基于单片机的简易计算器设计

福州大学 吴芳琴

1 前言

计算器为人们的学习、生活提供了很大的便利，市场大，应用范围广，是办公应用不可缺少的器件。常见的计算器类型主要有：算术型计算器，能够进行加、减、乘、除等简单的四则运算。科学型计算器，能够进行指数、对数、平方、开方等的运算。程序计算器，可通过编程将较复杂的运算步骤储存起来，再进行多次运算。一般的计算器包括显示部分（显示器）、键盘、存储、控制等部。分利用硬件和软件设计的计算器更为实用，同时也是电子领域的一个重要课题。

2 系统的功能设计

本系统通过单片机与外围扩展器件连接实现简易计算器的设计。本系统设计目标有：

(1)能够进行8位整数的四则运算，计算的结果由8个数码显示管显示。

(2)计算器键盘有以下功能键分别是：10个数字键（0-9）、4个符号键（+、-、*、/）、删除键和等号键，

系统实现的具体功能有：

(1)系统上电时，8个数码管都显示为“0”。

(2)当按下某个数字键时，该数字显示在数码管的最低位，原数码管显示的数字依次向高位移动一位。

(3)当按下删除键时，8个数码管的最低位被删除，同时其它高位向低位依次移动一位，最高位由数字0填充。

可进行8位整数的四则运算，计算的结果由8个数码显示管显示。

3 系统的硬件设计

(1)本设计采用的主控芯片是STC89C52单片机，是一种低功耗、高性能的芯片。

STC89C52单片机具有以下功能：512字节RAM，8K字节Fl ash，内置4KBEEPROM，32位I/O口线，全双工串行口，3个16位定时器/计数器，4个外部中断等。相对来说该主控芯片功能较强大，且编程较为灵活，适应性强，适合很系统的计算器设计。STC89C52的P3口作为键盘的输入口，实现数据的输入；P0口：作为输出口，控制数码显示管显示数据的结果，P1口的D0位和D1位分别连接集成块的锁存位LE。电路图如图1所示。

(2)矩阵键盘电路，该键盘的线路设计为矩阵式，行线与P3口的低4位连接，列线连接P3口的高4位，再分别连接10K电阻与5V电源连接。数码显示电路，8个数码管为共阴极数码管，由于显示电路有八个数码管，每个数码管有8个引脚，需要的I/O口数量多，本系统采用两个片集成块74HC573，该集成块是拥有八路输出的透明锁存器，输出为三态门，是一种高性能硅栅CMOS器件共20个。D1～D8为数据输入端，Q1～Q8为数据输出端，LE为锁存控制端；OE为使能端。其中一块74HC573通过P0口控制8个数码管的位选（即8个数码管的COM端），另外一块74HC573通过P0口连接每个数码管的8个数码段。P1口的D0位和D1位分别连接集成块的锁存位LE端。

4 系统的软件设计

系统包括以下三个功能模块：主程序，读取判断键码程序并运算子程序、数码管显示子程序。流程图如图2、图3所示。

键盘模块的程序设计。采用线反转法来判断按键，若判断有键按下，须去抖动，再读出键码值（即读出P3口的低四位，若有键按下延时15ms，再读取键码判断有键按下，即有键按下），再读取键码值。根据键码值进行相应的操作，若是数字键码值，则换算成其相应的十进制数；若是删除键码值，则删除数码管低位数字，最高位填充零，其余高位向低位移动一位；若为“+、—、*、/”键，则进行相应的四则运算。

图1 数码管连接电路

显示模块的程序设计。数码管显示采用动态扫描显示方法，先将要显示数字的段码通过P0口送到负责锁存段码的74HC573后，将该集成块的LE端置为高电平，锁存后再置为低电平。要点亮的数码管COM端为低电平，其它数码的COM端为高电平，将8个数码管的位选通过P0口送到负责位选的74HC57，再将该芯片的LE端设为高电平，锁存后再置为低电平，相应的数码管显示数字，延时5ms。如此依次循环点亮相应数码管。

图2 主程序

图3 键盘扫描子程序流程图

主程序设计。该主程序主要包括上电初始化部分，数码管全部显示为0，再采用死循环调用键盘扫描子程序和数码管显示程序。

5 结束语

本设计显示部分硬件采用2片74HC595负责锁存数码管的段码和位选码的方法，并用P0口来驱动，键盘采用16个矩阵键盘。在软件设计中，本设计用C语言来编写程序，采用模块化设计，主要分为数码管显示子程序，键盘扫描子程序，主程序循环调用各个子程序。

本系统设计计算器设计方案有简单、可靠、成本低等有电。经过大量运算操作，本设计经达到了设计要求，可以正确输出运算结果。

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