基于AT89C51單片機(jī)的十進(jìn)制計算器系統(tǒng)設(shè)計

吳宏杰，王揚，王致杰，劉嬌嬌，孫玉嬌

（上海電機(jī)學(xué)院電氣學(xué)院，上海 200240）

0 引言

本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為控制器，用來實現(xiàn)實現(xiàn)四位數(shù)的“+”，“-”，“*”，“/”運算，運算結(jié)果通過數(shù)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(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。

1 總體設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)組成與工作原理

本系統(tǒng)以51單片機(jī)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(jī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存與相應(yīng)的處理轉(zhuǎn)換，之后送入數(shù)碼管動態(tài)顯示。將運算結(jié)果送入數(shù)碼管動態(tài)顯示。本設(shè)計只能進(jìn)行結(jié)果不超過四位數(shù)的運算，其功能如下：

（1）數(shù)字鍵“0”到“9”用數(shù)碼管顯示。

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

（3）減法運算：減法運算正常邏輯為大的數(shù)值減去小的數(shù)值，本計算器亦如此，只能進(jìn)行正常邏輯的運算，如為小的數(shù)值減去大的數(shù)值，則將得到的負(fù)數(shù)與535相加，得到相應(yīng)的結(jié)果，即如果想進(jìn)行小數(shù)減大數(shù)的運算，則把得到的結(jié)果減去535即得到負(fù)數(shù)的正確結(jié)果。

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

（5）除法運算：除數(shù)與被除數(shù)均不能超過9999，計算結(jié)果只顯示整數(shù)部分。

（6）等于鍵：只有按下等于鍵才能將運算結(jié)果顯示出來，否則一直顯示上一個數(shù)。

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

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

本系統(tǒng)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(dāng)前按鍵及結(jié)果。硬件總體設(shè)計圖1如下：

2.2 矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊

利用AT89S51單片機(jī)的P0端口的P0.0－P0.7連接到一個七段數(shù)碼管的a－h(huán)的筆段上，數(shù)碼管的公共端接電源。矩陣掃描顯示當(dāng)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(jī)中正好可以用一個P 口實現(xiàn)16個按鍵功能，這種形式在單片機(jī)系統(tǒng)中也最常用。

圖1 硬件總體設(shè)計圖

圖2 矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊

圖3 計算器的鍵盤布局模塊

圖4 系統(tǒng)的軟件流程圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。

3.2 顯示程序模塊

顯示程序?qū)⒁@示數(shù)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(shù)值，通過位選口P3?3、P3?4、P3?5、P3?6實現(xiàn)動態(tài)顯示。

LED 數(shù)碼管，實現(xiàn)七段數(shù)碼管的顯示四位十進(jìn)制數(shù)。通過段選來顯示按鍵及計算結(jié)果的數(shù)值。由于本硬件設(shè)計選用的是共陽接法，所以對應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)的鍵值，下表為相應(yīng)按鍵對應(yīng)的鍵值

4 結(jié)束語

本計算器是以51系列單片機(jī)為核心構(gòu)成計算器系統(tǒng)，該設(shè)計為能進(jìn)行簡易算術(shù)運算的計算器，在現(xiàn)有的硬件條件下只能進(jìn)行結(jié)果不超過四位數(shù)的運算，能實現(xiàn)加減乘除的運算功能與數(shù)字清零功能，以及系統(tǒng)的復(fù)位功能。

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