单片机简易计算器课程设计

题 目 名 称           简易计算器设计           

课 程 名 称          单片机原理及应用          

学 生 姓 名            

班 级 学 号            

 2018年 6 月20日

一 设计目的

本设计是基于51系列单片机来进行的简单数字计算器设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除六位整数数范围内的基本四则运算，并在LED上显示相应的结果。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。

二 总体设计及功能介绍

  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，实现对计算器的设计。具体设计及功能如下： 

 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LED 显示数据和结果； 

 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； 

 执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LED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LED上输出运算结果。

三  硬件仿真图

      硬件部分比较简单，当键盘按键按下时它的那一行、那一列的端口为低电平。因此，只要扫描行、列端口是否都为低电平就可以确定是哪个键被按下。

四 主程序流程图

    程序的主要思想是：将按键抽象为字符，然后就是对字符的处理。将操作数分别转化为字符串存储，操作符存储为字符形式。然后调用compute()函数进行计算并返回结果。具体程序及看注释还有流程图

五 程序源代码

#include 

#include 

#include             /*   isdigit()函数   */

#include             /*    atoi()函数     */

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar operand1[9], operand2[9];  /*   操作数   */

uchar operator;                     /*   操作符   */

void delay(uint);

uchar keyscan();

void disp(void);

void buf(uint value);

uint compute(uint va1,uint va2,uchar optor);

uchar code table[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,

                0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff};     /*   字符码表   */

uchar dbuf[8] = {10,10,10,10,10,10,10,10};            /*   显示缓存   */

/*   延时函数   */        

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

    for(y=110;y>0;y--);

}

/*******************************************

              键盘扫描程序

       将按键转化为字符并作为输出 

    '$','#'分别表示清零键和没有键按下

 *******************************************/

uchar keyscan()

{

    uchar skey;                     /*   按键值标记变量    */

/***********************

     扫描键盘第1行    

************************/

    P1 = 0xfe;

    while((P1 & 0xf0) != 0xf0)        /*      有按键按下     */

    {

        delay(3);                    /*      去抖动延时     */

        while((P1 & 0xf0) != 0xf0)    /*      仍有键按下     */

        {

            switch(P1)                /*    识别按键并赋值   */

            {

                case 0xee: skey = '7'; break;

                case 0xde: skey = '8'; break;

                case 0xbe: skey = '9'; break;

                case 0x7e: skey = '/'; break;

                default:   skey = '#';

            }

while((P1 & 0xf0) != 0xf0) /*   等待按键松开   */

                ;

        }

    }

/***********************

     扫描键盘第2行    

************************/

    P1 = 0xfd;    

    while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

    {

        delay(3);

        while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

        {

            switch(P1)

            {

                case 0xed: skey = '4'; break;

                case 0xdd: skey = '5'; break;

                case 0xbd: skey = '6'; break;

                case 0x7d: skey = '*'; break;

                default:   skey = '#';

            }

            while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

                ;

        }

    }

/***********************

     扫描键盘第3行    

************************/

    P1 = 0xfb;

    while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

    {

        delay(3);

        while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

        {

            switch(P1)

            {

                case 0xeb: skey = '1'; break;

                case 0xdb: skey = '2'; break;

                case 0xbb: skey = '3'; break;

                case 0x7b: skey = '-'; break;

                default: skey = '#';

            }

            while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

                ;

        }

    }

/***********************

     扫描键盘第4行    

************************/

    P1 = 0xf7;

    while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

    {

        delay(3);

        while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

        {

            switch(P1)

            {

                case 0xe7: skey = '$'; break;

                case 0xd7: skey = '0'; break;

                case 0xb7: skey = '='; break;

                case 0x77: skey = '+'; break;

                default:   skey = '#';

            }

            while((P1 & 0xf0) != 0xf0)

                ;

        }

    }

    return skey;

}

void main()

{    

    uint value1, value2, value;           /*    数值1,数值2,结果    */

    uchar ckey, cut1 = 0, cut2 = 0;    /*    ckey键盘输入字符    */

    uchar operator;                       /*         运算符         */

    uchar i, bool = 0;

init:                                   /*    goto语句定位标签    */

    buf(0);                            /*         初始化         */

    disp();

    value = 0;

    cut1 = cut2 = 0;

    bool = 0;

    for(i = 0;i < 9;i++)

    {

        operand1[i] = '\\0';

        operand2[i] = '\\0';

    }                                  /*         初始化         */

    while(1)

    {

        ckey = keyscan();             /*         读取键盘        */

        if(ckey != '#')

        { /*  isdigit函数，字符是阿拉伯数字返回非0值，否则返回0  */

            if(isdigit(ckey))         

            {

                switch(bool)    

                {

                    case 0:

                            operand1[cut1] = ckey;

                            operand1[cut1+1] = '\\0';

                            value1 = atoi(operand1);  /*  atoi函数，将字符串转化为，int整数  */

                            cut1++;

                            buf(value1);

                            disp();

                            break;

                    case 1:

                            operand2[cut2] = ckey;

                            operand2[cut2+1] = '\\0';

                            value2 = atoi(operand2);

                            cut2++;

                            buf(value2);

                            disp();

                            break;

                    default: break;

                }

            }

            else if(ckey=='+'||ckey=='-'||ckey=='*'||ckey=='/')

            {

                bool = 1;    

                operator = ckey;

                buf(0);

                dbuf[7] = 10;

                disp();

            }

            else if(ckey == '=')

            {

                value = compute(value1,value2,operator);

                buf(value);

                disp();

                while(1)                     /*   计算结束等待清零键按下   */

                {

                    ckey = keyscan();

                    if(ckey == '$')          /* 如果有清零键按下跳转到开始 */

                        goto init;

                    else

                        {

                            buf(value);

                            disp();

                        }

                }

            }

            else if(ckey == '$') 

            {    goto init;}

        }

        disp();

    }

}

/******************************************

                 运算函数

 输入：操作数和操作符

 输出：计算结果

*******************************************/

uint compute(uint va1,uint va2,uchar optor)

{

    uint value;

    switch(optor)

    {

        case '+' : value = va1+va2;    break;

        case '-' : value = va1-va2;    break;

        case '*' : value = va1*va2;    break;

        case '/' : value = va1/va2;    break;

        default :  break;

    }

    return value;

}

/*******************************************

              更新显示缓存

输入：无符号整数

输出：将输入送入显示缓存

*******************************************/

void buf(uint val)

{

    uchar i;

    if(val == 0)

    {

        dbuf[7] = 0;

        i = 6;

    }

    else

        for(i = 7; val > 0; i--)

        {

            dbuf[i] = val % 10;

            val /= 10;

        }

    for( ; i > 0; i--)

        dbuf[i] = 10;

}

/*******************************************

               显示函数      

*******************************************/

void disp(void)

{

    uchar bsel, n;

    bsel=0x01;

    for(n=0;n<8;n++)

    { 

        P2=bsel;

        P0=table[dbuf[n]];

        bsel=_crol_(bsel,1);

        delay(3);

        P0=0xff;

    }

}

六 课程设计体会

接到这个课题以后，我先是学习了PROTEUS软件的使用，按照题目所要求来进行分析，设计，连接电路图，调试，最终完成计算器的仿真。

接到题目后，我先是分析了题目中所涉及到的知识以及器件，然后按照分析，到图书馆和互联网上搜索了相关的内容，按照自己的构想和图书资料的提示，我初步设计了计算器的原理结构，然后进行反复验证实验，完善了设计，然后通过学习PROTEUS软件，让我很轻松的就掌握了如何在软件中建立原件，连线，并进行编程，调试，仿真等工作。软件的强大功能使得在连接电路图时很顺利，程序编译阶段，通过提示的错误，我也进行了修改，听取同学的建议，最终无错误，并对所设计的计算器电路进行了仿真。最终顺利的实现了任务要求的所有功能，并且电路设计简单易读，构造巧妙，计算速度快。

本次课程设计中，另我最难忘的是编程环节，真的是很难，开始的时候感觉自己啥也不会，然后决定重新学习课本，但是编程不像课本习题那样简单的几行来实现简单的功能，本次任务是实现一个简易功能的计算器，虽然只有加减乘除四则运算，但是编程过程中却用到了平常所学的所有知识，要考虑好知识之间的顺接，功能之间的联系，还有就是编程整体的简单易读，结构紧密有序，做到以上这些，我终于体会到了老师上课所说的，编程前画流程图的重要性，所以编程前，我按照以上的原则，先画出了流程图，然后按照流程图一步一步设计程序，在修改，调试，最终将不同功能块的程序拼接起来。最终通过修改和调试完成了编程，并且进行验证也实现了任务要求的所有功能，那种喜悦无以伦比，第一次通过自己的努力和老师的帮助，即使完成了一个最简单的计算器功能也心中无比的喜悦。