基于51單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器

1、摘要 目錄目錄 摘要摘要.第一章第一章 緒論緒論. 1.1 課題簡(jiǎn)介. 1.2 設(shè)計(jì)目的. 1.3 簡(jiǎn)易計(jì)算器系統(tǒng)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)易計(jì)算器系統(tǒng)簡(jiǎn)介.第二章第二章 總體電路設(shè)計(jì)總體電路設(shè)計(jì).第三章第三章 主要模塊介紹主要模塊介紹. 3.1AT89C51AT89C51. 3.2LEDLED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理. 3.33.3 矩陣按鍵矩陣按鍵. 3.43.4 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊.第四章第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì). 4.14.1 計(jì)算器硬件. 4.24.2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖. 4.34.3 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì).結(jié)語(yǔ)結(jié)語(yǔ) .參考文獻(xiàn).摘要 摘 要 課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)是為了學(xué)生能

2、夠更好地鞏固和實(shí)踐所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)而設(shè)置的，在本次課程設(shè)計(jì)中，我以MCS-51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用課程中所學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易計(jì)算器。本系統(tǒng)以 MCS-51 系列中的 AT89C51 單片機(jī)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)六位數(shù)的四則運(yùn)算。該系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)矩陣鍵盤(pán)掃描，判斷是否按鍵，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換把數(shù)值送入數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明重點(diǎn)介紹了如下幾方面的內(nèi)容：1）基于單片機(jī)簡(jiǎn)易計(jì)算器的基本功能，同時(shí)對(duì)矩陣鍵盤(pán)及 LED 數(shù)碼管顯示原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述；2）介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、給出了系統(tǒng)的整體流程框圖，并對(duì)其進(jìn)行了功能模塊劃分及所采用的元器件進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明；3）對(duì)系統(tǒng)各功能模塊的軟、硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)說(shuō)明

3、。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：MCS-51 單片機(jī)；計(jì)算器；加減乘除 摘要 第一章第一章 緒論緒論1.1 課題簡(jiǎn)介單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器。本系統(tǒng)就是充分利用了 51 芯片的 I/O 引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用 MSC-51 系列單片機(jī)AT89C51 為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算器控制器。1.2 設(shè)計(jì)目的通過(guò)本次工程實(shí)踐，運(yùn)用MCS-51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用所學(xué)知識(shí)及查閱相關(guān)資料，完成簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)，達(dá)到理論知識(shí)與實(shí)踐更

4、好結(jié)合、提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)能力的目的。通過(guò)本次設(shè)計(jì)訓(xùn)練，可以使我們?cè)诨舅悸泛突痉椒ㄉ蠈?duì)基于 MCS-51 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)比較感性的認(rèn)識(shí)，并具備一定程度的設(shè)計(jì)能力。1.3 簡(jiǎn)易計(jì)算器系統(tǒng)簡(jiǎn)介本計(jì)算器是以 MCS-51 系列 AT89C51 單片機(jī)為核心構(gòu)成的簡(jiǎn)易計(jì)算器系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì) 4*4 鍵盤(pán)掃描進(jìn)行實(shí)時(shí)的按鍵檢測(cè)，并把檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)。整個(gè)計(jì)算器系統(tǒng)的工作過(guò)程為：首先存儲(chǔ)單元初始化，顯示初始值和鍵盤(pán)掃描，判斷按鍵位置，查表得出按鍵值，單片機(jī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存與相應(yīng)處理轉(zhuǎn)換，之后送入 LED 數(shù)碼管顯示。整個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)主要功能模塊：功能模塊一，實(shí)

5、時(shí)鍵盤(pán)掃描；功能模塊二，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為了數(shù)碼管顯示；功能模塊三，LED 數(shù)碼管顯示。摘要 第二章第二章 總體電路設(shè)計(jì)總體電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為控制芯片，采用單片機(jī)上的按鍵來(lái)模仿輸入信號(hào)。通過(guò)鍵盤(pán)掃描將輸入按鍵信號(hào)讀入單片機(jī)，根據(jù)按鍵的號(hào)碼進(jìn)行不同的顯示，并通過(guò)蜂鳴器發(fā)出信號(hào)。顯示模塊則利用六位八段數(shù)碼管，進(jìn)行按鍵號(hào)碼的顯示。 本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成,硬件部分主要完成按鍵輸入的模擬、蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)、按鍵號(hào)碼的顯示等功能；而軟件主要完成對(duì)按鍵輸入的掃描、中斷對(duì)數(shù)據(jù)初始化及數(shù)碼顯示管的顯示控制等功能。 第三章第三章 主要模塊主要模塊介紹介紹3.1 AT89C51AT8

6、9C51 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C5

7、1 是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)摘要廉的方案。 圖1 AT89C51芯片內(nèi)部引腳圖 3.23.2 LEDLED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理 LED 數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線(xiàn)已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類(lèi)似于 3 位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10 位等等.，LED 數(shù)碼管根據(jù)LED 的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)，了解 LED 的這

8、些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖摘要4.5 是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。LED 數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車(chē)站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。下面將介紹常用 LED 數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖。 圖 2 這是一個(gè)八段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10 引腳的 LED 數(shù)碼管每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP 是小數(shù)點(diǎn). 數(shù)碼管分為共陽(yáng)極的 LED 數(shù)碼管、共陰極的 LED 數(shù)碼管兩種。下圖例舉的是共陽(yáng)極的 LED 數(shù)碼管，共陽(yáng)就是 8 段的顯示

9、字碼共用一個(gè)電源的正。LED 數(shù)碼管原理圖示意如圖 3： 圖 3 LED 數(shù)碼管原理圖 從上圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件：1、是要在 VT 端（3/8摘要腳）加正電源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。這樣才能顯示的。 共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖： 圖 4 共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖共陰極 LED 數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖： 摘要圖 5 共陰極 LED 數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 表 1 顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào)LED 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的

10、驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。 摘要靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O 口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二-十進(jìn)位轉(zhuǎn)換器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 口多。3.33.3 矩陣按鍵矩陣按鍵 鍵盤(pán)是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)對(duì)話(huà)輸入設(shè)備，用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)或指令。鍵盤(pán)控制程序需完成的任務(wù)有：監(jiān)測(cè)是否有鍵按下，有鍵按下時(shí)，在無(wú)硬件去抖的動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)用軟件延時(shí)方法消除按鍵抖動(dòng)影響；當(dāng)有多個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，只處理一個(gè)按鍵，不管一次按鍵持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。矩陣按鍵掃描程

11、序是一種節(jié)省 IO 口的方法,按鍵數(shù)目越多節(jié)省 IO 口就越可觀(guān)，思路：先判斷某一列（行）是否有按鍵按下，再判斷該行（列）是那一只鍵按下。但是，在程序的寫(xiě)法上，采用了最簡(jiǎn)單的方法，使得程序效率最高。本程序中，如果檢測(cè)到某鍵按下了，就不再檢測(cè)其它的按鍵，這完全能滿(mǎn)足絕大多數(shù)需要，又能節(jié)省大量的 CPU 時(shí)間。本鍵盤(pán)掃描程序的優(yōu)點(diǎn)在于：不用專(zhuān)門(mén)的按鍵延時(shí)程序，提高了 CPU 效率，也不用中斷來(lái)掃描鍵盤(pán)，節(jié)省了硬件資源。另外，本鍵盤(pán)掃描程序，每次掃描占用CPU 時(shí)最短，不論有鍵按下或者無(wú)鍵按下都可以在很短的時(shí)間完成一次掃描。 圖 6 矩陣鍵盤(pán)電路圖摘要3.43.4 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊單片機(jī)的 P0

12、.7 經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，當(dāng)有按鍵輸入時(shí)，單片機(jī) P0.7 輸出低電平，與此引腳相連的 PNP 型三極管基電極也為低電平，三極管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得+5V 電壓而鳴叫；當(dāng) P0.7 輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。蜂鳴器模塊如圖 3.9 所示： 圖 7 蜂鳴器模塊電路原理圖 第四章第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.14.1 計(jì)算器硬件AT89C51 單片機(jī)一片，4*4 鍵盤(pán)一個(gè)，6 位共陽(yáng)極的八段數(shù)碼管一個(gè)，連線(xiàn)和電阻和開(kāi)關(guān)若干。51 單片機(jī)的 P2 口作鍵盤(pán)口，其中 P2.4-P2.7 為鍵盤(pán)掃描輸出線(xiàn)，P2.0-P2.3 為鍵盤(pán)掃描輸入線(xiàn)。鍵盤(pán)由 4*4 共 16 個(gè)按

13、鍵組成，10 個(gè)數(shù)字鍵（由 0-9組成）5 個(gè)運(yùn)算符號(hào)（加減乘除等于）組成，1 個(gè)清除鍵（作用相當(dāng)于整體復(fù)位） 。摘要6 個(gè)數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前數(shù)值的十萬(wàn)，萬(wàn)，千，百，十，個(gè)，P1 口接 6 個(gè)數(shù)碼管的八段，P0 口分別接 6 個(gè)數(shù)碼管的公共端，P1 口輸出數(shù)碼管的字形碼，P0 口輸出數(shù)碼管的字位碼。4.24.2 系統(tǒng)框圖：1.主程序流程圖摘要圖 8 主程序流程圖2.鍵盤(pán)掃描流程圖 圖 9 鍵盤(pán)掃描流程圖4.34.3 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)摘要#include#include#define#define ucharuchar unsignedunsigned charchar#define#defin

14、e uintuint unsignedunsigned intintsbitsbit dula=P26;dula=P26;sbitsbit wela=P27;wela=P27;sbitsbit beep=P23;beep=P23;ucharuchar temp,key;temp,key;ucharuchar fun;fun;longlong intint num1,num2,res;num1,num2,res;ucharuchar aa,dis;aa,dis;ucharuchar codecode table=0 x00,0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,

15、0 x7d,0 x07,0 x7f,0 xtable=0 x00,0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;ucharuchar codecode weixuan=0 xdf,0 xef,0 xf7,0 xfb,0 xfd,0 xfe;weixuan=0 xdf,0 xef,0 xf7,0 xfb,0 xfd,0 xfe;voidvoid delay(unsignedd

16、elay(unsigned charchar i)i) ucharuchar j,k;j,k; for(j=i;j0;j-)for(j=i;j0;j-) for(k=125;k0;k-);for(k=125;k0;k-); voidvoid bee()bee() beep=0;beep=0;delay(255);delay(255);delay(255);delay(255);beep=1;beep=1; 摘要key_scan()key_scan() P3=0 xfe;P3=0 xfe; temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&0

17、xf0; if(temp!=0 xf0)if(temp!=0 xf0) delay(10);delay(10); if(temp!=0 xf0)if(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; switch(temp)switch(temp) casecase 0 xee:0 xee: key=0;key=0; break;break; casecase 0 xde:0 xde: key=1;key=1; break;break; casecase 0 xbe:0 xbe: key=2;key=2; break;break; casecase 0 x7e:0 x7e: key=

18、3;key=3; break;break;摘要 while(temp!=0 xf0)while(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&0 xf0; P3=0 xfd;P3=0 xfd; temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&0 xf0; if(temp!=0 xf0)if(temp!=0 xf0) delay(10);delay(10); if(temp!=0 xf0)if(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; swit

19、ch(temp)switch(temp) casecase 0 xed:0 xed: key=4;key=4; break;break; casecase 0 xdd:0 xdd: key=5;key=5; break;break; casecase 0 xbd:0 xbd: key=6;key=6;摘要 break;break; casecase 0 x7d:0 x7d: key=7;key=7; break;break; while(temp!=0 xf0)while(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&a

20、mp;0 xf0; P3=0 xfb;P3=0 xfb; temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&0 xf0; if(temp!=0 xf0)if(temp!=0 xf0) delay(10);delay(10); if(temp!=0 xf0)if(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; switch(temp)switch(temp) casecase 0 xeb:0 xeb: key=8;key=8; break;break; casecase 0 xdb:0 xdb:摘要 key=9;key=9; bre

21、ak;break; casecase 0 xbb:0 xbb: key=10;key=10; break;break; casecase 0 x7b:0 x7b: key=11;key=11; break;break; while(temp!=0 xf0)while(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&0 xf0; P3=0 xf7;P3=0 xf7; temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&0 xf0; if(temp!=0 xf0)if(

22、temp!=0 xf0) delay(10);delay(10); if(temp!=0 xf0)if(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; switch(temp)switch(temp) 摘要 casecase 0 xe7:0 xe7: key=12;key=12; break;break; casecase 0 xd7:0 xd7: key=13;key=13; break;break; casecase 0 xb7:0 xb7: key=14;key=14; break;break; casecase 0 x77:0 x77: key=15;key=15; bre

23、ak;break; while(temp!=0 xf0)while(temp!=0 xf0) temp=P3;temp=P3; temp=temp&0 xf0;temp=temp&0 xf0; voidvoid Init()Init() num1=0;num1=0;num2=0;num2=0;摘要wela=1;wela=1;P0=0 xdf;P0=0 xdf;wela=0;wela=0;dula=1;dula=1;P0=table1;P0=table1;dula=0;dula=0;key=16;key=16;aa=0;aa=0;dis=0;dis=0;res=0;res=0;

24、voidvoid dis_play(longdis_play(long intint nm)nm) ucharuchar a1,a6;a1,a6;longlong intint shu;shu;shu=nm;shu=nm;if(shu=0)if(shu=0) wela=1;wela=1; P0=0 xdf;P0=0 xdf; wela=0;wela=0; dula=1;dula=1; P0=table1;P0=table1;摘要 dula=0;dula=0; elseelse for(a6=0;a66;a6+)for(a6=0;a6=10)if(key=10) switchswitch (ke

25、y)(key) casecase 10:Init();break;10:Init();break; / CECE casecase 11:11: switchswitch (fun)(fun) casecase 0:res=num1+num2,dis=2;break;0:res=num1+num2,dis=2;break; casecase 1:res=num1-num2,dis=2;break;1:res=num1-num2,dis=2;break; casecase 2:res=num1*num2,dis=2;break;2:res=num1*num2,dis=2;break; casec

26、ase 3:res=num1/num2,dis=2;break;3:res=num1/num2,dis=2;break; ;break;break; / = = casecase 12:fun=0,aa=1,shanshuo();break;12:fun=0,aa=1,shanshuo();break; / + + casecase 13:fun=1,aa=1,shanshuo();break;13:fun=1,aa=1,shanshuo();break; / - - casecase 14:fun=2,aa=1,shanshuo();break;14:fun=2,aa=1,shanshuo();break; / * * casecase 15:fun=3,aa=1,shanshuo();break;15:fun=3,aa=1,shanshuo();break; / / / elseelse switchswitch