基于51单片机的简易计算器的实现

目录

一、硬件简介

1、LCD1602液晶显示器介绍

（1）LCD1602的组成

（2）各引脚功能介绍

（3）DDRAM

 2、矩阵按键介绍

（1）矩阵按键的优点：

 （2）原理：

 （3）检测方法：

（4）矩阵按键实物图

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 3、开发板原理图

 二、算法设计

 三、编程实现

1、主函数部分：

2、矩阵按键扫描函数

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一、硬件简介

        本次的设计利用了两个外设模块，一个是利用了4*4的矩阵按键，另一个则是利用了LCD1602显示屏进行显示。

1、LCD1602液晶显示器介绍

（1）LCD1602的组成

        1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它能显示 2 行字符信息，每行又能显示 16 个字符。它是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它是由若 干个 5x7 或者 5x10 的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符， 每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作 用，正因为如此，所以它不能很好的显示图片。其实物图如下所示

（2）各引脚功能介绍

         上图中可以看到有16个管脚孔，从左到右的编号顺序是1-16，其功能定义如下：

（3）DDRAM

         在 LCD1602 内部含有 80 个字节的 DDRAM，它是用来寄存显示字符的。其地址 和屏幕的对应关系如下表：

 2、矩阵按键介绍

（1）矩阵按键的优点：

        独立键盘与单片机连接时，每一个按键都需要单片机的一个 I/O 口，若某 单片机系统需较多按键，如果用独立按键便会占用过多的 I/O 口资源。单片机 系统中 I/O 口资源往往比较宝贵，当用到多个按键时为了减少 I/O 口引脚，所以就引 入了矩阵键盘。

 （2）原理：

开发板上将16个按键排成 4 行 4 列，第一行将每个按键的一端连接在一起构成行线，第一列将每 个按键的另一端连接在一起构成列线，这样便一共有 4 行 4 列共 8 根线，我们将 这 8 根线连接到单片机的 8 个 I/O 口上，通过程序扫描键盘就可检测 16 个 键。用这种方法我们也可实现 3 行 3 列 9 个键、 5 行 5 列 25 个键、 6 行 6 列 36个键甚至更多。

 （3）检测方法：

        矩阵键盘两端都与单片机 I/O 口相连， 因此在检测时需编程通过单片机 I/O 口送出低电平。检测方法有多种，最常用的是行列扫描和线翻转法。
        行列扫描法检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平(此时我们确 定了列数)，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电 平(这时我们又确定了行数)，则我们便可确认当前被按下的键是哪一行哪一列 的，用同样方法轮流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平， 这样即可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。 当然我们也可以将行线置低电平，扫描列是否有低电平。从而达到整个键盘的检 测。
        线翻转法，就是使所有行线为低电平时，检测所有列线是否有低电平，如果 有，就记录列线值；然后再翻转，使所有列线都为低电平，检测所有行线的值， 由于有按键按下，行线的值也会有变化，记录行线的值。从而就可以检测到全部 按键。 矩阵键盘也少不了按键消抖的环节，本章实验中采用的是行列扫描法来检测哪个按键按下。

（4）矩阵按键实物图

 3、开发板原理图

 

其中矩阵按键与LCD1602对应的模块分别为：

在本次实验中矩阵键盘各位置代表的数值或符号：

                | 1 | | 2 | | 3 | | 4 |
                | 5 | | 6 | | 7 | | 8 |
                | 9 | | 0 | | + | | - |
                | * |  | / |  | = |

 二、算法设计

        本次设计采用遍历的思想，将输入的数据和符号分别存储在两个不同的数组，其中为了实现优先级计算，即先计算乘除法再计算加减法，所以本实验采用两次遍历思想：第一次遍历找出乘除符号和其对应的两个数存入两个不同的数组，并对它们进行优先计算，计算完成后，则进行第二次遍历，计算加减法，把数据和运算符存在两个不同的数组，按照从头到尾的顺序依次对它们相加减，最后数组的最后一个元素则为输出的结果。

注：本计算器可以计算整数型加减乘除运算，
        并且符合加减乘除的优先率，但不能计算浮点型。

 三、编程实现

1、主函数部分：

#include 
#include "LCD1602.h"
#include "MatrixKey.h"
/***********************************************
   51单片机大作业 —— 基于AT89C51的简易计算器
			作者：智能医学工程2002班 龙思成
				| 1 | | 2 | | 3 | | 4 |
				| 5 | | 6 | | 7 | | 8 |
				| 9 | | 0 | | + | | - |
				| * | | / | | = |
				LCD屏显示：
		******************************************
		* INPUT:输入的数值    OP：输入的运算符   *
		* OUTPUT：计算结果                       *
		******************************************
		注意：本计算器可以计算整数型加减乘除运算，
		并且符合加减乘除的优先率，但不能计算浮点型。
***********************************************/

int shuju[5];  //存放数据的数组
char yunsuan[5];   //存放运算符的数组
int keynum;  //返回矩阵键盘的简直
int dat;
int j=0;
int i=0;
int jj;
int ii;
int j3=0;
int i3=0;
int yshuju[5];    //存储*与/对应的数据
char youxian[5];  //存储 *与/运算符的数组

void result() //结果显示函数
{
	LCD_ShowString(1,16," ");
	if(shuju[jj]<=9){LCD_ShowNum(2,8,shuju[jj],1);}
	if(shuju[jj]>9&&shuju[jj]<=99){LCD_ShowNum(2,8,shuju[jj],2);}
	if(shuju[jj]>99&&shuju[jj]<=999){LCD_ShowNum(2,8,shuju[jj],3);}
}

void showdata()  //显示输入的数据
{
	if(dat<=9){LCD_ShowNum(1,7,dat,1);}
	if(dat>9&&dat<=99){LCD_ShowNum(1,7,dat,2);}
	if(dat>99&&dat<=999){LCD_ShowNum(1,7,dat,3);}
}

void main()
{
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"INPUT:");
	LCD_ShowString(1,13,"OP:");
	LCD_ShowString(2,1,"OUTPUT:");
	while(1)
	{
		keynum=MatrixKey(); //返回矩阵键盘的键值
		if(keynum)
		{
			if(keynum<=10)  //输入的数据处理，若超过两位则左移
			{
				dat*=10;
				dat+=keynum%10;
				showdata();
			}
			if(keynum>10)
			{
				shuju[j]=dat;
				j++;
				dat=0;
				LCD_ShowString(1,7,"      ");
				if(keynum==11){yunsuan[i]='+';LCD_ShowString(1,16,"+");i++;}  
				if(keynum==12){yunsuan[i]='-';LCD_ShowString(1,16,"-");i++;}
				if(keynum==13){yunsuan[i]='*';LCD_ShowString(1,16,"*");i++;}
				if(keynum==14){yunsuan[i]='/';LCD_ShowString(1,16,"/");i++;}
				if(keynum==15)
				{
					for(ii=0,jj=1;jj

2、矩阵按键扫描函数

#include 
#include "delay.h"


unsigned char MatrixKey()
{
	unsigned char KeyNumber=0;
	
	P1=0xFF;
	P1_3=0;
	if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=1;}
	if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=5;}
	if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=9;}
	if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=13;}
	
	P1=0xFF;
	P1_2=0;
	if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=2;}
	if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=6;}
	if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=10;}
	if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=14;}
	
	P1=0xFF;
	P1_1=0;
	if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=3;}
	if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=7;}
	if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=11;}
	if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=15;}
	
	P1=0xFF;
	P1_0=0;
	if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=4;}
	if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=8;}
	if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=12;}
	if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=16;}
	
	return KeyNumber;
}