A51单片机开发计算器
原创
A51单片机开发计算器
日期::date:2022年1月6日
学习内容：::book:
- 51单片机开发计算器验收
- markdown语法学习
###1. A51单片机开发计算器
1.1 计算器概述
1、加数和被加数的输入位数固定为4位；
2、相加结果显示要考虑进位的输出显示（即5位输出）；
3、注意对“0”——“9”、“+”、“＝”以外按键输入的处理；
4、注意对相加结果进行十进制处理；
5、输入加数和被加数时，显示器上显示的数字要像平时用的计算器输入一样，即：每输入一个数字，原来显示的数字要往左移。
6、可以完成累加功能，即可以完成如下内容：3265+3885+1254+2358+7779+……
1.2 设计任务
如图1所示，用AT89S51的并行口P1接4×4矩阵键盘，P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；在数码管上显示每个按键的“0－F”序号。对应的按键的序号排列如图1所示
（1． 开机时，显示“0”
（2． 第一次按下时，显示“D1”；第二次按下时，显示“D1D2”；第三按下时，显示“D1D2D3”，8个全显示完毕，再按下按键下时，给出“嘀”提示音。
（3． 数字0－9点阵显示代码的形成
1.3 系统主要功能
用4*4键盘做一个模拟计算器，实现最高四位的加，减，乘，除功能，按键识别和显示部分我都会，就是按键后怎样将运算符前后的数据区分开
1.输入一位就显示一位，在输入一个运算符之前最多只能输入四位。
2.将运算符前，后的数据区分开来，同时将运算符前后输入的数据转换为一个10进制数。
3.对输入的数据进行处理，即进行算术运算，最重要的是对于除法时，如果有小数位时，显示部分应该做处理。
2. 计算器硬件设计
硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。
2.1 4×4矩阵式键盘识别技术
系统的硬件构成及功能
硬件电路原理图
2.2 系统板上硬件连线
（1． 把“单片机系统“区域中的P3.0－P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4 R1－R4端口上；
（2． 把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个a－h端口上；要求：P0.0/AD0对应着a，P0.1/AD1对应着b，……，P0.7/AD7对应着h。
2.3 程序设计内容
（1． 4×4矩阵键盘识别处理
（2． 每个按键有它的行值和列值 ，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。
2.4 程序框图
P3=FFH, P3.0=0
有键按下吗？
延时10ms
真得有键按下吗？
根据当前状态识别按键
P3=FFH, P3.1=0
有键按下吗？
延时10ms
真得有键按下吗？
根据当前状态识别按键
P3=FFH, P3.2=0
有键按下吗？
延时10ms
真得有键按下吗？
根据当前状态识别按键
P3=FFH, P3.3=0
有键按下吗？
延时10ms
真得有键按下吗？
根据当前状态识别按键2.4点阵式LED“0－9”数字显示技术
电路原理图
2.5硬件系统连线
(1)． 把“单片机系统”区域中的P1端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“DR1－DR8”端口上；
(2)． 把“单片机系统”区域中的P3端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“DC1－DC8”端口上；
3．程序设计内容
(1)． 数字0－9点阵显示代码的形成
如下图所示，假设显示数字“0”
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00 00 3E 41 41 41 3E 00因此，形成的列代码为
00H，00H，3EH，41H，41H，3EH，00H，00H；只要把这些代码分别送到相应的列线上面，即可实现“0”的数字显示。
送显示代码过程如下所示
送第一列线代码到P3端口，同时置第一行线为“0”，其它行线为“1”，延时2ms左右，送第二列线代码到P3端口，同时置第二行线为“0”，其它行线为“1”，延时2ms左右，如此下去，直到送完最后一列代码，又从头开始送。
数字“1”代码建立如下图所示
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其显示代码为
00H，00H，00H，00H，21H，7FH，01H，00H数字“2”代码建立如下图所示
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00H，00H，27H，45H，45H，45H，39H，00H
数字“3”代码建立如下图所示
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00H，00H，22H，49H，49H，49H，36H，00H数字“4”代码建立如下图所示
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00H，00H，0CH，14H，24H，7FH，04H，00H
数字“5”代码建立如下图所示
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00H，00H，72H，51H，51H，51H，4EH，00H数字“6”代码建立如下图所示
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00H，00H，3EH，49H，49H，49H，26H，00H数字“7”代码建立如下图所示
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00H，00H，40H，40H，40H，4FH，70H，00H数字“8”代码建立如下图所示
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00H，00H，36H，49H，49H，49H，36H，00H数字“9”代码建立如下图所示
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00H，00H，32H，49H，49H，49H，3EH，00H4. 系统的软件设计
本系统的软件系统主要可分为主程序、4×4矩阵式键盘识别程序、点阵式LED“0－9”数字显示程序三大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。
4.1 系统主程序设计
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0030H
MAIN:
; 全局初始化
MOV SP, #60H ; 堆栈
MOV IE, #00H ; 禁止所有中断
; 寄存器组 00
CLR RS1
CLR RS0
; 工作区IRAM(20H-5FH)默认全为0
INIT20TO5F:
MOV R0, #20H ; START AT 20H
MOV R7, #40H ; 64 BYTES TO ZERO
LOOP20TO5F:
MOV @R0, #00H
INC R0
DJNZ R7, LOOP20TO5F
; ---------------------------------
SETB STAT.0 ; 初始状态为等号状态
MOV R7, #00H
MOV SCON, #00H ; 串行工作方式0
; -------------------------------------
;; DISPLAY INIT
; -------------------------------------
LCALL LCDINIT
MOV COM,#06H
LCALL PR1
MOV COM,#0C0H
LCALL PR1
MAIN_LOOP:
***\*3.2 4×4矩阵式键盘\*******\*汇编源程序\****
KEYBUF EQU 30H
ORG 00H
START: MOV KEYBUF,#2
WAIT:
MOV P3,#0FFH
CLR P3.4
MOV A, P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY1
LCALL DELY10MS
MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY1
MOV A,P3
ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NK1
MOV KEYBUF,#0
LJMP DK1
NK1: CJNE A,#0DH,NK2
MOV KEYBUF,#1
LJMP DK1
NK2: CJNE A,#0BH,NK3
MOV KEYBUF,#2
LJMP DK1
NK3: CJNE A,#07H,NK4
MOV KEYBUF,#3
LJMP DK1
NK4: NOP
DK1:
MOV A,KEYBUF
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
DK1A: MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JNZ DK1A
NOKEY1:
MOV P3,#0FFH
CLR P3.5
MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY2
LCALL DELY10MS
MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY2
MOV A,P3
ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NK5
MOV KEYBUF,#4
LJMP DK2
NK5: CJNE A,#0DH,NK6
MOV KEYBUF,#5
LJMP DK2
NK6: CJNE A,#0BH,NK7
MOV KEYBUF,#6
LJMP DK2
NK7: CJNE A,#07H,NK8
MOV KEYBUF,#7
LJMP DK2
NK8: NOP
DK2:
MOV A,KEYBUF
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
DK2A: MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JNZ DK2A
NOKEY2:
MOV P3,#0FFH
CLR P3.6
MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY3
LCALL DELY10MS
MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY3
MOV A,P3
ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NK9
MOV KEYBUF,#8
LJMP DK3
NK9: CJNE A,#0DH,NK10
MOV KEYBUF,#9
LJMP DK3
NK10: CJNE A,#0BH,NK11
MOV KEYBUF,#10
LJMP DK3
NK11: CJNE A,#07H,NK12
MOV KEYBUF,#11
LJMP DK3
NK12: NOP
DK3:
MOV A,KEYBUF
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
DK3A: MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JNZ DK3A
NOKEY3:
MOV P3,#0FFH
CLR P3.7
MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY4
LCALL DELY10MS
MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JZ NOKEY4
MOV A,P3
ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NK13
MOV KEYBUF,#12
LJMP DK4
NK13: CJNE A,#0DH,NK14
MOV KEYBUF,#13
LJMP DK4
NK14: CJNE A,#0BH,NK15
MOV KEYBUF,#14
LJMP DK4
NK15: CJNE A,#07H,NK16
MOV KEYBUF,#15
LJMP DK4
NK16: NOP
DK4:
MOV A,KEYBUF
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
DK4A: MOV A,P3
ANL A,#0FH
XRL A,#0FH
JNZ DK4A
NOKEY4:
LJMP WAIT
DELY10MS:
MOV R6,#10
D1: MOV R7,#248
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
RET
TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
END
***\*3.3 点阵式LED“0－9”数字显示\*******\*汇编源程序\****
TIM EQU 30H
CNTA EQU 31H
CNTB EQU 32H
ORG 00H
LJMP START
ORG 0BH
LJMP T0X
ORG 30H
START: MOV TIM,#00H
MOV CNTA,#00H
MOV CNTB,#00H
MOV TMOD,#01H
MOV TH0,#(65536-4000)/256
MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256
SETB TR0
SETB ET0
SETB EA
SJMP $
T0X:
MOV TH0,#(65536-4000)/256
MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256
MOV DPTR,#TAB
MOV A,CNTA
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
MOV DPTR,#DIGIT
MOV A,CNTB
MOV B,#8
MUL AB
ADD A,CNTA
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
INC CNTA
MOV A,CNTA
CJNE A,#8,NEXT
MOV CNTA,#00H
NEXT: INC TIM
MOV A,TIM
CJNE A,#250,NEX
MOV TIM,#00H
INC CNTB
MOV A,CNTB
CJNE A,#10,NEX
MOV CNTB,#00H
NEX: RETI
TAB: DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH
DIGIT: DB 00H,00H,3EH,41H,41H,41H,3EH,00H
DB 00H,00H,00H,00H,21H,7FH,01H,00H
DB 00H,00H,27H,45H,45H,45H,39H,00H
DB 00H,00H,22H,49H,49H,49H,36H,00H
DB 00H,00H,0CH,14H,24H,7FH,04H,00H
DB 00H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H
DB 00H,00H,3EH,49H,49H,49H,26H,00H
DB 00H,00H,40H,40H,40H,4FH,70H,00H
DB 00H,00H,36H,49H,49H,49H,36H,00H
DB 00H,00H,32H,49H,49H,49H,3EH,00H
END 5. 结论
由于所采用的浮点程序库的限制（MCU平台只找到这个……），浮点运算采用3字节二进制补码表示，有效数字6位。对于输入输出，采用3字节BCD码浮点数格式，有效数字只有4位，因此最终有效数字只有4位。可进行连续输入，例如：1.23+4.56*8.23/234.8 ，但是运算结果为从左到右，这也是8位简易计算器的方式。可进行错误判断，溢出、除零等错误将显示一个字符 E 。由于键盘只有16个按键，安排如下：
+---------------+
| 7 | 8 | 9 | + |
| 4 | 5 | 6 | - |
| 1 | 2 | 3 | * |
| 0 | . | = | / |
+---------------+
按键的缺少导致取消了一些特殊函数，即开根号，三角函数(sin, cos, tan, ctg)的实现，由于这些函数在浮点程序库中均已提供，如果硬件允许，在原来的框架上添加这些附加功能是很容易的（可以看作和+, -, *, /等价的按键操作，调用不同的子程序进行运算即可）按两次 = 等于清灵。因为按键实在太少，才采用了这个做法。
不足
使用3字节的浮点数表示，不可避免的带来了数表示的不精确，加上有效数字比较少，因此计算结果很容易产生误差，尤其是进行连续多次运算后，结果和精度较高的科学计算器的误差会很快达到0.01以上，当然这个差距和所测试的用例也有关系，4位有效数字导致了数字123456只能表示为123400，最后两位有效数字被摒弃了。
同时，虽然纯整数可以进行较为高精度的运算，实现也较为容易，但是考虑到要和浮点数混合在一起处理，如果在算法上分别考虑整数和浮点数，整个程序框架代码将会膨胀不少，因此将其简化为统一作为浮点数对待。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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