数码管显示简易计算器说明书

目录

一、原理图设计说明 (1)

1.1数码管硬件电路设计 (1)

1.2矩阵键盘电路设计: (2)

二、程序设计说明 (3)

2.1键盘扫描程序设计 (3)

2.2算术运算程序设计 (4)

2.3显示程序设计 (5)

三、工作原理图及程序流程图 (6)

四、程序清单 (9)

五、参考文献 (15)

一、原理图设计说明

1.1数码管硬件电路设计

数码管数据显示的硬件电路由单片机、4 位共阳极数码管、位驱动电路、限流电阻等组成。实验板中用杜邦线将P7 与单片机IO 口相连（这里以P0 口为例）。用跳线将P8 与单片机P2 低四位相连，P0 口送出数码管段选码，P2 送出位选码。

图1-1 数码管硬件电路原理图

1.2矩阵键盘电路设计:

4*4 矩阵键盘行输入接单片机P1.0-P1.3，列输入接单片机P1.4-P1.7，通过扫描方式检测是否有键按下，并确定键值，使用矩阵键盘时注意给P10 矩阵键盘选择端使能。对键盘进行编号，S3-S18，按下相应按键，在数码管上显示相应键值（0-F）。例如按下S10 键，显示A，按下S0 键，显示0。

图1-2 矩阵键盘电路原理图

二、程序设计说明

2.1键盘扫描程序设计

键盘扫描程序的过程为：开始时，先判断是否有键闭合，无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，先去抖动，然后确定是否有键按下，若无键按下，则返回继续判断是否有键闭合，若有键按下，则判断键号，然后释放，若释放按键完毕，则返回，若没有释放按键，则返回继续释放。其流程图如图2-1所示。

开始

是否有键闭

合？返回

去抖动

确定有键按下

判断键号

Y Y N

释放

返回

N

Y N

图2-1 键盘扫描程序流程图

算术运算程序的过程为：先判断输入的运算符是+、-、*、/ 中的哪一个，若是+或-，则要判断运算结果是否溢出，溢出则显示错误信息，没溢出就显示运算结果，若是/，则要先判断除数是否为零，为零就显示错误信息，不为零则显示运算结果，若是-，则直接显示运算结果。其流程图如图2.2所示。

开始

运算符

加乘除减

运算结果溢出？

除数为零？

错误信息送显示缓冲

数值显示

Y

Y

N

N

图2-2 算术运算程序设计流程图

先是程序的过程为：显示开始时，先进行LED 的初始化，判断是否显示，若不显示，则返回，若显示，则进行相应功能的设置，然后送地址和数据，再判断是否显示完,显示完则返回，没有显示完则继续送地址。

显示开始

LED 初始化

相应功能设置

送地址

送数据

是否显示完

返回

N

Y 显示数值

图2-3 显示程序流程图

三、工作原理图及程序流程图

图3-1仿真工作原理电路图

最小系统

数码管模块

STC12C5A60S2

矩阵键盘

图3-2系统组成及总体框图

图3-3-1 PCB原理图

图3-3-2 PCB原理图

图3-3-3 3D 效果图

开始

初始化参数

初始化LED

有键输入？

读取键码

数字键

清零键

功能键

输入数值计算结果

状态清零LED 显示

Y

N

图3-4 程序流程图

四、程序清单

mian.c: //简单的数码管显示按键编码0到9

#include

typedef unsigned char uint8;

uint8 num[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,

0x00,0x40}; //共阴极数码管uint8 s[4]={0,10,10,10};

uint8 T0RH=0; //重载初值

uint8 T0RL=0; //重载初值

uint8 step=0; //步骤标号

uint8 oprt=0; //运算符标志

long num1=0; //运算数1

long num2=0; //运算数2

long num3=0; //结果

void Init_times(uint8 ms);

extern void KeyDriver(); //定义键盘驱动

extern void KeyScan(); //定义键盘扫描

void main()

{

EA=1; // 中断总允许位

Init_times(1); //配置T0定时1ms

while(1)

{

KeyDriver(); // 调用键盘驱动

} }

void Init_times(uint8 ms) //配置并启动T0，ms-T0定时时间{

unsigned long tmp;

tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率

tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值

tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值

tmp = tmp + 12; //修正中断响应延时造成的误差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //取高八位

T0RL = (unsigned char)tmp; //取第八位

TMOD &= 0xF0; //定义计时器工作状态

TMOD |= 0x01;

TH0 = T0RH; //初始值TH0(变量带入）

TL0 = T0RL; //初始值TL0

ET0 = 1; //中断允许

TR0 = 1; } //启动计时器/* 数码管动态扫描函数 */

void fun()

{

static uint8 i;

switch(i) //数码管的位选和段选

{

case 0:P2=0xfe;P0=num[s[0]];break;

case 1:P2=0xfd;P0=num[s[1]];break;

case 2:P2=0xfb;P0=num[s[2]];break;

case 3:P2=0xf7;P0=num[s[3]];break;

}

i++;

i&=0x03;}

/* T0中断服务函数，执行按键扫描 */

void time0()interrupt 1

{

TH0=T0RH;

TL0=T0RL;

KeyScan();

fun();

}

/*把数值的各个位分别存储在数组是s[4]中 */

void fuzhi(long n)

{

uint8 i=0;

if(n<0) //小于零为负数{

s[3]=11;

n=-n;

}

else

{

s[3]=10;

}

do{

s[i++]=n%10;

n /= 10;

}while(n != 0);

while(i<=2)

{

s[i++]=10;

}}

/* 复位 */

void Reset()

{

num1=0;

num2=0;

step=0;

fuzhi(0);

}

/* 读取运算数 */

void NumKeyAction(uint8 n)

{

if(step > 1){

Reset();

}

if(step == 0){

num1=num1*10+n;

fuzhi(num1);

}

else if(step == 1){

num2=num2*10+n;

fuzhi(num2);

}}

/* 读取运算符 */

void OprtKeyAction(uint8 n) //用于判断按键加、减、乘、除{

if(step == 0){

fuzhi(0);

s[0]=10;

step=1;

oprt=n;

} }

/* 做运算 */

void GetResult() //加、减、乘、除函数运算{

if(step == 1){

switch(oprt){

case 0:num3=num1 + num2;break;

case 1:num3=num1 - num2;break;

case 2:num3=num1 * num2;break;

case 3:num3=num1 / num2;break;

default: break;

}

fuzhi(num3);

step=2;

}

}

key.c :键盘按键程序

#include

typedef unsigned char uint8;

sbit keyout_1 = P1^4; //定义键盘按键

sbit keyout_2 = P1^5;

sbit keyout_3 = P1^6;

sbit keyout_4 = P1^7;

sbit keyin_1 =P1^0;

sbit keyin_2 =P1^1;

sbit keyin_3 =P1^2;

sbit keyin_4 =P1^3;

extern void Reset();

extern void GetResult();

extern void NumKeyAction(uint8 dat);

extern void OprtKeyAction(uint8 dat);

extern uint8 num[];

uint8 keysta[4][4]={{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1}}; //全部矩阵键盘的当前状态

uint8 keycode[4][4]={ {'7','8','9','+'}, //矩阵按键编号到标准键盘键码的映射表

{'4','5','6','-'},

{'1','2','3','*'},

{0x11,'0','=','/'}};

void KeyAction(uint8 dat) //用于判断按键运算法则

{

if((dat>='0')&&(dat<='9')){ //判断按下键是否为数值NumKeyAction(dat-'0');

}

else if(dat == '+'){

OprtKeyAction(0); //加法

}

else if(dat == '-'){

OprtKeyAction(1); //减法

}

else if(dat == '*'){

OprtKeyAction(2); //乘法

}

else if(dat == '/'){

OprtKeyAction(3); //除法

}

else if(dat == '='){

GetResult(); //等于

}

else if(dat == 0x11){ //清零

Reset();

}

}

/* 按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数，需在主循环中调用 */

void KeyDriver() /

{

uint8 i,j;

static uint8 backup[4][4]={{1,1,1,1},{1,1,1,1}, //按键值备份，保存前一次的值

{1,1,1,1},{1,1,1,1}};

for(i=0;i<4;i++) //循环检测4*4的矩阵按键for(j=0;j<4;j++)

if(keysta[i][j] != backup[i][j]){ //检测按键动作

if(backup[i][j] != 0) //按键按下时执行动作

KeyAction(keycode[i][j]); / /调用按键动作函数backup[i][j] = keysta[i][j]; //刷新前一次的备份值

} }

/* 按键扫描函数，需在定时中断中调用，调用间隔1ms */

void KeyScan()

{

uint8 i;

static uint8 keyout=0; //矩阵按键扫描输出索引

static uint8 keybuf[4][4]={ //矩阵按键扫描缓冲区

{0xff,0xff,0xff,0xff},{0xff,0xff,0xff,0xff},

{0xff,0xff,0xff,0xff},{0xff,0xff,0xff,0xff} };

keybuf[keyout][0]=(keybuf[keyout][0]<<1) | keyin_1; //将一行的4个按键值移入缓冲区

keybuf[keyout][1]=(keybuf[keyout][1]<<1) | keyin_2;

keybuf[keyout][2]=(keybuf[keyout][2]<<1) | keyin_3;

keybuf[keyout][3]=(keybuf[keyout][3]<<1) | keyin_4; //消抖后更新按键状态for(i=0;i<4;i++){ //每行4个按键，所以循环4次

if(keybuf[keyout][i] == 0x00){

//连续4次扫描值为0，即4*4ms内都是按下状态时，可认为按键已稳定的按下keysta[keyout][i]=0;

}

else if(keybuf[keyout][i] == 0xff){

//连续4次扫描值为1，即4*4ms内都是弹起状态时，可认为按键已稳定的弹起keysta[keyout][i]=1;

}

}//执行下一次的扫描输出

keyout++; //输出索引递增

keyout &=0x03; //索引值加到4即归零

switch(keyout){ //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚

case 0:keyout_4=1;keyout_1=0;break;

case 1:keyout_1=1;keyout_2=0;break;

case 2:keyout_2=1;keyout_3=0;break;

case 3:keyout_3=1;keyout_4=0;break;

default: break;

} }

五、参考文献

[1] 徐爱钧，徐阳等，单片机原理与应用机械工业出版社第2版 2013

[2] 罗亚非，凌阳十六位单片机应用基础北京航空航天大学出版社 2003年

[3] 郭天祥 51单片机C语言教程电子工业出版社 2009.1 ISBN 978-7-121-07893-4

[4] 彭伟单片机C语言程序设计实训100例. [M]北京.高等教育出版社.2009

[5] 侯媛彬等，单片机原理及其毕业设计精选科学出版社 2006年

[6] 张义和，王敏男等例说51单片机（C语言版）2008.4 ISBN 978-7-115-17326-3

[7] 张毅刚 MCS-51单片机应用设计哈工大出版社，第2版 2004年