC=0，DDRAM中的值不变。

g.DDRAM地址设置指令

D7D6D5D4D3D2D1D0