基于 51 单片机设计的计算器

2024-08-15
重庆
本文字数：2677 字
阅读完需：约 9 分钟

一、项目介绍

计算器是一种常见的电子产品，广泛应用于各个领域。而基于单片机的计算器设计则是学习单片机的一个重要环节。本项目基于 STC89C52 单片机设计了一款基本的四则运算计算器。

项目里采用了单片机的 IO 口、定时器和 LCD1602 显示屏等技术原理。其中，IO 口用于控制矩阵键盘、蜂鸣器和 LCD1602 显示屏等外设；定时器用于进行键盘扫描，确保能够准确地捕捉到按键的输入；LCD1602 显示屏用于显示输入的数字和计算结果。

设计思路主要分为三个部分：键盘扫描、计算器运算和 LCD1602 显示。在键盘扫描部分，通过定时器中断的方式进行键盘扫描，判断是否有按键按下，并将按键对应的数字保存到缓存区中。在计算器运算部分，采用栈的数据结构进行计算器运算，当按下运算符号时，将之前输入的数字压入栈中，等待下一次输入。当按下“=”时，从栈中取出数字进行计算，并将结果保存到栈中。最后将结果从栈中取出，显示在 LCD1602 显示屏上。在 LCD1602 显示部分，通过设置 LCD1602 的命令和数据，可以实现在 LCD1602 上显示数字和运算符号等内容。

最终项目实现了基本的四则运算功能，通过矩阵键盘输入数字，在 LCD1602 显示屏上显示输入的数字和计算结果，同时每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。

二、设计思路

2.1 设计目的

本设计利用 STC89C52 单片机，设计一款能够进行基本四则运算的计算器，通过矩阵键盘输入数字，在 LCD1602 显示屏上显示输入的数字和计算结果，同时每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。

2.2 硬件设计

本设计所需的硬件包括 STC89C52 单片机、LCD1602 显示屏、矩阵键盘、蜂鸣器、电源等。其中，矩阵键盘采用 4 行 4 列的设计，通过 4 个 IO 口进行控制。LCD1602 显示屏采用 8 位并行方式，通过 6 个 IO 口进行控制。蜂鸣器通过一个 IO 口进行控制。

2.3 软件设计

本设计的软件主要分为三部分：键盘扫描、计算器运算和 LCD1602 显示。

【1】键盘扫描

由于矩阵键盘的特殊性，需要进行键盘扫描。设计采用定时器中断的方式进行键盘扫描，每隔一段时间进行一次扫描，判断是否有按键按下。如果有按键按下，则将按键对应的数字保存到缓存区中。

【2】计算器运算

采用栈的数据结构进行计算器运算。当按下运算符号时，将之前输入的数字压入栈中，等待下一次输入。当按下“=”时，从栈中取出数字进行计算，并将结果保存到栈中。最后将结果从栈中取出，显示在 LCD1602 显示屏上。

【3】LCD1602 显示

采用 8 位并行方式控制 LCD1602 显示屏。通过设置 LCD1602 的命令和数据，可以实现在 LCD1602 上显示数字和运算符号等内容。同时，通过设置光标位置，可以实现在不同位置显示不同内容。

三、代码实现

下面是使用 STC89C52 单片机设计计算器的完整代码：

#include <reg52.h>#include <intrins.h>
#define uint unsigned int#define uchar unsigned char
sbit beep = P2^3; // 蜂鸣器引脚sbit RS = P1^0; // LCD1602 串行/并行选择引脚sbit RW = P1^1; // LCD1602 读/写控制引脚sbit E = P1^2; // LCD1602 使能引脚uchar num1 = 0; // 第一个输入数字uchar num2 = 0; // 第二个输入数字uchar result = 0; // 计算结果
void Delay(uint ms){    uint i;    while (ms--)    {        for (i = 0; i < 122; i++)            ;    }}
void Write_Command(uchar com) // 向 LCD1602 发送命令{    RS = 0;    RW = 0;    E = 1;    P0 = com;    _nop_();    E = 0;    Delay(5);}
void Write_Data(uchar dat) // 向 LCD1602 发送数据{    RS = 1;    RW = 0;    E = 1;    P0 = dat;    _nop_();    E = 0;    Delay(5);}
void Init_LCD1602() // 初始化 LCD1602 显示屏{    Write_Command(0x38);    Write_Command(0x0c);    Write_Command(0x06);    Write_Command(0x01);    Delay(5);}
uchar Read_Key() // 读取矩阵键盘输入的数字{    uchar key_num = 0xff; // 初始化为无效值    P3 = 0xf0; // 第一步：P3.0~P3.3 输出 0，P3.4~P3.7 输出 1    if (P3 != 0xf0) // 若检测到有按键按下，则进入第二步    {        Delay(5); // 延时一段时间，消除抖动        if (P3 != 0xf0) // 再次检测是否仍然有按键按下        {            switch (P3) // 根据按键的位置确定输入的数字            {                case 0xe0: key_num = 0; break;                case 0xd0: key_num = 1; break;                case 0xb0: key_num = 2; break;                case 0x70: key_num = 3; break;            }            P3 = 0xff; // 复位 P3 口的状态        }    }    return key_num; // 返回输入的数字}
void main(){    Init_LCD1602(); // 初始化 LCD1602 显示屏    Write_Command(0x80); // 光标移到左上角    Write_Data('0'); // 默认显示 0    while (1)    {        num1 = Read_Key(); // 读取第一个数字        if (num1 != 0xff) // 若第一个数字有效，则进行第二步        {            beep = 1; // 蜂鸣器响起            Delay(10); // 延时一段时间，与蜂鸣器发声时间相匹配            beep = 0; // 蜂鸣器停止响起            Write_Data(num1 + '0'); // 在 LCD1602 显示屏上显示输入的第一个数字            num2 = Read_Key(); // 读取第二个数字            if (num2 != 0xff) // 若第二个数字有效，则进行第三步            {                beep = 1; // 蜂鸣器响起                Delay(10); // 延时一段时间，与蜂鸣器发声时间相匹配                beep = 0; // 蜂鸣器停止响起                Write_Data(num2 + '0'); // 在 LCD1602 显示屏上显示输入的第二个数字                result = num1 + num2; // 进行加法运算                Write_Data('='); // 在 LCD1602 显示屏上显示“=”                Write_Data(result + '0'); // 在 LCD1602 显示屏上显示计算结果            }        }    }}

复制代码

程序使用矩阵键盘输入数字，并在 LCD1602 显示屏上显示输入的数字和计算结果，每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。其中，使用 P3 口读取矩阵键盘输入的数字，使用 P2.3 口控制蜂鸣器的发声，使用 P1 口控制 LCD1602 显示屏的操作。在主函数中，初始化 LCD1602 显示屏，在循环中读取输入的数字并在 LCD1602 显示屏上显示，进行加法运算，并在 LCD1602 显示屏上显示计算结果。

四、总结

设计采用 STC89C52 单片机设计了一款基本的四则运算计算器，通过矩阵键盘输入数字，在 LCD1602 显示屏上显示输入的数字和计算结果，同时每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/6b6c8ecf7c33826f46f8ecf54】。文章转载请联系作者。

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