湖南商務職業技術學院畢業設計

目錄

1產品功能分析.........................................................................................................1

2設計方案遴選.........................................................................................................1

2.1單片機的選擇..............................................................................................1

2.2系統框圖設計..............................................................................................2

3產品硬件設計.........................................................................................................3

3.1STC89C51單片機核心電路設計.................................................................3

3.2鍵盤電路設計............................................................................................3

3.3液晶顯示模塊電路.....................................................................................4

4產品軟件設計.........................................................................................................5

4.1主程序流程圖..............................................................................................6

4.2產品程序清單..............................................................................................7

5產品裝配調試及使用說明.....................................................................................8

5.1產品裝配圖..................................................................................................8

5.2產品調試......................................................................................................9

5.3產品使用說明............................................................................................10

6產品設計技術標準...............................................................................................10

附錄1元器件清單.....................................................................................................11

附錄2電路原理圖.....................................................................................................12

附錄3PCB設計圖....................................................................................................13

附錄4產品實物圖...................................................................................................14

附錄5主程序代碼...................................................................................................15

參考資料...................................................................................................................24

湖南商務職業技術學院畢業設計

基于51單片機的簡易計算器設計與制作

1產品功能分析

本設計是以STC89C51單片機為核心的計算器模擬系統設計，輸入采用4*4

矩陣鍵盤，可以進行加減乘除帶符號數字運算，并在液晶顯示屏LCD1602上顯

示操作過程和結果。

本設計旨在加強掌握單片機理論知識，加強對于實際應用系統設計能力。

綜合運用在校階段所學軟硬件知識分析實際問題，提高完成畢業設計實際問題

的能力，為以后單片機應用和開發奠定一定的基礎,并且完成出帶有四則運算能

力的簡易計算器設計。

2設計方案遴選

選擇好兼容合適的元器件進行產品的組裝，由STC89C51單片機的數據處理

功能以及液晶顯示功能組成,產品應能對數字進行有效運算。

2．1單片機的選擇

方案1：選擇C51系列單片機

51單片機作為應用最廣泛的8位單片機具有對于傳送，清零，置位，測試

等某些特殊功能寄存器進行處理，還有位的功能處理，這些功能的完備，讓操

作者可以得心應手，乘除法指令也給使用者的工作有著很大的便利，對單片機

底層工作原理也能有更深的理解和運用。

當然51單片機的短板也很明顯，外設資源非常有限，運行速度相對于stm32

來說較慢，不太適合做復雜的產品，但運用于不是很復雜的產品其性價比還是

很高的，本人在考慮到上手難度及價格方面等綜合因素，51系列單片機于個人

而言是個相當不錯的選擇，所以選擇了該系列單片機。

方案2：選擇STM32系列單片機

STM32單片機特點是性能好損耗較低，適用于設計的控制電路.但是缺點也

1

湖南商務職業技術學院畢業設計

很明顯，成本較高和復雜。并且STM32是跑指令的，適合跑算法，但是針對多

路的信號處理就需要很多片DSP來并行處理，個人角度而言不適用故沒有選擇。

2．2系統框圖設計

系統框圖如圖2-1所示：

按鍵控制

微處理器LCD1602

運算控制STC89C51單數據顯示

片機

圖2-1系統框圖

2

湖南商務職業技術學院畢業設計

3產品硬件設計

3．1STC89C51單片機核心電路設計

使用STC89C51因為價錢比較便宜，技術相當成熟了，加之穩定耐用，程序

跑起來不容易出錯，但是51單片機偏簡單，沒有現成的控制器和庫，需要了解

原理后親自實現一遍，但是也使基礎知識學習的更加扎實。AT89c51單片機實質

是一個硬件的芯片，要外加各種擴展接口電路，外部設備，硬件和軟件，本設

計選用以STC89C51單片機為主控單元。

3．2鍵盤電路設計

本設計使用4*4矩陣式鍵盤，對于功能相對復雜，需要輸入輸出參數較多

的系統，此矩陣式鍵盤控制十分方便，在單片機系統中，大部分都是設置鍵盤，

按鈕等功能，主要是為了控制運行狀態，便于輸入輸出一些命令或者數據，鍵

盤是最簡單最基本的進行人機交互的途徑，用按鍵的形式來控制，它實際上本

質是一個開關量，簡單的可以用獨立的按鍵，但是本設計需要進行加減乘除等

運算，所以在這里我們使用的是4*4的矩陣式的鍵盤，鍵盤的連接方式如圖3-2

所示。

圖3-2鍵盤電路

3

湖南商務職業技術學院畢業設計

3.3液晶顯示模塊電路

液晶顯示器（LCD）功率小節電，價格實惠，同時使用時的顯示質量高，對

人體得電磁輻射小危害小，人們肉眼可視面積比較大，整體的一個體積相對較

小，本身配置的重量輕快，屏幕顯示出來的畫面效果好，在生活中可以應用范

圍的廣，還有可以數字式接口十分方便等優點，并且它的使用在日常生活可以

說是隨處可見了，像菜市場和便利店用到的計算器，旅游和電影中用到得數碼

相機，在家中擺放得液晶電視等，因為本設計在使用時需要顯示的信息比較多，

為了在操作時可以能直觀看到最后結果，并且看起來整體比較美觀，所以使用

總線等方法來簡化線路連接方式，本設計用液晶顯示器（LCD）。

LCD1602液晶顯示原理圖如圖3-3所示。

圖3-3LCD1602液晶顯示原理圖

LCM1602液晶顯示實物圖3-4如下圖所示：

4

湖南商務職業技術學院畢業設計

圖3-4LCM1602液晶顯示實物圖

4產品軟件設計

產品采用C語言，KELL編程環境，由相對簡單的幾個模塊化程序組成，計

算器需要用到很多按鍵，如果用獨立按鍵的方式，編程繪簡單很多，但是繪占

用許多I/O資源，所以一般情況都不會采用如圖4.1這種方式，但是資源有限，

不過并不會影響其計算器功能

5

湖南商務職業技術學院畢業設計

4．1主程序流程圖

主程序流程圖如圖4-1所示。

6

湖南商務職業技術學院畢業設計

圖4-1主程序流程圖

4．2產品程序清單

產品程序清單如圖4-2所示。

7

湖南商務職業技術學院畢業設計

圖4-2產品程序清單

5產品裝配調試及使用說明

5．1產品裝配圖

產品主要由STC89C52單片機模塊，LCD液晶顯示器模塊，電源接口，電源

8

湖南商務職業技術學院畢業設計

開關，獨立按鍵等等組成。產品裝配圖如圖5-1所示。

圖5-1產品裝配圖

5．2產品調試

A.檢查元件好壞

按照電路圖買好元件先大概檢查一下外部有無損壞，然后按照不同元件的不同

檢查方法一個一個來檢測，要細致把控每個元件的好壞，在對照這原理圖是否

一致，全部檢查完后在進行焊接，不然出錯后將會不方便更改。

B.放置、焊接各元件

首先按照原理圖來，一個一個放好元器件，在放好元器件的過程中，最好

9

湖南商務職業技術學院畢業設計

是要先焊接比較容易焊接容易的元器件，焊接難度高的和有特別要求的元件，

特別是容易壞的元件我們要后焊，要注意芯片和元件的安裝方向，如果弄錯不

方便更改，在焊接的時候我們要把控好時機連續焊接時間最好不要超過8s。

5．3產品使用說明

A.插好電源，按開關鍵等待計算機啟動。

B.該計算機一共有1到9，加減乘除，清零和運算結果加起來十五個按鍵。

C.隨機組合1234等數字進行運算，觀察液晶顯示屏上的運算結果如何，運

算完后按清零鍵即可重新開始計算。

D.使用完后按下開關，拔掉電源即可。

6產品設計技術標準

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術軟件工程術語；

[5]GB/T8566-2007信息技術軟件生存周期過程標準；

[6]GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規范。

10

湖南商務職業技術學院畢業設計

附錄

附錄1元器件清單

11

湖南商務職業技術學院畢業設計

附錄2電路原理圖

12

湖南商務職業技術學院畢業設計

附錄3PCB設計圖

13

湖南商務職業技術學院畢業設計

附錄4產品實物圖

14

湖南商務職業技術學院畢業設計

附錄5主程序代碼

#include<reg52.h>//調用單片機頭文件

#include<stdio.h>//調用單片機頭文件

#include<string.h>//調用單片機頭文件

#include<stdlib.h>//調用單片機頭文件

#defineucharunsignedchar//無符號字符型宏定義變量范圍0~255

#defineuintunsignedint//無符號整型宏定義變量范圍0~65535

floatnum1;//保存第一個數

floatnum2;//保存第二個數

ucharjjcc;//加減乘除標志變量

ucharLcd_Str[17];//顯示區緩存

ucharNum_str[17];

ucharLcd_num2_add=0;//第二個數據開始位的增量

ucharLcd_dis1_i=0;//記錄顯示第一行字符

ucharLcd_num1_i=0;//記錄num1是幾位數

ucharLcd_num2_i=0;//記錄num2是幾位數

ucharDian_i=0;//小數點位數

sbitrs=P1^0;//寄存器選擇信號H:數據寄存器L:指令寄存器

sbitrw=P1^1;//寄存器選擇信號H:數據寄存器L:指令寄存器

sbite=P1^2;//片選信號下降沿觸發

/********************************************************************

*名稱:delay_uint()

*功能:小延時。

*輸入:無

*輸出:無

***********************************************************************/

voiddelay_uint(uintq)

{

while(q--);

}

/********************************************************************

*名稱:write_com(ucharcom)

*功能:1602指令函數

*輸入:輸入的指令值

15

湖南商務職業技術學院畢業設計

*輸出:無

***********************************************************************/

voidwrite_com(ucharcom)

{

rs=0;//寫指令

rw=0;//對1602寫操作

P0=com;//P0口對1602寫指令數據

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信號

delay_uint(100);//延時一下等1602完成操作

e=0;

}

/********************************************************************

*名稱:write_data(uchardat)

*功能:1602寫數據函數

*輸入:需要寫入1602的數據

*輸出:無

***********************************************************************/

voidwrite_data(uchardat)

{

rs=1;//寫數據

rw=0;//對1602寫操作

P0=dat;//P0口對1602寫數據

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信號

delay_uint(100);//延時一下等1602完成操作

e=0;

}

/***********************lcd1602上顯示這字符函數************************/

voidDis_str(ucharadd,uchar*p)

{

write_com(add);//寫1602的地址

while(*p>0)

{

write_data(*p);//寫數據

p++;//指針地址加1

}

}

voidinit_1602()

16

湖南商務職業技術學院畢業設計

{

write_com(0x38);//顯示模式設置：16×2顯示，5×7點陣，8位數據接口不檢測忙信號

write_com(0x0c);//開顯示不顯示光標

write_com(0x06);//當寫一個字符是，地址指針加1

write_com(0x01);//清除顯示

}

/***************************************************************

*名稱:delay_1ms()

*功能:延時1ms函數

*輸入:q

*輸出:無

****************************************************************/

voiddelay_1ms(uintq)

{

uinti,j;

for(i=0;i<q;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

ucharKey_io;//暫存IO值

ucharkey_new;//松手檢測自鎖變量

ucharkey_can;//按鍵值

ucharKey_D_bit;

/********************按鍵程序*****************/

voidkey(void)

{

key_can=18;

P3=0xf0;//拉低第四位

Key_io=P3;

if(Key_io!=0xf0)//查看搞四位是否有低電平

{

Key_io|=0x0f;//保持高四位出現低電平的管腳，拉高第四位

P3=Key_io;//重新復制IO口

Key_io=P3;//讀取IO信息，確定鍵值

if(key_new==0)//自鎖變量，松手檢測

{

key_new=1;

switch(Key_io)

{

case0x7e:key_can=10;//得到按鍵值

break;

17

湖南商務職業技術學院畢業設計

case0x7d:key_can=0;//得到按鍵值

break;

case0x7b:key_can=11;//得到按鍵值

break;

case0x77:key_can=15;//得到按鍵值

break;

case0xbe:key_can=7;//得到按鍵值

break;

case0xbd:key_can=8;//得到按鍵值

break;

case0xbb:key_can=9;//得到按鍵值

break;

case0xb7:key_can=14;//得到按鍵值

break;

case0xde:key_can=13;//得到按鍵值

break;

case0xdd:key_can=6;//得到按鍵值

break;

case0xdb:key_can=5;//得到按鍵值

break;

case0xd7:key_can=4;//得到按鍵值

break;

case0xee:key_can=12;//得到按鍵值

break;

case0xed:key_can=3;//得到按鍵值

break;

18

湖南商務職業技術學院畢業設計

case0xeb:key_can=2;//得到按鍵值

break;

case0xe7:key_can=1;//得到按鍵值

break;

}

}

}

else

{

key_new=0;

}

}

ucharXS_JG(ucharadd,floatn)//顯示函數

{

ucharlen,p=0;

memset(Lcd_Str,0,16);//內存空間初始化

sprintf(Lcd_Str,"%e",n);

while(Lcd_Str[p]!='e')

{

p++;

}

if(Lcd_Str[p+2]==0x30&&Lcd_Str[p+3]<0x37)

{

sprintf(Lcd_Str,"%f",n);

len=strlen(Lcd_Str);

while(len)

{

if(Lcd_Str[len-1]=='.')

{

Lcd_Str[len-1]=0;

break;

}

len--;

}

}

else

{

while(p)

{

if(Lcd_Str[p-1]=='.')

19

湖南商務職業技術學院畢業設計

{

Lcd_Str[p-1]='';

break;

}

p--;

}

}

Dis_str(add,"");

Dis_str(add,Lcd_Str);

returnlen;

}

/*************顯示特殊字符函數***************/

voidfuhao(uchars)

{

if(jjcc<5)

{

if(jjcc==0)

{

Num_str[Lcd_dis1_i]=s;

Lcd_dis1_i++;

Lcd_num2_add=Lcd_dis1_i;

}

else

{

if(Num_str[Lcd_num2_add]==0)

Num_str[Lcd_dis1_i-1]=s;

}

Dis_str(0x80,Num_str);

}

if(jjcc==5)

{

Lcd_dis1_i=4;

Lcd_num2_i=0;

Lcd_num2_add=4;

memset(Num_str,0,16);//內存空間初始化

Num_str[0]='A';

Num_str[1]='n';

Num_str[2]='s';

Num_str[3]=s;

20

湖南商務職業技術學院畢業設計

Dis_str(0x80,"");

Dis_str(0x80,Num_str);

}

}

voidmain(void)

{

init_1602();//lcd1602初始化

write_data('0');

memset(Num_str,0,16);

while(1)

{

key();//讀按鍵值

delay_1ms(10);

if(key_can<18)//是否有按鍵按下，小于16時有按鍵按下

{

delay_1ms(30);

switch(key_can)

{

case11:if(Num_str[Lcd_num2_add]<=0x39&&Num_str[Lcd_num2_add]>=0x30)

num2=atof(Num_str+Lcd_num2_add);//從數組中取第二個數字

else

break;

Lcd_num2_i=0;

switch(jjcc)

{

case1:num1+=num2;//加

break;

case2:num1-=num2;//減

break;

case3:num1*=num2;//乘

break;

case4:num1/=num2;//除

break;

}

XS_JG(0xc0,num1);

Dis_str(0x80+Lcd_dis1_i,"=");

jjcc=5;//等號標志

21

湖南商務職業技術學院畢業設計

break;

case12:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('+');

jjcc=1;Dian_i=0;

break;//按下加號鍵

case13:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('-');

jjcc=2;Dian_i=0;

break;//按下減號鍵

case14:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('*');

jjcc=3;Dian_i=0;

break;//按下乘號鍵

case15:if(Num_str[0]==0||Lcd_num2_i>0)

break;

fuhao('/');

jjcc=4;Dian_i=0;

break;//按下除號鍵

case10:if(Dian_i==0&&(Lcd_num1_i!=0||Lcd_num2_i!=0))//輸入小數點時

前面必須有數字

{

Dian_i++;//小數點

Num_str[Lcd_dis1_i]='.';

Lcd_dis1_i++;

Dis_str(0x80,Num_str);

}

break;

case16:jjcc=0;

Dis_str(0x80,"0");//清除顯示

Dis_str(0xc0,"");

/*********************刪除一個數字*******************/

case17:if(Lcd_dis1_i==0)

break;

/*********************刪除一個數字刪

除小數點按等號后不再撤銷*******************/

if(((Num_str[Lcd_dis1_i-1]<=0x39&&Num_str[Lcd_dis1_i-1]>=0x30)||Num_str[Lcd_dis1_i-1]==

'.')&&jjcc!=5)

22

湖南商務職業技術學院畢業設計

{

if(Num_str[Lcd_dis1_i-1]=='.')

{Dian_i=0;}

else

{

if(jjcc==0)

{

Lcd_num1_i--;

}

else

{

Lcd_num2_i--;

}

}

Lcd_dis1_i--;

Lcd_num2_add=Lcd_dis1_i;

Num_str[Lcd_dis1_i]=0;

Dis_str(0x80,"");

Dis_str(0x80,Num_str);

}

if(Lcd_dis1_i==0)

write_data('0');

break;

default:if(key_can<10&&Dian_i<7)//顯示對應的數字鍵,輸入的小數

點后位數小于7位

{

if(jjcc==5)

{