基于AT89C51单片机的十进制计算器系统设计

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。