一種基于AT89C51單片機的十進制計算器系統

　　本設計是基于AT89C51單片機進行的十進制計算器系統設計，可以完成計算器的鍵盤輸入，進行加、減、乘、除4位無符號數字的簡單四則運算，并在LED 上相應的顯示結果。硬件方面從功能考慮，首先選擇內部存儲資源豐富的AT89C51單片機，輸入采用4×4矩陣鍵盤。顯示采用4位7段共陽極LED動態顯示。軟件方面從分析計算器功能、流程圖設計，再到程序的編寫進行系統設計。

　　引言

　　本系統采用AT89C51單片機作為控制器，用來實現實現四位數的“+”，“-”，“*”，“/”運算，運算結果通過數碼管顯示，并具有有清零功能。 AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k BytesFlash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，看門狗(WDT)電路，片內時鐘振蕩器。

　　1總體設計方案

　　1.1系統組成與工作原理

　　本系統以51單片機為主控核心，與矩陣鍵盤、晶振、LED顯示管模塊一起組合而成。其工作過程為：首先存儲單元初始化，顯示初始值和鍵盤掃描，判斷按鍵位置，得出按鍵值，單片機則對數據進行儲存與相應的處理轉換，之后送入數碼管動態顯示。將運算結果送入數碼管動態顯示。本設計只能進行結果不超過四位數的運算，其功能如下：

　　(1)數字鍵“0”到“9”用數碼管顯示。

　　(2)加法運算：加數與被加數均不能超過9999，加法最終結果不能超過9999.

　　(3)減法運算：減法運算正常邏輯為大的數值減去小的數值，本計算器亦如此，只能進行正常邏輯的運算，如為小的數值減去大的數值，則將得到的負數與535相加，得到相應的結果，即如果想進行小數減大數的運算，則把得到的結果減去535即得到負數的正確結果。

　　(4)乘法運算：與上述方法一樣，計算結果不能超出9999，如溢出則顯示結果只有后三位。

　　(5)除法運算：除數與被除數均不能超過9999，計算結果只顯示整數部分。

　　(6)等于鍵：只有按下等于鍵才能將運算結果顯示出來，否則一直顯示上一個數。

　　(7)清零功能：程序不穩定或出現錯誤時，運用清零鍵回到初始狀態，也可用復位鍵清零。

　　2系統硬件設計

　　2.1系統硬件總體設計

　　本系統由鍵盤矩陣、LED顯示管、這幾個部分組成，鍵盤輸入鍵值，LED顯示管顯示當前按鍵及結果。硬件總體設計圖1如下：

　　圖1硬件總體設計圖

　　2.2矩陣掃描顯示當前按鍵模塊

　　利用AT89S51單片機的P0端口的P0.0 - P0.7連接到一個七段數碼管的a - h的筆段上，數碼管的公共端接電源。矩陣掃描顯示當前按鍵模塊見圖2.

　　圖2矩陣掃描顯示當前按鍵模塊

　　2.3鍵盤布局模塊

　　矩陣鍵盤的工作原理：計算器的鍵盤布局如圖3所示：一般有16個鍵組成，在單片機中正好可以用一個P口實現16個按鍵功能，這種形式在單片機系統中也最常用。

　　圖3計算器的鍵盤布

　　圖4系統的軟件流程圖

　　3.2顯示程序模塊

　　顯示程序將要顯示數值的千位、百位、十位與個位分別計算出來，通過P0段選口輸出數值，通過位選口P3^3、P3^4、P3^5、P3^6實現動態顯示。

　　LED數碼管，實現七段數碼管的顯示四位十進制數。通過段選來顯示按鍵及計算結果的數值。由于本硬件設計選用的是共陽接法，所以對應的段碼表如下3.3鍵盤掃描模塊

　　本次鍵盤掃描程序采用的是行列翻轉法掃描鍵盤，即先置行為0，讀列值，存在變量1中，然后把列置為0，讀行值，存在變量2中，把變量1和變量2相加即為按鍵對應的鍵值，下表為相應按鍵對應的鍵值

　　4結束語

　　本計算器是以51系列單片機為核心構成計算器系統，該設計為能進行簡易算術運算的計算器，在現有的硬件條件下只能進行結果不超過四位數的運算，能實現加減乘除的運算功能與數字清零功能，以及系統的復位功能。