基于AT89C51单片机简易计算器的设计

基于AT89C51单片机简易计算器的设计

【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的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除六位数范围内的基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入。显示采用字符LCD静态显示。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。

【关键词】硬件课程设计简单计算器单片机 LCD

【正文】

一、总体设计

根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。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LCD 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，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。

（3）执行过程：开机显示零，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。

（4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD 上提示错误。

系统模块图：

二、硬件设计

（一）、总体硬件设计

本设计选用AT89C51单片机为主控单元。显示部分：采用LCD 静态显示。按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。

总体设计效果如下图：

（二）、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，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。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2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 矩阵键盘布局图

矩阵键盘内部电路图如图3所示：

为了进一步节省单片机I/O口资源，我们在设计中使用了

MM74C922芯片。MM74C922是一款4*4键盘扫描IC，它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入，并通过数据输出口将按键相应的编码输出。其引脚图如图4所示：

图4 MM94C22硬件图

MM74C922引脚说明：

(1) Y1~Y4（脚1~脚4）：44键盘第一列至第四。

(2) X1~X4（脚11、10、8、7）：44键盘第一行至第四行。

(3) DOA~ DOD（Dataout A~D，脚14~17）：按键之BCD码输出，其中DOA为LSB，DOD为MSB。

(4) VCC（脚18）：电源脚，+3V~+15V。ab126计算公式大全

(5) GND（脚9）：接地管脚。新艺图库

(6) OSC（Oscillator，脚5）：键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。

(7) KBM（Keyboard Mask，脚6）：内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。

(8) OE（Output Enable，脚13）：芯片致能脚，接低电位可使芯片

致能。

(9) DA（Data Available，脚12）：数据有效输出脚。任一按键按下时，此脚位会输出高电位，按键释放后此脚又会恢复为低电位。

MM74C922对各按键的响应如下表所示：

如下图5所示，在本设计中，计算器输入键盘的4条行线、列线分别连接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连，MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C922检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中断，单片机从P2

口的低四位读入键盘上按下的键的值。

图5 键盘接口电路图

（三）、LCD显示模块

本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。通过D0-D7引脚向LCD写指令字或写数据以使LCD实现不同的功能或显示相应数据。

图6 LCD 模块

（四）运算模块（单片机控制）

MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器

（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快地实现运算功能。

三、软件设计

现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：

1、键盘输入；

2、数值显示；

3、加、减、乘、除四则运算；

4、对错误的控制及提示；

针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：

1、键盘输入检测模块

2、LCD显示模块；

3、算术运算模块

4、错误处理及提示模块。

系统总流程图