AT89C51单片机C实现简易计算器

AT89C51单片机简易计算器的设计一、总体设计根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。

通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。

具体设计如下：（1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD 显示数据和结果。

（2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。

（3）执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。

（4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD 上提示错误。

系统模块图：二、硬件设计（一）、总体硬件设计本设计选用AT89C51单片机为主控单元。

显示部分：采用LCD 静态显示。

按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。

总体设计效果如下图：（二）、键盘接口电路计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。

矩阵键盘采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。

这样键盘上按键的个数就为4×4个。

这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。

矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图2所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。

图 2 矩阵键盘布局图矩阵键盘内部电路图如图3所示：为了进一步节省单片机I/O口资源，我们在设计中使用了MM74C922芯片。

MM74C922是一款4*4键盘扫描IC，它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入，并通过数据输出口将按键相应的编码输出。

其引脚图如图4所示：图4 MM94C22硬件图MM74C922引脚说明：(1) Y1~Y4（脚1~脚4）：44键盘第一列至第四。

(2) X1~X4（脚11、10、8、7）：44键盘第一行至第四行。

(3) DOA~ DOD（Dataout A~D，脚14~17）：按键之BCD码输出，其中DOA为LSB，DOD为MSB。

(4) VCC（脚18）：电源脚，+3V~+15V。

ab126计算公式大全(5) GND（脚9）：接地管脚。

新艺图库(6) OSC（Oscillator，脚5）：键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。

(7) KBM（Keyboard Mask，脚6）：内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。

(8) OE（Output Enable，脚13）：芯片致能脚，接低电位可使芯片致能。

(9) DA（Data Available，脚12）：数据有效输出脚。

任一按键按下时，此脚位会输出高电位，按键释放后此脚又会恢复为低电位。

MM74C922对各按键的响应如下表所示：如下图5所示，在本设计中，计算器输入键盘的4条行线、列线分别连接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连，MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C922检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中断，单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的键的值。

图5 键盘接口电路图（三）、LCD显示模块本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。

通过D0-D7引脚向LCD写指令字或写数据以使LCD实现不同的功能或显示相应数据。

图6 LCD 模块（四）运算模块（单片机控制）MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。

如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快地实现运算功能。

三、软件设计现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：1、键盘输入；2、数值显示；3、加、减、乘、除四则运算；4、对错误的控制及提示；针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：1、键盘输入检测模块2、LCD显示模块；3、算术运算模块4、错误处理及提示模块。

系统总流程图分块程序设计1、键盘输入检测程序设计有键按下时，单片机响应外部中断0，转入外部中断0中断处理函数，在中断处理函数中完成对按键的判断，以进行下一步的程序处理。

/***********外部中断0处理函数*************/void INT_0(void) interrupt 0 using 0{key=translate(P2&0x0f);if(key<='9'&&key>='0') //判断按下的键是否为数值{num=num*10+(key-'0');if (operators>0){y=num;iny=1;}elsex=num;if(num<134217728&&num>-134217728) //当前数值是否超出限定范围{display(num);}elsedataoverflow();}else{switch(key){case'c':x=0;y=0;num=0;iny=0;operators=0;display(num);break;case'=':arithmetic();iny=0;operators=0;num=0;break;case'+':if (operators)arithmetic();operators=1;num=0;break;case'-':if (operators)arithmetic();operators=2;num=0;break;case'*':if (operators)arithmetic();operators=3;num=0;break;case'/':if (operators)arithmetic();operators=4;num=0;break;}}}2、LCD显示程序设计利用LCD静态显示，通过程序向LCD写指令字或数据使LCD完成不同功能或显示相应数据。

/**************LCD初始化函数*************/void init_LCM(){write_com(0x30);write_com(0x30);write_com(0x30);write_com(0x38);write_com(0x08);write_com(0x01);write_com(0x06);write_com(0x0e);}/***********LCD写数据函数*************/ void write_data(char ddata){RS=1;/*写指令*/R_W=0;EN=1;/*使能信号开*/P1=ddata;/*将数据送入p1口*/EN=0;/*使能信号关*/check_BF();}/***********LCD写指令函数*************/ void write_com(char command){RS=0;/*写指令*/R_W=0;EN=1;/*使能信号开*/P1=command;/*将数据送入p1口*/EN=0;/*使能信号关*/check_BF();}/************LCD检查忙碌函数***********/ void check_BF(){char i,x=0x80;P1=0xff;while(x&0x80){RS=0;R_W=1;EN=1;x=P1;EN=0;for (i=0;i<10;i++);}EN=0;/*关闭使能信号*/}/**********LCD清屏函数**********/ void clearLCD(){write_com(0x01);}/**********LCD显示函数**********/ void display(long a){long temp,b,c=-1;int lenth=1,i,j;clearLCD();if(a<0){a=a*c;write_data('-');}temp=a;while((temp=temp/10)!=0){lenth++;}for(i=lenth;i>0;i--){b=1;for(j=0;j<i-1;j++){b=b*10;}write_data(0x30+a/b);a=a%b;}}3、算术运算程序设计4、错误处理及提示程序设计/**********除数为处理函数**********/void dealerror(){int i=0;clearLCD();for(i=0;i<5;i++)write_data(error[i]);}/*********数值溢出处理函数**********/void dataoverflow(){int i=0;clearLCD();for(i=0;i<8;i++)write_data(overflow[i]);}四、联机调试在联机调试的过程中，一开始没有做数值溢出方面的控制，导致LCD显示的输入数据或计算结果与实际不相符。

后来经过计算得到有符号长整型的表示范围为-2147483648—2147483647，遂取2的30次方1073741824为本计算器的最大表示范围，以此来控制数值溢出，修改后，LCD显示正确。