基于AT89C51單片機的十進制計算器系統設計

吳宏杰，王揚，王致杰，劉嬌嬌，孫玉嬌

（上海電機學院電氣學院，上海 200240）

0 引言

本系統采用AT89C51單片機作為控制器，用來實現實現四位數的“+”，“-”，“*”，“/”運算，運算結果通過數碼管顯示，并具有有清零功能。AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash 片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。

1 總體設計方案

1.1 系統組成與工作原理

本系統以51單片機為主控核心，與矩陣鍵盤、晶振、LED 顯示管模塊一起組合而成。其工作過程為：首先存儲單元初始化，顯示初始值和鍵盤掃描，判斷按鍵位置，得出按鍵值，單片機則對數據進行儲存與相應的處理轉換，之后送入數碼管動態顯示。將運算結果送入數碼管動態顯示。本設計只能進行結果不超過四位數的運算，其功能如下：

（1）數字鍵“0”到“9”用數碼管顯示。

（2）加法運算：加數與被加數均不能超過9999，加法最終結果不能超過9999。

（3）減法運算：減法運算正常邏輯為大的數值減去小的數值，本計算器亦如此，只能進行正常邏輯的運算，如為小的數值減去大的數值，則將得到的負數與535相加，得到相應的結果，即如果想進行小數減大數的運算，則把得到的結果減去535即得到負數的正確結果。

（4）乘法運算：與上述方法一樣，計算結果不能超出9999，如溢出則顯示結果只有后三位。

（5）除法運算：除數與被除數均不能超過9999，計算結果只顯示整數部分。

（6）等于鍵：只有按下等于鍵才能將運算結果顯示出來，否則一直顯示上一個數。

（7）清零功能：程序不穩定或出現錯誤時，運用清零鍵回到初始狀態，也可用復位鍵清零。

2 系統硬件設計

2.1 系統硬件總體設計

本系統由鍵盤矩陣、LED 顯示管、這幾個部分組成，鍵盤輸入鍵值，LED 顯示管顯示當前按鍵及結果。硬件總體設計圖1如下：

2.2 矩陣掃描顯示當前按鍵模塊

利用AT89S51單片機的P0端口的P0.0－P0.7連接到一個七段數碼管的a－h的筆段上，數碼管的公共端接電源。矩陣掃描顯示當前按鍵模塊見圖2。

2.3 鍵盤布局模塊

矩陣鍵盤的工作原理：計算器的鍵盤布局如圖3所示：一般有16個鍵組成，在單片機中正好可以用一個P 口實現16個按鍵功能，這種形式在單片機系統中也最常用。

圖1 硬件總體設計圖

圖2 矩陣掃描顯示當前按鍵模塊

圖3 計算器的鍵盤布局模塊

圖4 系統的軟件流程圖

3 系統軟件設計

3.1 系統軟件總體設計

本系統的軟件流程如圖4所示。

3.2 顯示程序模塊

顯示程序將要顯示數值的千位、百位、十位與個位分別計算出來，通過P0段選口輸出數值，通過位選口P3?3、P3?4、P3?5、P3?6實現動態顯示。

LED 數碼管，實現七段數碼管的顯示四位十進制數。通過段選來顯示按鍵及計算結果的數值。由于本硬件設計選用的是共陽接法，所以對應的段碼表如下

3.3 鍵盤掃描模塊

本次鍵盤掃描程序采用的是行列翻轉法掃描鍵盤，即先置行為0，讀列值，存在變量1中，然后把列置為0，讀行值，存在變量2中，把變量1和變量2相加即為按鍵對應的鍵值，下表為相應按鍵對應的鍵值

4 結束語

本計算器是以51系列單片機為核心構成計算器系統，該設計為能進行簡易算術運算的計算器，在現有的硬件條件下只能進行結果不超過四位數的運算，能實現加減乘除的運算功能與數字清零功能，以及系統的復位功能。

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