福州大學(xué) 吳芳琴

1 前言

計(jì)算器為人們的學(xué)習(xí)、生活提供了很大的便利，市場(chǎng)大，應(yīng)用范圍廣，是辦公應(yīng)用不可缺少的器件。常見(jiàn)的計(jì)算器類(lèi)型主要有：算術(shù)型計(jì)算器，能夠進(jìn)行加、減、乘、除等簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算?？茖W(xué)型計(jì)算器，能夠進(jìn)行指數(shù)、對(duì)數(shù)、平方、開(kāi)方等的運(yùn)算。程序計(jì)算器，可通過(guò)編程將較復(fù)雜的運(yùn)算步驟儲(chǔ)存起來(lái)，再進(jìn)行多次運(yùn)算。一般的計(jì)算器包括顯示部分（顯示器）、鍵盤(pán)、存儲(chǔ)、控制等部。分利用硬件和軟件設(shè)計(jì)的計(jì)算器更為實(shí)用，同時(shí)也是電子領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。

2 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)與外圍擴(kuò)展器件連接實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)有：

(1)能夠進(jìn)行8位整數(shù)的四則運(yùn)算，計(jì)算的結(jié)果由8個(gè)數(shù)碼顯示管顯示。

(2)計(jì)算器鍵盤(pán)有以下功能鍵分別是：10個(gè)數(shù)字鍵（0-9）、4個(gè)符號(hào)鍵（+、-、*、/）、刪除鍵和等號(hào)鍵，

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能有：

(1)系統(tǒng)上電時(shí)，8個(gè)數(shù)碼管都顯示為“0”。

(2)當(dāng)按下某個(gè)數(shù)字鍵時(shí)，該數(shù)字顯示在數(shù)碼管的最低位，原數(shù)碼管顯示的數(shù)字依次向高位移動(dòng)一位。

(3)當(dāng)按下刪除鍵時(shí)，8個(gè)數(shù)碼管的最低位被刪除，同時(shí)其它高位向低位依次移動(dòng)一位，最高位由數(shù)字0填充。

可進(jìn)行8位整數(shù)的四則運(yùn)算，計(jì)算的結(jié)果由8個(gè)數(shù)碼顯示管顯示。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

(1)本設(shè)計(jì)采用的主控芯片是STC89C52單片機(jī)，是一種低功耗、高性能的芯片。

STC89C52單片機(jī)具有以下功能：512字節(jié)RAM，8K字節(jié)Fl ash，內(nèi)置4KBEEPROM，32位I/O口線(xiàn)，全雙工串行口，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷等。相對(duì)來(lái)說(shuō)該主控芯片功能較強(qiáng)大，且編程較為靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，適合很系統(tǒng)的計(jì)算器設(shè)計(jì)。STC89C52的P3口作為鍵盤(pán)的輸入口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入；P0口：作為輸出口，控制數(shù)碼顯示管顯示數(shù)據(jù)的結(jié)果，P1口的D0位和D1位分別連接集成塊的鎖存位LE。電路圖如圖1所示。

(2)矩陣鍵盤(pán)電路，該鍵盤(pán)的線(xiàn)路設(shè)計(jì)為矩陣式，行線(xiàn)與P3口的低4位連接，列線(xiàn)連接P3口的高4位，再分別連接10K電阻與5V電源連接。數(shù)碼顯示電路，8個(gè)數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管，由于顯示電路有八個(gè)數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管有8個(gè)引腳，需要的I/O口數(shù)量多，本系統(tǒng)采用兩個(gè)片集成塊74HC573，該集成塊是擁有八路輸出的透明鎖存器，輸出為三態(tài)門(mén)，是一種高性能硅柵CMOS器件共20個(gè)。D1～D8為數(shù)據(jù)輸入端，Q1～Q8為數(shù)據(jù)輸出端，LE為鎖存控制端；OE為使能端。其中一塊74HC573通過(guò)P0口控制8個(gè)數(shù)碼管的位選（即8個(gè)數(shù)碼管的COM端），另外一塊74HC573通過(guò)P0口連接每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)數(shù)碼段。P1口的D0位和D1位分別連接集成塊的鎖存位LE端。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包括以下三個(gè)功能模塊：主程序，讀取判斷鍵碼程序并運(yùn)算子程序、數(shù)碼管顯示子程序。流程圖如圖2、圖3所示。

鍵盤(pán)模塊的程序設(shè)計(jì)。采用線(xiàn)反轉(zhuǎn)法來(lái)判斷按鍵，若判斷有鍵按下，須去抖動(dòng)，再讀出鍵碼值（即讀出P3口的低四位，若有鍵按下延時(shí)15ms，再讀取鍵碼判斷有鍵按下，即有鍵按下），再讀取鍵碼值。根據(jù)鍵碼值進(jìn)行相應(yīng)的操作，若是數(shù)字鍵碼值，則換算成其相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)；若是刪除鍵碼值，則刪除數(shù)碼管低位數(shù)字，最高位填充零，其余高位向低位移動(dòng)一位；若為“+、—、*、/”鍵，則進(jìn)行相應(yīng)的四則運(yùn)算。

圖1 數(shù)碼管連接電路

顯示模塊的程序設(shè)計(jì)。數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方法，先將要顯示數(shù)字的段碼通過(guò)P0口送到負(fù)責(zé)鎖存段碼的74HC573后，將該集成塊的LE端置為高電平，鎖存后再置為低電平。要點(diǎn)亮的數(shù)碼管COM端為低電平，其它數(shù)碼的COM端為高電平，將8個(gè)數(shù)碼管的位選通過(guò)P0口送到負(fù)責(zé)位選的74HC57，再將該芯片的LE端設(shè)為高電平，鎖存后再置為低電平，相應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)字，延時(shí)5ms。如此依次循環(huán)點(diǎn)亮相應(yīng)數(shù)碼管。

圖2 主程序

圖3 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖

主程序設(shè)計(jì)。該主程序主要包括上電初始化部分，數(shù)碼管全部顯示為0，再采用死循環(huán)調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序和數(shù)碼管顯示程序。

5 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)顯示部分硬件采用2片74HC595負(fù)責(zé)鎖存數(shù)碼管的段碼和位選碼的方法，并用P0口來(lái)驅(qū)動(dòng)，鍵盤(pán)采用16個(gè)矩陣鍵盤(pán)。在軟件設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為數(shù)碼管顯示子程序，鍵盤(pán)掃描子程序，主程序循環(huán)調(diào)用各個(gè)子程序。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算器設(shè)計(jì)方案有簡(jiǎn)單、可靠、成本低等有電。經(jīng)過(guò)大量運(yùn)算操作，本設(shè)計(jì)經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可以正確輸出運(yùn)算結(jié)果。

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