送给初学单片机朋友干货之二——用单片机制作简易计算器

计算器简介

计算器是现代人发明的可以进行数字运算的电子机器。现代的电子计算器能进行数学运算的手持电子机器，拥有集成电路芯片，但结构简单，功能弱，但较为方便与廉价，可广泛运用于商业交易中，主要是计算结果是必备的办公用品之一。为节省电能，计算器都采用CMOS工艺制作的大规模集成电路。低档计算器的运算器、控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算,键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。为减小计算器的尺寸，一键常常有多种功能。显示器是计算器的输出部件，有数码管显示器或液晶显示器等。那么今天给各位朋友介绍的是用单片机制作的简单的模拟计算器。

简易计算器

为了帮助单片机爱好者学习单片机，本计算器是系列STC89C51RC单片机为核心构成的简易计算器系统。该系统通过单片机控制，实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测，并由LCD1602显示屏将过程与结果显示出来。硬件相对比较简单，主要由四部分组成。第一部分是单片机最小系统；第二部分是 4*4矩阵键盘；第三部分是LCD1602显示屏；第四部分是系统+5V电源。还是先说说制作流程：

第一步是绘制电路原理图

以单片机为主控芯片的简易计算器原理图

第二步是根据设计绘制的原理图购买电子元器件

所用电子元器件明细表

单片机主控芯片——-STC89C52RC 1片

LCD液晶显示模块——LCD1602 1片

点动按键BUTTON -- -- 17个

自锁开关按键------ 1个

10K可调电阻-----1个

晶振----- 1个

10K电阻-----9个

10UF电解电容-----1个

稳频电容30PF----2个

PCB万能实验板 ----1块

第三步是万能实验板的焊接

由于所用原件比较少焊接相对比较简单，焊接时主要注意单片机芯片最好用插座，便于烧写程序，还有就是LCD1602 的引脚要焊接正确，不能焊接错误，再一个就是16X16的矩阵按键焊接时也要留心。其他都比较好焊接。

简易计算器电路板正面

简易计算器焊接反面

下面主要说说LCD1602液晶这个显示模块，那个大大的，平时第一行显示 16 个小黑块，第二行什么都不显示的东西就是 1602 液晶， 1602 液晶主要显示容量 16 x 2 个字符，芯片工作电压 4.5~5.5V ，工作电流 2.0mA(5.0V) ，模块最佳工作电压 5.0V 1602 液晶，从它的名字我们就可以看出它的显示容量，就是可以显示 2 行，每行 16 个字符的液晶。它的工作电压是 4.5V～5.5V，这点我们直接按照 5V电源接上就可以了，但是保证我们的 5V 系统最低不能低于 4.5V。在 5V 工作电压下测量它的工作电流是 2mA，大家注意，这个 2mA 仅仅是指液晶，而它的黄绿背光都是用 LED 做的，所以功耗一般有一二十毫安。1602 液晶一共 16 个引脚，每个引脚的功能如下注释说明。

1， VSS--- 电源地

2， VDD---- 电源正极

3 ，VL---- 液晶显示偏压信号

4 ，RS---- 数据/命令选择端(H/L)

5， R/W---- 读/写选择端(H/L)

6， E---- 使能信号端

7， D0 --Data I/O （输入输出口）

8， D1--- Data I/O（输入输出口）

9， D2--- Data I/O （输入输出口）

10， D3 ---Data I/O （输入输出口）

11， D4--- Data I/O （输入输出口）

12 ，D5 ---Data I/O （输入输出口）

13 ，D6 ---Data I/O （输入输出口）

14， D7 ---Data I/O （输入输出口）

15， BLA ---背光源正极（输入输出口）

16， BLK ----背光源负极（输入输出口）

LCD1602正面

LCD1602背面

第四部分是程序编写部分

我们制作最简易的计算器可由按键和液晶两个元件为核心。下面我们来共同学习一个简易整数计算器。为了不让程序太复杂，我们这个计算器不考虑连加，连减等连续计算，不考虑小数情况。加键、减键、乘键、除键、和0-9键、等于键、清零键等16个按键，组成一个矩阵键盘。我们通过模块化编程，其程序共分为三部分，第一部分是主函数模块，第二部分是1602 液晶显示模块，第三部分是按键动作和扫描模块，我们先说主程序模块。在必要的语句后面都加了注释，方便大家理解。

主函数模块

#include <reg52.h>

unsigned char step = 0; //操作步骤

unsigned char oprt = 0; //运算类型

signed long num1 = 0; //操作数1

signed long num2 = 0; //操作数2

signed long result = 0; //运算结果

unsigned char T0RH = 0; //T0重载值的高字节

unsigned char T0RL = 0; //T0重载值的低字节

void ConfigTimer0(unsigned int ms);//配置时间函数声明

extern void KeyScan();//外部按键扫描函数声明

extern void KeyDriver();//外部按键驱动函数声明

extern void InitLcd1602();//外部液晶LCD1602函数初始化声明

extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);//外部显示字符声明

extern void LcdAreaClear(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char len);//清屏

extern void LcdFullClear();//清屏函数声明

void main( void)

{

EA = 1; //开总中断

ConfigTimer0(1); //配置T0定时1ms

InitLcd1602(); //初始化液晶

LcdShowStr(15, 1, "0"); //初始显示一个数字0

while (1)

{

KeyDriver(); //调用按键驱动

}

}

/* 长整型数转换为字符串，str-字符串指针，dat-待转换数，返回值-字符串长度 */

unsigned char LongToString(unsigned char *str, signed long dat)

{

signed char i = 0;

unsigned char len = 0;

unsigned char buf[12];

if (dat < 0) //如果为负数，首先取绝对值，并在指针上添加负号

{

dat = -dat;

*str++ = '-';

len++;

}

do { //先转换为低位在前的十进制数组

buf[i++] = dat % 10;

dat /= 10;

} while (dat > 0);

len += i; //i最后的值就是有效字符的个数

while (i-- > 0) //将数组值转换为ASCII码反向拷贝到接收指针上

{

*str++ = buf[i] + '0';

}

*str = '\0'; //添加字符串结束符

return len; //返回字符串长度

}/* 显示运算符，显示位置y，运算符类型type */

void ShowOprt(unsigned char y, unsigned char type)

{

switch (type)

{

case 0: LcdShowStr(0, y, "+"); break; //0代表+

case 1: LcdShowStr(0, y, "-"); break; //1代表-

case 2: LcdShowStr(0, y, "*"); break; //2代表*

case 3: LcdShowStr(0, y, "/"); break; //3代表/

default: break;

}

}

/* 计算器复位，清零变量值，清除屏幕显示 */

void Reset()

{

num1 = 0;

num2 = 0;

step = 0;

LcdFullClear();

}

/* 数字键动作函数，n-按键输入的数值 */

void NumKeyAction(unsigned char n)

{

unsigned char len;

unsigned char str[12];

if (step > 1) //如计算已完成，则重新开始新的计算

{

Reset();

}

if (step == 0) //输入第一操作数

{

num1 = num1*10 + n; //输入数值累加到原操作数上

len = LongToString(str, num1); //新数值转换为字符串

LcdShowStr(16-len, 1, str); //显示到液晶第二行上

}

else //输入第二操作数

{

num2 = num2*10 + n; //输入数值累加到原操作数上

len = LongToString(str, num2); //新数值转换为字符串

LcdShowStr(16-len, 1, str); //显示到液晶第二行上

}

}

/* 运算符按键动作函数，运算符类型type */

void OprtKeyAction(unsigned char type)

{

unsigned char len;

unsigned char str[12];

if (step == 0) //第二操作数尚未输入时响应，即不支持连续操作

{

len = LongToString(str, num1); //第一操作数转换为字符串

LcdAreaClear(0, 0, 16-len); //清除第一行左边的字符位

LcdShowStr(16-len, 0, str); //字符串靠右显示在第一行

ShowOprt(1, type); //在第二行显示操作符

LcdAreaClear(1, 1, 14); //清除第二行中间的字符位

LcdShowStr(15, 1, "0"); //在第二行最右端显示0

oprt = type; //记录操作类型

step = 1;

}

}

/* 计算结果函数 */

void GetResult()

{

unsigned char len;

unsigned char str[12];

if (step == 1) //第二操作数已输入时才执行计算

{

step = 2;

switch (oprt) //根据运算符类型计算结果，未考虑溢出问题

{

case 0: result = num1 + num2; break;

case 1: result = num1 - num2; break;

case 2: result = num1 * num2; break;

case 3: result = num1 / num2; break;

default: break;

}

len = LongToString(str, num2); //原第二操作数和运算符显示到第一行

ShowOprt(0, oprt);

LcdAreaClear(1, 0, 16-1-len);

LcdShowStr(16-len, 0, str);

len = LongToString(str, result); //计算结果和等号显示在第二行

LcdShowStr(0, 1, "=");

LcdAreaClear(1, 1, 16-1-len);

LcdShowStr(16-len, 1, str);

}

}

/* 按键动作函数，根据键码执行相应的操作，keycode-按键键码 */

void KeyAction(unsigned char keycode)

{

if ((keycode>='0') && (keycode<='9')) //输入字符

{NumKeyAction(keycode - '0'); }

else if (keycode == 0x26) //向上键，+

{ OprtKeyAction(0);}

else if (keycode == 0x28) //向下键，-

{ OprtKeyAction(1); }

else if (keycode == 0x25) //向左键，*

{ OprtKeyAction(2);}

else if (keycode == 0x27) //向右键，÷

{OprtKeyAction(3);}

else if (keycode == 0x0D) //回车键，计算结果

{ GetResult();}

else if (keycode == 0x1B) //Esc键，清除

{

Reset();

LcdShowStr(15, 1, "0");

}

}

/* 配置并启动T0，ms-T0定时时间 */

void ConfigTimer0(unsigned int ms)

{

unsigned long tmp; //临时变量

tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率

tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值

tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值

tmp = tmp + 28; //补偿中断响应延时造成的误差

T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节

T0RL = (unsigned char)tmp;

TMOD &= 0xF0; //清零T0的控制位

TMOD |= 0x01; //配置T0为模式1

TH0 = T0RH; //加载T0重载值

TL0 = T0RL;

ET0 = 1; //使能T0中断

TR0 = 1; //启动T0

}

/* T0中断服务函数，执行按键扫描 */

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

TH0 = T0RH; //重新加载重载值

TL0 = T0RL;

KeyScan(); //按键扫描

}

1602 液晶显示模块

#include <reg52.h

#define LCD1602_DB P0

sbit LCD1602_RS = P1^0;

sbit LCD1602_RW = P1^1;

sbit LCD1602_E = P1^5;

/* 等待液晶准备好 */

void LcdWaitReady()

{

unsigned char sta;

LCD1602_DB = 0xFF;

LCD1602_RS = 0;

LCD1602_RW = 1;

do {

LCD1602_E = 1;

sta = LCD1602_DB; //读取状态字

LCD1602_E = 0;

} while (sta & 0x80); //bit7等于1表示液晶正忙，重复检测直到其等于0为止

}

/* 向LCD1602液晶写入一字节命令，cmd-待写入命令值 */

void LcdWriteCmd(unsigned char cmd)

{

LcdWaitReady();

LCD1602_RS = 0; LCD1602_RW = 0; LCD1602_DB = cmd;

LCD1602_E = 1; LCD1602_E = 0;

}

/* 向LCD1602液晶写入一字节数据，dat-待写入数据值 */

void LcdWriteDat(unsigned char dat)

{

LcdWaitReady();

LCD1602_RS = 1; LCD1602_RW = 0; LCD1602_DB = dat;

LCD1602_E = 1; LCD1602_E = 0;

}

/* 设置显示RAM起始地址，亦即光标位置，(x,y)-对应屏幕上的字符坐标 */

void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y)

{

unsigned char addr;

if (y == 0) //由输入的屏幕坐标计算显示RAM的地址

addr = 0x00 + x; //第一行字符地址从0x00起始

else

addr = 0x40 + x; //第二行字符地址从0x40起始

LcdWriteCmd(addr | 0x80); //设置RAM地址

}

/* 在液晶上显示字符串，(x,y)-对应屏幕上的起始坐标，str-字符串指针 */

void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str)

{

LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址

while (*str != '\0') //连续写入字符串数据，直到检测到结束符

{

LcdWriteDat(*str++);

}

}

/* 区域清除，清除从(x,y)坐标起始的len个字符位 */

void LcdAreaClear(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char len)

{

LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址

while (len--) //连续写入空格

{

LcdWriteDat(' ');

}

}

/* 整屏清除 */

void LcdFullClear()

{

LcdWriteCmd(0x01);

}

/* 初始化1602液晶 */

void InitLcd1602()

{

LcdWriteCmd(0x38); //16*2显示，5*7点阵，8位数据接口

LcdWriteCmd(0x0C); //显示器开，光标关闭

LcdWriteCmd(0x06); //文字不动，地址自动+1

LcdWriteCmd(0x01); //清屏

}

Lcd1602.c 文件中根据上层应用的需要增加了2 个清屏函数：区域清屏——LcdAreaClear，

整屏清屏——LcdFullClear。

按键动作和扫描模块

#include <reg52.h>

sbit KEY_IN_1 = P2^4;sbit KEY_IN_2 = P2^5;sbit KEY_IN_3 = P2^6;

sbit KEY_IN_4 = P2^7;//定义输入端口

sbit KEY_OUT_1 = P2^3;sbit KEY_OUT_2 = P2^2;sbit KEY_OUT_3 = P2^1;

sbit KEY_OUT_4 = P2^0;//定义输出端口

unsigned char code KeyCodeMap[4][4] = { //矩阵按键编号到标准键盘键码的映射表

{ '1', '2', '3', 0x26 }, //数字键1、数字键2、数字键3、加号键

{ '4', '5', '6', 0x25 }, //数字键4、数字键5、数字键6、乘号键

{ '7', '8', '9', 0x28 }, //数字键7、数字键8、数字键9、减号键

{ '0', 0x1B, 0x0D, 0x27 } //数字键0、清零键、 等于键、 除号键

};

unsigned char pdata KeySta[4][4] = { //全部矩阵按键的当前状态

{1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}

};

extern void KeyAction(unsigned char keycode);

/* 按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数，需在主循环中调用 */

void KeyDriver()

{

unsigned char i, j;

static unsigned char pdata backup[4][4] = { //按键值备份，保存前一次的值

{1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}

};

for (i=0; i<4; i++) //循环检测4*4的矩阵按键

{

for (j=0; j<4; j++)

{

if (backup[i][j] != KeySta[i][j]) //检测按键动作

{

if (backup[i][j] != 0) //按键按下时执行动作

{

KeyAction(KeyCodeMap[i][j]); //调用按键动作函数

}

backup[i][j] = KeySta[i][j]; //刷新前一次的备份值

}

}

}

}

/* 按键扫描函数，需在定时中断中调用，推荐调用间隔1ms */

void KeyScan()

{

unsigned char i;

static unsigned char keyout = 0; //矩阵按键扫描输出索引

static unsigned char keybuf[4][4] = { //矩阵按键扫描缓冲区

{0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF},

{0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}

};

//将一行的4个按键值移入缓冲区

keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | KEY_IN_1;

keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | KEY_IN_2;

keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | KEY_IN_3;

keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | KEY_IN_4; //消抖后更新按键状态

for (i=0; i<4; i++) //每行4个按键，所以循环4次

{

if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x00)

{ //连续4次扫描值为0，即4*4ms内都是按下状态时，可认为按键已稳定的按下

KeySta[keyout][i] = 0;

}

else if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x0F)

{ //连续4次扫描值为1，即4*4ms内都是弹起状态时，可认为按键已稳定的弹起

KeySta[keyout][i] = 1;

}

} //执行下一次的扫描输出

keyout++; //输出索引递增

keyout &= 0x03; //索引值加到4即归零

switch (keyout) //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚

{

case 0: KEY_OUT_4 = 1; KEY_OUT_1 = 0; break;

case 1: KEY_OUT_1 = 1; KEY_OUT_2 = 0; break;

case 2: KEY_OUT_2 = 1; KEY_OUT_3 = 0; break;

case 3: KEY_OUT_3 = 1; KEY_OUT_4 = 0; break;

default: break;

}

}

keyboard.c 是对之前已经用过多次的矩阵按键驱动的封装，具体到某个按键要执行的动

作函数都放到上层的 main.c 中实现，在这个按键驱动文件中只负责调用上层实现的按键动作函数即可。 main.c 文件实现所有应用层的操作函数，即计算器功能所需要信息显示、按键动作响应等，另外还包括主循环和定时中断的调度。 通过这样一个程序，我们可以学习如何进行多个.c 文件的编程，另外一个方面学会多个函数之间的灵活调用。可以把这个程序看成是一个简单的小项目进行练习。

第五部分是调试

调试分为硬件调试和软件调试两部分，调试时先调试硬件电路，然后再调试软件。硬件比较简单容易调试，主要是软件的调试要费些时间，只要有信心，就能在调试过程中锻炼自己的发现问题、分析问题、解决问题的能力。这个程序有点长，希望喜欢单片机的小伙伴们耐下心，慢慢理解，有问题可以留言、讨论！

调试完成的界面3795X593的结果

调试好的界面 3795x593

希望这个小项目能对喜欢单片机的小伙伴们有一定的帮助！喜欢的话请关注、留言、别忘了点个赞哦！你的支持是我前进的动力！

8位单片机控制数码管显示示例

单片机（如8051）通常用于控制数码管显示。以下是一个简单的示例，说明如何使用8051单片机控制一个7段LED数码管（假设是共阳极的）显示数字。

首先，我们需要了解7段LED数码管的工作原理。每个数字或字符都在7段LED上有一个特定的模式。例如，'0'是由7个LED都关闭来表示的，而'8'是由6、7和2（其他LED都关闭）来表示的。

以下是用于控制7段LED的8051单片机的一个简单程序示例：

c

复制

#include <reg51.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code LedChar[]={ // 定义LED字符的编码

0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07,

0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71

}; // 这些编码对应于每个数字或字符在7段LED上的模式

void delay(uint z) // 延迟函数

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void main() // 主函数

{

while(1) // 无限循环，将一直显示数字

{

P2 = LedChar[3]; // 将编码为3的数字（即'3'）发送到P2口，假设P2是连接7段LED的端口

delay(5); // 稍微延迟，以使LED能够正确更新

}

}

这个程序将无限循环地显示数字'3'。你可以通过更改LedChar[3]中的索引来更改显示的数字。例如，如果你想显示数字'5'，你可以将LedChar[3]更改为LedChar[4]。

请注意，这个程序假设P2口是连接7段LED的端口。如果你的电路连接不同，你需要更改这个端口。此外，这个程序没有包括任何错误检查或异常处理。在实际应用中，你可能需要添加这些功能。

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