基于单片机的电子计算器的设计

2016-05-17邵阳学院信息工程系许建明陈炯明

电子世界 2016年8期

邵阳学院信息工程系吴洋许建明陈炯明

基于单片机的电子计算器的设计

邵阳学院信息工程系吴洋许建明陈炯明

【摘要】本设计是选用STC89C52单片机为核心的计算器系统，计算器数字输入采用4×4的矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除7位带符号数字的运算，然后在LCD1602上显示输入的表达式和计算结果。设计重点在于设计方法及流程，首先根据原理设计出系统电路原理图，然后利用keil软件编程，通过实验开发平台进行仿真，再利用altium designer软件设计PCB，最后再到元器件的焊接和调试成功。该电子计算器经过测试具有电路简单、计算速度快、操作方便等诸多特点。

【关键词】单片机；计算器；LCD1602

1　系统工作原理

该系统采用4*4的矩阵键盘作为数字和功能按键的输入，单片机采用循环扫描的方式对矩阵键盘进行驱动，获得用户输入的信息，并且实时的显示到1602液晶屏幕上，每一次有按键按下时，通过软件预先设计好的方法对输入的信息经行处理、计算、显示，输入结束以“=”为标志。最后将运算出的结果显示到液晶屏幕上。该设备的系统框图如图1所示。

图1　系统框图

2　硬件系统设计

2.1液晶显示电路设计

LCD1602是本系统的重要组成部分，主要用在显示用户的输入和计算结果的输出。LCD1602的并行数据端与单片机的P0口相连，控制端与单片机的P2.7～P2.5连接，其中10k的电位器用于液晶的对比度调节。该系统显示及整体的电路原理图如图2所示。

图2　系统电路原理图

2.2按键电路设计

该系统使用的是4*4的矩阵键盘，一共16个按键，用来作为计算器的输入设备，是该系统的人机交互接口之一。B1～B15一共16个按键为一个4*4的矩阵键盘，该键盘行阵列的第1行到第4行分别接在单片机的P1.4～P1.7口，该键盘的列阵列的第1列到第4列分别接在单片机的P1.0～P1.3口，这样通过单片机的P1口就完成了对4*4矩阵键盘的驱动。由此可见驱动16个矩阵按键只用了8个I/O接口，矩阵键盘相对独立按键来讲更节省I/O口。

3　软件设计

该项目采用的软件编程平台为常用的keil软件。该程序并没有涉及到系统底层的驱动的问题，所以选择了方便和快捷的C语言编写程序。在该程序中，分为四个主要的函数模块：延时函数、1602液晶驱动和显示函数、按键驱动程序、算数运算处理函数。该程序采用模块化程序设计的思想，方便调试和理解。该程序以按键扫描为主线，其他模块为辅组成整个程序实现了电子计算器的基本功能。开机上电后执行初始化程序，即LCD1602液晶初始化和按键初始化等，初始化成功后循环执行按键扫描程序用于检测用户是否有输入，当有按键按下时则进入运算和处理函数对用户的输入数据进行分析。一个运算表达式的结束以“=”符号为结束标记，当用户输入“=”符号后就把计算结果显示到液晶屏幕上来。经过实际实验测试该程序长时间工作稳定，计算结果准确符合该项目的设计要求。