基于51单片机的科学计算器的设计开发

【摘 要】计算器可谓是一种简单而易用的计算工具。通常，计算器由主控、显示、键盘输入、电源四部分组成。本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除8位数范围内的基本四则运算，以及乘方、开方、正余弦函数等一般常用运算，主控部分以AT89S52为核心，用C语言编程，并在LCD上显示相应的结果。

【关键词】AT89S52单片机；LCD；计算器

文章编号：ISSN1006―656X（2014）05-0153-01

一、前言

计算器是与我们日常生活中最为常用的计算工具，虽说现在智能化手机都以集成了部分计算器的功能，但对于某些财务工作者而言，计算器仍然是其不可替代的便携工具。较比简单的普通计算器而言，科学计算器除了能进行加减乘除四则运算之外，还可以进行乘方、开方运算、具有指数、对数、三角函数、反三角函数及存储等计算功能。为此，开发设计更加具有小型化、功能化、精度化的多功能科学计算器具有一定的社会价值及推广价值。

本设计使用AT89S52单片机作为主控制芯片，通过计算机的8×8矩阵键盘进行数据输入，进行相应的加、减、乘、除的运算，以及乘方、开方、正余弦函数等一般常用运算，并在LCD1602上显示相应的结果。AT89S52单片机是一种低功耗、高性能COMS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash储存器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash容许程序存储器在系统可编程，亦适用于常规编程器。在芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

二、核心芯片概述

（一）AT89S52单片机

AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

（二） 8*8矩阵键盘

键盘可分为两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是较多按键（20个以上）和专用驱动芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动、连击等问题，直接输出按键的编码，无需系统软件干预。通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。在智能仪器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以组成编码键盘，同时还可以兼顾数码管的显示驱动，其相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。当系统功能比较复杂，按键数量很多时，采用编码键盘可以简化软件设计。非编码键盘成本低廉。从成本角度出发，本设计选用的是非编码矩阵键盘。计算器的键盘布局如图所示：一般有64个键组成，在单片机中正好可以用4个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也是最常见的。如图1所示：

三、软件系统设计方案

主程序设计主要针对51单片机进行数字计算器系统设计开发，利用C语言编程，并用开发板制作并显示。核心子程序设计包括LCD1602显示模块程序设计，以及矩阵键盘的驱动设计。

（一）液晶显示程序设计

显示模块程序首先要对显示模块进行初始化；然后控制光标的位置；定义液晶显示的控制端口，用SBIT指令完成；然后设置清屏、关闭显示、归位、开显示、显示位置的首地址等等。

LCD1602在上电以后，应该先等待50毫秒左右，让其内部芯片初始化后再对其进行操作。在对其操作时，应参考其时序图，先把命令写入其内部寄存器设置它的工作方式和状态。要显示数据的时候，先设置好显示坐标，在往里写入要显示的ASCII码，LCD则通过刷新和替换新的数据。

（二）矩阵键盘扫描程序设计

键盘扫描子程序，首先读出P1的低四位，然后读出P1口的高四位。然后键值并显示缓存。然后将键值转换为ASCII码然后就可以软件来设置硬件按键各个键代表的内容。读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。第一次所有行线均输出低电平，从所有读入键盘信息（列信息）；第二次所有列线均输出低电平，从所有行线读入键盘信息（行信息）。数字键按下则将相应的数字送入缓存区，功能键按下则执行相应的程序。

经过多次测量与调试，本计算器基本能实现设计要求中的功能。由于本设计功能相对简单，计划在后续的功能中，不断增添新功能，进而完善计算器的功能。

参考文献：

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[3]谭浩强. C语言程序设计[M].北京：清华大学出版社，2000：（22-23）.

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