基于AT89C51单片机的十进制计算器系统设计

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本设计是基于AT89C51单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除4位无符号数字的简单四则运算，并在LED上相应的显示结果。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用4位7段共阳极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。
       
        引言
       
        本系统采用AT89C51单片机作为控制器，用来实现实现四位数的“+”，“-”，“*”，“/”运算，运算结果通过数码管显示，并具有有清零功能。AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k BytesFlash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
       
        1总体设计方案
       
        1.1系统组成与工作原理
       
        本系统以51单片机为主控核心，与矩阵键盘、晶振、LED显示管模块一起组合而成。其工作过程为：首先存储单元初始化，显示初始值和键盘扫描，判断按键位置，得出按键值，单片机则对数据进行储存与相应的处理转换，之后送入数码管动态显示。将运算结果送入数码管动态显示。本设计只能进行结果不超过四位数的运算，其功能如下：
       
        （1）数字键“0”到“9”用数码管显示。
       
        （2）加法运算：加数与被加数均不能超过9999，加法最终结果不能超过9999.
       
        （3）减法运算：减法运算正常逻辑为大的数值减去小的数值，本计算器亦如此，只能进行正常逻辑的运算，如为小的数值减去大的数值，则将得到的负数与535相加，得到相应的结果，即如果想进行小数减大数的运算，则把得到的结果减去535即得到负数的正确结果。
       
        （4）乘法运算：与上述方法一样，计算结果不能超出9999，如溢出则显示结果只有后三位。
       
        （5）除法运算：除数与被除数均不能超过9999，计算结果只显示整数部分。
       
        （6）等于键：只有按下等于键才能将运算结果显示出来，否则一直显示上一个数。
       
        （7）清零功能：程序不稳定或出现错误时，运用清零键回到初始状态，也可用复位键清零。
       
        2系统硬件设计
       
        2.1系统硬件总体设计
       
        本系统由键盘矩阵、LED显示管、这几个部分组成，键盘输入键值，LED显示管显示当前按键及结果。硬件总体设计图1如下：

       
       
        图1硬件总体设计图

       
        2.2矩阵扫描显示当前按键模块
       
        利用AT89S51单片机的P0端口的P0.0 - P0.7连接到一个七段数码管的a - h的笔段上，数码管的公共端接电源。矩阵扫描显示当前按键模块见图2.

       
       
        图2矩阵扫描显示当前按键模块

       
        2.3键盘布局模块
       
        矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图3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3计算器的键盘布局模块

        3系统软件设计
       
        3.1系统软件总体设计
       
        本系统的软件流程如图4所示。

       
       
        图4系统的软件流程图

       
        3.2显示程序模块
       
        显示程序将要显示数值的千位、百位、十位与个位分别计算出来，通过P0段选口输出数值，通过位选口P3^3、P3^4、P3^5、P3^6实现动态显示。
       
        LED数码管，实现七段数码管的显示四位十进制数。通过段选来显示按键及计算结果的数值。由于本硬件设计选用的是共阳接法，所以对应的段码表如下3.3键盘扫描模块
       
        本次键盘扫描程序采用的是行列翻转法扫描键盘，即先置行为0，读列值，存在变量1中，然后把列置为0，读行值，存在变量2中，把变量1和变量2相加即为按键对应的键值，下表为相应按键对应的键值
       
        4结束语
       
        本计算器是以51系列单片机为核心构成计算器系统，该设计为能进行简易算术运算的计算器，在现有的硬件条件下只能进行结果不超过四位数的运算，能实现加减乘除的运算功能与数字清零功能，以及系统的复位功能。