基于单片机的多功能计算器设计(完整程序注释版)

电子信息工程专业综合课程设计任务书

摘要：

单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心，如今，它已广泛的应用到我们生活中的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。我们这次设计的多功能科学计算器也是利用AT89C51单片机制作而成。

该计算器设计是采用C语言编写，实现了六位数范围内的加、减、乘、除基本的四则运算，此外该计算器除了具备基本的计算功能以外还具有计时和倒计时的功能，也就是说该计算器具有两个工作模式，计算模式和计时模式，而计时模式里又包含正计时和倒计时的功能，这样一个简易的计算器实现了多功能，比较实用和方便。

该设计电路是采用AT89C51单片机为主要控制电路，然后使用74LS245缓冲驱动电路驱动六位LED数码管显示数据，利用加上4×4矩阵键盘完成电路的实际操作。电路比较简单，但是很实用方便。

关键字：AT89C51 多功能74LS245 LED 矩阵键盘

目录

1.方案论证与选择 (4)

1.1输入模块 (4)

1.2显示模块： (5)

2.其他硬件电路模块功能介绍： (6)

2.1驱动模块 (6)

2.2主控制模块 (7)

2.3操作模块 (8)

3.软件设计 (9)

3.1主功能计算器部分 (9)

3.2计时和倒计时部分 (9)

3.3功能按键 (9)

3.4软件流程图 (9)

4硬件设计 (11)

4.1电路工作框图 (11)

4.2 硬件电路图 (12)

4．3引脚锁定 (12)

5.电路测试结果 (12)

5.1代码提示信息 (12)

5.2模式转换电路图 (13)

5.3错误提示电路图 (14)

5.4正常计算结果显示图 (14)

6.该设计电路的改进思想 (15)

7.小结 (15)

8.参考文献 (16)

附录（程序清单） (16)

基于单片机的多功能计算器设计

1.方案论证与选择

1.1输入模块

方案一：采用独立式按键作为输入模块，其特点：直接用I/O口构成单个按键电路，接口电路配置灵活、按键识别和软件结构简单，但是当键数较多时，占用I/O口较多，比较浪费资源；其原理图如图1所示：

图1 独立的功能按键

方案二：采用矩阵式键盘作为输入电路，其特点：电路和软件稍复杂，但相比之下，当键数越多时越节约I/O口，比较节省资源。其原理图如图2所示：

图2 矩阵键盘输入

本设计使用键盘输入预置用于计算或计时，按键较多。若采用独立按键，需频繁按键，为软件设计增加负担，且操作界面不友好。若采用矩阵式按键，可以方便地输入一个数值，使操作界面更具人性化，节约了宝贵的I/O口资源。通过对比，故采用方案二作为系统输入模块。

1.2显示模块：

方案一：用LCD显示，要用LCD显示，需要学习其专用的驱动控制芯片，比如HD61203，软件实现较为复杂，且LCD的价格昂贵。

方案二：采用LED数码管串行静态显示，虽然其显示亮度高，但是如果显示器的位数较多，需要增加锁存器，故而静态显示占用I/O口线较多,CPU的开销较大。

方案三：采用LED数码管并行动态显示，显示亮度不及静态显示，但电路简单，适合于显示位数较多的情况。

表1 用LED显示器显示十六位进制数的字形代码在下图表示：

综上所述，采用方案三并行动态显示是本设计最佳显示方案。LED数码管显示器由6个发光二极管组成，因此也称之为6段LED显示器，其排列形状如上。

注：该设计电路中的6段LED数码显示器是共阳极的。

2.其他硬件电路模块功能介绍：

2.1驱动模块

该设计的驱动电路是由74LS245来驱动的。74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。

当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。

当片选端/CE低电平有效时，AB/BA=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）

AB/BA =“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。

由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/CE端接地，保证数据现畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。

2.2主控制模块

该设计的核心控制电路是AT89C51单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。其引脚图以及工作原理如下：

现简要介绍各引脚的功能。

⑴.主电源引脚：

Vss-(20脚)：地线

Vcc-(40脚)：+5V电源

⑵.外接晶振或外部振荡器引脚：

XTAL1-(19脚)：当采用芯片内部时钟信号时，接外部晶振的一个引脚；当采用外部时钟信号时，此脚应接地。

XTAL1-(18脚)：当采用芯片内部时钟信号时，接外部晶振的一个引脚；当采用外部时钟信号时，外部信号由此脚输入。

⑶.控制、选通或电源复用引脚：

RST/Vp0-(9脚)：复位信号输入；Vcc掉电后，此脚可接上备用电源，在低功耗条件下保持内部RAM中的数据。

ALE/PROG-(30脚)：ALE即允许地址锁存信号输出，当单片机访问外部存储器时该脚的输出信号用于锁存P0的低8位地址，其输出的频率为时钟振荡频率的1/6。PROG为编程脉冲输入端，

当选用8751单片机时，由此脚输入编程脉冲。

/PSEN-(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效，用于实现外部程序存储器的

读操作。

/EA-(31脚)：EA为访问内部或外部程序存储器选择信号，EA=0，单片机只访问外部程

序存储器，故对8031此脚只能接地；EA＝1，单片机访问内部程序存储器，固对8051和8751此脚应接高电平，但若程序指针PC值超过4KB(OFFFH)范围，单片机将自动访问外部程序存储器。

⑷.多功能I/O引：

P0口-(32～39脚)：P0数据/地址复用总线端口。

P1口-(1～8脚)：P1静态通用端口。

P2口-(21～28脚)：P2动态端口。

P3口-(10～17脚)：P3双功能静态端口。除作I/O端口外，它还提供特殊的第二功能，其具体