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A51单片机开发计算器

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炒香菇的书呆子

发布于 2022-01-07 01:27:09

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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”

1　2　3 4　5　 6 7 8


	●	●	●
●				●
●				●
●				●
●				●
●				●
	●	●	●

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

1　2　3 4　5　 6 7 8


	●
●	●
	●
	●
	●
	●
●	●	●

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

1　2　3  4　5　 6  7  8


	●	●	●
●				●
				●
				●
●	●	●	●
●
●	●	●	●	●

00H，00H，27H，45H，45H，45H，39H，00H

数字“3”代码建立如下图所示

1　2　3  4　5　 6  7  8


	●	●	●
●				●
				●
	●	●	●
				●
●				●
	●	●	●

00H，00H，22H，49H，49H，49H，36H，00H

数字“4”代码建立如下图所示

1　2　3  4　5　 6  7  8


			●
		●	●
	●		●
●			●
●	●	●	●	●
			●
			●

00H，00H，0CH，14H，24H，7FH，04H，00H

数字“5”代码建立如下图所示

1　2　3  4　5　 6  7  8


●	●	●	●	●
●
●	●	●	●
				●
				●
●				●
	●	●	●

00H，00H，72H，51H，51H，51H，4EH，00H

数字“6”代码建立如下图所示

1　2　3  4　5　 6  7  8


	●	●	●
●				●
●
●	●	●	●
●				●
●				●
	●	●	●

00H，00H，3EH，49H，49H，49H，26H，00H

数字“7”代码建立如下图所示

1　2　3  4　5　 6  7  8


●	●	●	●	●
				●
				●
			●
			●
			●
			●

00H，00H，40H，40H，40H，4FH，70H，00H

数字“8”代码建立如下图所示

1　2　3  4　5　 6  7  8


	●	●	●
●				●
●				●
	●	●	●
●				●
●				●
	●	●	●

00H，00H，36H，49H，49H，49H，36H，00H

数字“9”代码建立如下图所示

1　2　3  4　5　 6  7  8


	●	●	●
●				●
●				●
	●	●	●	●
				●
●				●
	●	●	●

00H，00H，32H，49H，49H，49H，3EH，00H

4. 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。

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