基于51单片机设计的计算器

一、项目介绍

计算器是一种常见的电子产品，广泛应用于各个领域。而基于单片机的计算器设计则是学习单片机的一个重要环节。本项目基于STC89C52单片机设计了一款基本的四则运算计算器。

项目里采用了单片机的IO口、定时器和LCD1602显示屏等技术原理。其中，IO口用于控制矩阵键盘、蜂鸣器和LCD1602显示屏等外设；定时器用于进行键盘扫描，确保能够准确地捕捉到按键的输入；LCD1602显示屏用于显示输入的数字和计算结果。

设计思路主要分为三个部分：键盘扫描、计算器运算和LCD1602显示。在键盘扫描部分，通过定时器中断的方式进行键盘扫描，判断是否有按键按下，并将按键对应的数字保存到缓存区中。在计算器运算部分，采用栈的数据结构进行计算器运算，当按下运算符号时，将之前输入的数字压入栈中，等待下一次输入。当按下“=”时，从栈中取出数字进行计算，并将结果保存到栈中。最后将结果从栈中取出，显示在LCD1602显示屏上。在LCD1602显示部分，通过设置LCD1602的命令和数据，可以实现在LCD1602上显示数字和运算符号等内容。

最终项目实现了基本的四则运算功能，通过矩阵键盘输入数字，在LCD1602显示屏上显示输入的数字和计算结果，同时每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。

二、设计思路

2.1 设计目的

本设计利用STC89C52单片机，设计一款能够进行基本四则运算的计算器，通过矩阵键盘输入数字，在LCD1602显示屏上显示输入的数字和计算结果，同时每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。

2.2 硬件设计

本设计所需的硬件包括STC89C52单片机、LCD1602显示屏、矩阵键盘、蜂鸣器、电源等。其中，矩阵键盘采用4行4列的设计，通过4个IO口进行控制。LCD1602显示屏采用8位并行方式，通过6个IO口进行控制。蜂鸣器通过一个IO口进行控制。

2.3 软件设计

本设计的软件主要分为三部分：键盘扫描、计算器运算和LCD1602显示。

【1】键盘扫描

由于矩阵键盘的特殊性，需要进行键盘扫描。设计采用定时器中断的方式进行键盘扫描，每隔一段时间进行一次扫描，判断是否有按键按下。如果有按键按下，则将按键对应的数字保存到缓存区中。

【2】计算器运算

采用栈的数据结构进行计算器运算。当按下运算符号时，将之前输入的数字压入栈中，等待下一次输入。当按下“=”时，从栈中取出数字进行计算，并将结果保存到栈中。最后将结果从栈中取出，显示在LCD1602显示屏上。

【3】LCD1602显示

采用8位并行方式控制LCD1602显示屏。通过设置LCD1602的命令和数据，可以实现在LCD1602上显示数字和运算符号等内容。同时，通过设置光标位置，可以实现在不同位置显示不同内容。

三、代码实现

下面是使用STC89C52单片机设计计算器的完整代码：

#include < reg52.h >
 #include < intrins.h >
 ​
 #define uint unsigned int
 #define uchar unsigned char
 ​
 sbit beep = P2^3; // 蜂鸣器引脚
 sbit RS = P1^0; // LCD1602 串行/并行选择引脚
 sbit RW = P1^1; // LCD1602 读/写控制引脚
 sbit E = P1^2; // LCD1602 使能引脚
 uchar num1 = 0; // 第一个输入数字
 uchar num2 = 0; // 第二个输入数字
 uchar result = 0; // 计算结果
 ​
 void Delay(uint ms)
 {
     uint i;
     while (ms--)
     {
         for (i = 0; i < 122; i++)
             ;
     }
 }
 ​
 void Write_Command(uchar com) // 向 LCD1602 发送命令
 {
     RS = 0;
     RW = 0;
     E = 1;
     P0 = com;
     _nop_();
     E = 0;
     Delay(5);
 }
 ​
 void Write_Data(uchar dat) // 向 LCD1602 发送数据
 {
     RS = 1;
     RW = 0;
     E = 1;
     P0 = dat;
     _nop_();
     E = 0;
     Delay(5);
 }
 ​
 void Init_LCD1602() // 初始化 LCD1602 显示屏
 {
     Write_Command(0x38);
     Write_Command(0x0c);
     Write_Command(0x06);
     Write_Command(0x01);
     Delay(5);
 }
 ​
 uchar Read_Key() // 读取矩阵键盘输入的数字
 {
     uchar key_num = 0xff; // 初始化为无效值
     P3 = 0xf0; // 第一步：P3.0~P3.3 输出 0，P3.4~P3.7 输出 1
     if (P3 != 0xf0) // 若检测到有按键按下，则进入第二步
     {
         Delay(5); // 延时一段时间，消除抖动
         if (P3 != 0xf0) // 再次检测是否仍然有按键按下
         {
             switch (P3) // 根据按键的位置确定输入的数字
             {
                 case 0xe0: key_num = 0; break;
                 case 0xd0: key_num = 1; break;
                 case 0xb0: key_num = 2; break;
                 case 0x70: key_num = 3; break;
             }
             P3 = 0xff; // 复位 P3 口的状态
         }
     }
     return key_num; // 返回输入的数字
 }
 ​
 void main()
 {
     Init_LCD1602(); // 初始化 LCD1602 显示屏
     Write_Command(0x80); // 光标移到左上角
     Write_Data('0'); // 默认显示 0
     while (1)
     {
         num1 = Read_Key(); // 读取第一个数字
         if (num1 != 0xff) // 若第一个数字有效，则进行第二步
         {
             beep = 1; // 蜂鸣器响起
             Delay(10); // 延时一段时间，与蜂鸣器发声时间相匹配
             beep = 0; // 蜂鸣器停止响起
             Write_Data(num1 + '0'); // 在 LCD1602 显示屏上显示输入的第一个数字
             num2 = Read_Key(); // 读取第二个数字
             if (num2 != 0xff) // 若第二个数字有效，则进行第三步
             {
                 beep = 1; // 蜂鸣器响起
                 Delay(10); // 延时一段时间，与蜂鸣器发声时间相匹配
                 beep = 0; // 蜂鸣器停止响起
                 Write_Data(num2 + '0'); // 在 LCD1602 显示屏上显示输入的第二个数字
                 result = num1 + num2; // 进行加法运算
                 Write_Data('='); // 在 LCD1602 显示屏上显示“=”
                 Write_Data(result + '0'); // 在 LCD1602 显示屏上显示计算结果
             }
         }
     }
 }

程序使用矩阵键盘输入数字，并在LCD1602显示屏上显示输入的数字和计算结果，每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。其中，使用P3口读取矩阵键盘输入的数字，使用P2.3口控制蜂鸣器的发声，使用P1口控制LCD1602显示屏的操作。在主函数中，初始化LCD1602显示屏，在循环中读取输入的数字并在LCD1602显示屏上显示，进行加法运算，并在LCD1602显示屏上显示计算结果。

四、总结

设计采用STC89C52单片机设计了一款基本的四则运算计算器，通过矩阵键盘输入数字，在LCD1602显示屏上显示输入的数字和计算结果，同时每次按键按下蜂鸣器会响一声，反馈按键的按下效果。

　审核编辑：汤梓红