邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

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基于單片機(jī)的電子計(jì)算器的設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

【摘要】本設(shè)計(jì)是選用STC89C52單片機(jī)為核心的計(jì)算器系統(tǒng)，計(jì)算器數(shù)字輸入采用4×4的矩陣鍵盤，可以進(jìn)行加、減、乘、除7位帶符號(hào)數(shù)字的運(yùn)算，然后在LCD1602上顯示輸入的表達(dá)式和計(jì)算結(jié)果。設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)方法及流程，首先根據(jù)原理設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電路原理圖，然后利用keil軟件編程，通過實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行仿真，再利用altium designer軟件設(shè)計(jì)PCB，最后再到元器件的焊接和調(diào)試成功。該電子計(jì)算器經(jīng)過測(cè)試具有電路簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快、操作方便等諸多特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；計(jì)算器；LCD1602

1　系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)采用4*4的矩陣鍵盤作為數(shù)字和功能按鍵的輸入，單片機(jī)采用循環(huán)掃描的方式對(duì)矩陣鍵盤進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，獲得用戶輸入的信息，并且實(shí)時(shí)的顯示到1602液晶屏幕上，每一次有按鍵按下時(shí)，通過軟件預(yù)先設(shè)計(jì)好的方法對(duì)輸入的信息經(jīng)行處理、計(jì)算、顯示，輸入結(jié)束以“=”為標(biāo)志。最后將運(yùn)算出的結(jié)果顯示到液晶屏幕上。該設(shè)備的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框圖

2　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1液晶顯示電路設(shè)計(jì)

LCD1602是本系統(tǒng)的重要組成部分，主要用在顯示用戶的輸入和計(jì)算結(jié)果的輸出。LCD1602的并行數(shù)據(jù)端與單片機(jī)的P0口相連，控制端與單片機(jī)的P2.7～P2.5連接，其中10k的電位器用于液晶的對(duì)比度調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)顯示及整體的電路原理圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)電路原理圖

2.2按鍵電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)使用的是4*4的矩陣鍵盤，一共16個(gè)按鍵，用來作為計(jì)算器的輸入設(shè)備，是該系統(tǒng)的人機(jī)交互接口之一。B1～B15一共16個(gè)按鍵為一個(gè)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(jī)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(jī)的P1.0～P1.3口，這樣通過單片機(jī)的P1口就完成了對(duì)4*4矩陣鍵盤的驅(qū)動(dòng)。由此可見驅(qū)動(dòng)16個(gè)矩陣按鍵只用了8個(gè)I/O接口，矩陣鍵盤相對(duì)獨(dú)立按鍵來講更節(jié)省I/O口。

3　軟件設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目采用的軟件編程平臺(tái)為常用的keil軟件。該程序并沒有涉及到系統(tǒng)底層的驅(qū)動(dòng)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(gè)主要的函數(shù)模塊：延時(shí)函數(shù)、1602液晶驅(qū)動(dòng)和顯示函數(shù)、按鍵驅(qū)動(dòng)程序、算數(shù)運(yùn)算處理函數(shù)。該程序采用模塊化程序設(shè)計(jì)的思想，方便調(diào)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(gè)程序?qū)崿F(xiàn)了電子計(jì)算器的基本功能。開機(jī)上電后執(zhí)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(huán)執(zhí)行按鍵掃描程序用于檢測(cè)用戶是否有輸入，當(dāng)有按鍵按下時(shí)則進(jìn)入運(yùn)算和處理函數(shù)對(duì)用戶的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。一個(gè)運(yùn)算表達(dá)式的結(jié)束以“=”符號(hào)為結(jié)束標(biāo)記，當(dāng)用戶輸入“=”符號(hào)后就把計(jì)算結(jié)果顯示到液晶屏幕上來。經(jīng)過實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)試該程序長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確符合該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)束語

通過的一系列仿真與設(shè)計(jì)，基于51單片機(jī)的電子計(jì)算器的設(shè)計(jì)成功完成。雖然計(jì)算器的電路簡(jiǎn)單，但程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，只要程序設(shè)計(jì)合理，計(jì)算器的功能和效率就會(huì)符合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證本系統(tǒng)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，是一款非常有應(yīng)用價(jià)值的計(jì)算器。

參考文獻(xiàn)

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吳洋（1992—），男，貴州安順人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術(shù)研究。

通信作者：

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