基于STC89C52的計算器設計與仿真

摘 要：單片機具有體積小、控制功能強、功耗低、環境適應能力強、擴展靈活和使用方便等優點，已廣泛應用在生活的各個領域，該文提出一種基于單片機的高精度計算器設計方案，核心控制系統采用STC89C52單片機，利用LCD1602液晶顯示屏顯示運算過程與結果，設計4×4鍵盤構成按鍵模塊，用來模擬0～9及加、減、乘、除、清零按鍵。軟件程序利用單片機C語言編寫，并在Keil C51開發環境下編譯，硬件系統通過proteus工具軟件設計并仿真。

關鍵詞：單片機 4×4鍵盤 LCD1602

中圖分類號：TN43 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0159-03

Design and Simulation of the Calculator Based on STC89C52

Song Huichao

（College of Physics and Electronic Information， Inner Mongolia University for Nationalities，Tongliao Inner Mongolia，028000，China）

Abstract：Single chip microcomputer has the advantages of small size，strong control function，low power consumption，strong adaptability to environment，flexible and easy to use.It has been widely used in various fields.This paper presents a design scheme of high precision calculator based on Single chip microcomputer.Control system is STC89C52 microcontroller.Operation process and results are displayed in the LCD1602 LCD screen.The key module is composed of 4*4 keyboard which is used to simulate the 0-9 and add，subtract，multiply，divide，reset button. Software program is written in C language and compiled by C51 Keil and verified by Proteus simulation.

Key words：Single chip microcomputer；4×4 keyboard；LCD1602

計算器是人們生活中最常見的工具之一，隨著科技的迅猛發展，計算器的功能越來越強大，對精度的要求也越來越高。以往利用單片機開發設計計算器，大多只能實現較簡單的加減乘除運算[1]，且僅限于整數運算。該文通過C語言編程，設計了一種可以實現32位浮點數運算的高精度計算器，除了基本四則運算外，可以進行小數運算、負數運算，結果保留到小數點后5位，大數量的運算結果以科學計數法形式給出，運算過程通過LCD1602液晶屏顯示，利用清屏鍵可以隨時清除顯示。

1 系統硬件設計

基于單片機設計的計算器應具有高精度運算及結果顯示的功能。其中，4×4鍵盤用于數據輸入[2]，LCD液晶顯示則可以分兩行顯示運算過程及最終結果。系統框圖如圖1所示。

下面對硬件模塊進行簡單說明，各模塊與單片機的具體連接請參見圖2系統硬件電路圖。

控制芯片STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統內可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。

LCD1602是常用的液晶芯片，此處選用能同時顯示兩行，每行各16個字符的屏幕規格。VSS為地電源，VDD接5V正電源，VEE為液晶顯示器對比度調整端。8位雙向數據線D0～D7接單片機P0口。由于P0口常用作數據總線且內部無上拉電阻，此處需外接10K電阻增加驅動能力。控制端RS、R/W、E分別與單片機P2.5、P2.6、P2.7口相連，用來控制1602的讀寫狀態。

4×4鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每一個交叉點上設置一個按鍵[3]，這種結構可以有效地提高單片機系統中I/O口的利用率。4條行線分別接單片機P1.3～P1.0，4條列線接單片機P1.4～P1.7，每位按鍵對應的功能可參見圖2系統硬件仿真圖。

2 系統軟件設計

通過下面程序可以看出主函數main（）中所調用的部分子程序，分別實現LCD初始化、鍵盤掃描、字符顯示等功能。

void main（）

{ init（） //初始化LCD

LCD_dsp_string（4，0，”Hello！”）； //顯示字符串“Hello！”

key_scan（）； //鍵盤掃描程序

LCD_dsp_char（）； //顯示字符子程序

…… //算數運算

LCD_dsp_string（0，1，temp）； //在第二行第一個位置顯示運算結果

write_com（0x01）；}//清屏

除此之外，LCD1602.c作為液晶顯示程序，內部定義了1602初始化函數init（）、忙閑判斷函數check（），讀寫控制函數write_com（）與write_data（）、顯示字符LCD_dsp_char（）及字符串函數LCD_dsp_string（）等。key_scan.c為鍵盤掃描程序，根據矩陣鍵盤的原理，通過讀取P1口狀態來確定按鍵位置并將對應值返回主程序[4]。

3 仿真及結果分析

硬件和軟件設計分別利用Proteus與Keil集成開發環境實現。C語言程序代碼由Keil編寫并編譯，將產生的可執行文件加載到Proteus中[5]，實現仿真功能。

系統仿真總體電路圖如圖2所示，系統啟動后屏幕上顯示歡迎信息“Welcome！”。具體結果演示如圖3所示，計算器可以進行較高精度的加減乘除運算，支持小數運算，結果保留到小數點后5位，其中，圖3（a）為大數量的加法運算，結果用科學記數法顯示；圖3（b）為減法運算，結果為負數；圖3（c）和圖3（d）分別為乘法、除法運算，結果均保留到小數點后5位。

4 結語

該文利用STC89C52單片機做主控芯片，完成了高精度計算器的設計，實現加減乘除等基本運算功能的同時，提高了運算精度，支持負數運算及小數運算。4×4交叉按鍵電路用作數據輸入模塊，通過8條I/O線與單片機相連，液晶屏電路做為輸出顯示模塊，隨時顯示運算過程。軟硬件系統經過proteus仿真驗證，實現了所有預設功能，具有很強的實用性，對學習單片機系統有一定的幫助。

參考文獻

[1]曹瑞，徐森.基于單片機的計算器的設計[J].科技視界，2011（25）：6-9.

[2]吳宏杰，王揚，王致杰，等.基于AT89C51單片機的十進制計算器系統設計[J].電子測試，2013（9）：43-44.

[3]徐昆良.基于AT89S52單片機的簡易計算器設計與仿真[J].電腦知識與技術，2015，11（16）：211-212.

[4]董雷剛，崔曉微，程書偉.基于單片機的數字計算器的設計[J].電腦知識與技術，2012，8（10）：2386-2414.

[5]李嘉誠.基于proteus的數字計算器設計與實現[J].軟件導刊，2015，14（5）：90-92.