基于單片機的電子計算器的設計

邵陽學院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

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基于單片機的電子計算器的設計

邵陽學院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

【摘要】本設計是選用STC89C52單片機為核心的計算器系統，計算器數字輸入采用4×4的矩陣鍵盤，可以進行加、減、乘、除7位帶符號數字的運算，然后在LCD1602上顯示輸入的表達式和計算結果。設計重點在于設計方法及流程，首先根據原理設計出系統電路原理圖，然后利用keil軟件編程，通過實驗開發平臺進行仿真，再利用altium designer軟件設計PCB，最后再到元器件的焊接和調試成功。該電子計算器經過測試具有電路簡單、計算速度快、操作方便等諸多特點。

【關鍵詞】單片機；計算器；LCD1602

1　系統工作原理

該系統采用4*4的矩陣鍵盤作為數字和功能按鍵的輸入，單片機采用循環掃描的方式對矩陣鍵盤進行驅動，獲得用戶輸入的信息，并且實時的顯示到1602液晶屏幕上，每一次有按鍵按下時，通過軟件預先設計好的方法對輸入的信息經行處理、計算、顯示，輸入結束以“=”為標志。最后將運算出的結果顯示到液晶屏幕上。該設備的系統框圖如圖1所示。

圖1　系統框圖

2　硬件系統設計

2.1液晶顯示電路設計

LCD1602是本系統的重要組成部分，主要用在顯示用戶的輸入和計算結果的輸出。LCD1602的并行數據端與單片機的P0口相連，控制端與單片機的P2.7～P2.5連接，其中10k的電位器用于液晶的對比度調節。該系統顯示及整體的電路原理圖如圖2所示。

圖2　系統電路原理圖

2.2按鍵電路設計

該系統使用的是4*4的矩陣鍵盤，一共16個按鍵，用來作為計算器的輸入設備，是該系統的人機交互接口之一。B1～B15一共16個按鍵為一個4*4的矩陣鍵盤，該鍵盤行陣列的第1行到第4行分別接在單片機的P1.4～P1.7口，該鍵盤的列陣列的第1列到第4列分別接在單片機的P1.0～P1.3口，這樣通過單片機的P1口就完成了對4*4矩陣鍵盤的驅動。由此可見驅動16個矩陣按鍵只用了8個I/O接口，矩陣鍵盤相對獨立按鍵來講更節省I/O口。

3　軟件設計

該項目采用的軟件編程平臺為常用的keil軟件。該程序并沒有涉及到系統底層的驅動的問題，所以選擇了方便和快捷的C語言編寫程序。在該程序中，分為四個主要的函數模塊：延時函數、1602液晶驅動和顯示函數、按鍵驅動程序、算數運算處理函數。該程序采用模塊化程序設計的思想，方便調試和理解。該程序以按鍵掃描為主線，其他模塊為輔組成整個程序實現了電子計算器的基本功能。開機上電后執行初始化程序，即LCD1602液晶初始化和按鍵初始化等，初始化成功后循環執行按鍵掃描程序用于檢測用戶是否有輸入，當有按鍵按下時則進入運算和處理函數對用戶的輸入數據進行分析。一個運算表達式的結束以“=”符號為結束標記，當用戶輸入“=”符號后就把計算結果顯示到液晶屏幕上來。經過實際實驗測試該程序長時間工作穩定，計算結果準確符合該項目的設計要求。

4　結束語

通過的一系列仿真與設計，基于51單片機的電子計算器的設計成功完成。雖然計算器的電路簡單，但程序設計比較復雜，只要程序設計合理，計算器的功能和效率就會符合設計要求，經測試驗證本系統性能優良、結構簡單、成本低廉，是一款非常有應用價值的計算器。

參考文獻

[1]江世明,許建明,朱群峰,申壽云.單片機原理及應用[M].上海:上海交通大學出版社,2013.

[2]王東鋒,王會良等.單片機C語言應用100例[M].西安:電子工業出版社,2009.

[3]張毅剛.單片機原理及應用(C51+PROTEUS仿真)[M].北京:高等教育出版社,2012.

吳洋（1992—），男，貴州安順人，大學本科，現就讀于邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業。

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術研究。

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