本設計是基于AT89C51 單片機進行的十進制計算器系統(tǒng)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(shù)字的簡單四則運算，并在LED 上相應的顯示結(jié)果。硬件方面從功能考慮，首先選擇內(nèi)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(tài)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(tǒng)設計。

引言

本系統(tǒng)采用AT89C51 單片機作為控制器，用來實現(xiàn)實現(xiàn)四位數(shù)的“+”,“-”,“*”,“/”運算，運算結(jié)果通過數(shù)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(nèi)程序存儲器，128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32 個外部雙向輸入/ 輸出（I/O）口，5 個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2 個16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。

1 總體設計方案

1.1 系統(tǒng)組成與工作原理

本系統(tǒng)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(shù)據(jù)進行儲存與相應的處理轉(zhuǎn)換，之后送入數(shù)碼管動態(tài)顯示。將運算結(jié)果送入數(shù)碼管動態(tài)顯示。本設計只能進行結(jié)果不超過四位數(shù)的運算，其功能如下：

（1）數(shù)字鍵“0”到“9”用數(shù)碼管顯示。

（2）加法運算： 加數(shù)與被加數(shù)均不能超過9999,加法最終結(jié)果不能超過9999。

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

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

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

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

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

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 系統(tǒng)硬件總體設計

本系統(tǒng)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(jié)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(shù)碼管的a - h 的筆段上，數(shù)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(xiàn)16 個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中也最常用。

圖3 計算器的鍵盤布局模塊

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)軟件總體設計

本系統(tǒng)的軟件流程如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)的軟件流程圖

3.2 顯示程序模塊

顯示程序?qū)⒁@示數(shù)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(shù)值，通過位選口P3^3、P3^4、 P3^5、P3^6 實現(xiàn)動態(tài)顯示。

LED 數(shù)碼管，實現(xiàn)七段數(shù)碼管的顯示四位十進制數(shù)。通過段選來顯示按鍵及計算結(jié)果的數(shù)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(zhuǎn)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(jié)束語

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