简易计算器设计报告.doc

1602液晶显示计算器设计报告2023年10月一、摘要计算器是人们的平常生活最常见的电子产品之一，应用广泛，功能强大。本次我们小组设计制作了一个简易计算器，可以在-99999999999999的范围内进行整数、小数的四则运算运算，并求解ax+ex=b类型方程。该计算器以AT89C51单片机芯片作为核心，采4*4矩阵键盘作为输入，将数据输入单片机内部解决，用LCD1602工业字符液晶显示出运算和结果。进行显示。通过检查可以实现预设功能，具有很高的实用价值。关键词：单片机；简易计算器；AT89C51；LCD1602。本设计具有以下功能：1、可以实现-99999999999999范围内整数，小数的基本运算（超过范围后报错）。2、储存运算结果，掉电不丢失。3、实现6位及以上有效数字。4、解ax+ex=b方程。5、可以连续运算，即上次运算结果作为下次的输入。6、可以在一次操作中连续运算。二、方案论证方案描述：方案一：以51单片机为核心，4*4矩阵键盘输入，数码管显示输入数字和运算结果。方案二：以51单片机为核心，4*4矩阵键盘输入，LCD1602显示输入数字和运算结果。方案比较与选择：LCD1602作为一个成熟的产品，使用简朴，模式固定，便于移植到各种类型的程序，又有微功耗、体积小、显示内容丰富超薄轻巧等优点，而数码管虽然亮度高，但是操作复杂、能耗高、且不能显示符号，本设计对亮度规定不是特别高，故采用方案二。三、解方程算法ax+ex=b为非线性方程，采用牛顿法迭代求解。原理是运用泰勒公式在X0处展开，且展开到一阶，即f(X)=f(X0)+(X- X0)f(X0),求解X=X1= X0-f(X0)/f(X0),进而推出Xn+1=Xn-f(Xn)/f(Xn)。通过迭代，这个式子必然在f(x)=0的时候收敛，进而得到方程的解。四、电路与程序系统组成：电源系统，复位电路，晶振电路，4*4矩阵键盘，独立按键，STC80C52， LCD1602。具体设计如下：S171K1、复位电路2、键盘电路3、晶振电路4、1602显示屏16025、STC89C52电路6、电源电路系统软件与流程图：1）、总流程图开始初始化读取Function value存入eeprom扫描4*4矩阵键盘生成Function value计算扫描mode键显示选择界面(短按)，显示上次计算结果（长按）解方程否是是否按下Fuction value2）、计算部分流程图09为数字运算符等号1015为符号091014生成num2扫描4*4矩阵键盘1602显示显示num2扫描4*4矩阵键盘记录符号生成num11602显示计算生成num2015？keyvalue015？计算生成num23）、解方程部分流程图初值x0=009为数字09为数字是否15为确认15为确认生成参数a生成参数b扫描4*4矩阵键盘扫描4*4矩阵键盘1602显示1602显示显示结果XnXn+1=Xn-f(Xn)/f(Xn)015？015？f（Xn）0.0005?使用说明：1、接入电源，按下电源开关后进入上次关闭时的界面（计算或解方程界面）。2、计算时，输入数字和符号，按等号键输出结果，超过运算范围则报错，按AC键退出；3、解方程时，先输入参数a，b，按等号键确认，后输出ax+ex=b的解。按任意键继续解方程。4、在任意时刻短按mode键进入菜单界面，按1进入计算界面，按2进入解方程界面。5、长按mode键为记忆功能，即显示上次的计算结果。测试方案及结果:1、 菜单界面2、 加法运算3、 减法运算4、乘法运算5、除法运算6、连续运算7、上次运算结果作为下次输入8、报错9、解方程10、记忆功能参考书目新概念51单片机C语言教程电子工业出版社附录 源代码：/键盘接P3，1602接P0，STC89C58RC/by-FCY 2023-10#include /单片机头文献#include#include#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int #define RdCommand 0x01/定义ISP的操作命令#define PrgCommand 0x02#define EraseCommand 0x03#define Error 1#define Ok 0#define WaitTime 0x01 /定义CPU的等待时间sfr ISP_DATA=0xe2; /寄存器申明sfr ISP_ADDRH=0xe3;sfr ISP_ADDRL=0xe4;sfr ISP_CMD=0xe5;sfr ISP_TRIG=0xe6;sfr ISP_CONTR=0xe7;sbit lcden=P11; /定义1602能使端和数据命令选择端sbit lcdrs=P10;/*sbit lcden=P34;/TX开发板调试sbit lcdrs=P35;sbit dula=P26;sbit wela=P27;*/sbit mode=P12;/定义功能键sbit led=P15;/定义1602背光Kuchar time;/定义中断计时时间char cnumf14;char csign5=.,+,-,*,/;/定义整数,小数,符号数组float num1,num2;/定义运算数字uchar key_value,sign_value=11,fun_value=1;/定义键值,符号值,功能值void delay(uint z);/函数声明uchar keyscan();void function_choose();void write_com(uchar com);void write_data(uchar date);void memoryread();float num_input();float num_input0();void num_output(float num);void display(int s,char str16,uchar l);/*=延时函数=*/void delay(uint z)/延时z毫秒uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*=键盘扫描函数=*/uchar keyscan()uchar num=100,temp;TR0=1;/计时开始while(num=100)/只有有键按下的时候才跳出P3=0xfe;temp=P3;temp=temp&0xf0;/扫描mode键if(mode=0)delay(10);if(mode=0)delay(500);/按下500毫秒if(mode=0)while (!mode);/等待释放memoryread();/读取记忆else/短按while (!mode);function_choose();/功能选择ISP_CONTR=0X20;/系统复位/扫描矩阵键盘while(temp!=0xf0)delay(5);temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P3;switch(temp)case 0xee:num=7;break;case 0xde:num=8;break;case 0xbe:num=9;break;case 0x7e:num=11;break;while(temp!=0xf0)temp=P3;temp=temp&0xf0;P3=0xfd;temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P3;switch(temp)case 0xed:num=4;break;case 0xdd:num=5;break;case 0xbd:num=6;break;case 0x7d:num=12;break;while(temp!=0xf0)temp=P3;temp=temp&0xf0;P3=0xfb;temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P3;switch(temp)case 0xeb:num=1;break;case 0xdb:num=2;break;case 0xbb:num=3;break;case 0x7b:num=13;break;while(temp!=0xf0)temp=P3;temp=temp&0xf0;P3=0xf7;temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P3;switch(temp)case 0xe7:num=0;break;case 0xd7:num=10;break;case 0xb7:num=15;break;case 0x77:num=14;break;while(temp!=0xf0)temp=P3;temp=temp&0xf0;led=0;/亮屏time=0;/有键按下时清零计时return num;/*=数据储存部分=*/打开 ISP,IAP 功能void ISP_IAP_enable(void)EA=0;/关中断 ISP_CONTR =ISP_CONTR & 0x18; / 0001,1000ISP_CONTR =ISP_CONTR | WaitTime;/写入硬件延时ISP_CONTR =ISP_CONTR | 0x80; /ISPEN=1/关闭 ISP,IAP 功能void ISP_IAP_disable(void)ISP_CONTR=ISP_CONTR & 0x7f;/ISPEN = 0ISP_TRIG=0x00;EA= 1;/开中断/公用的触发代码void ISPgoon(void)ISP_IAP_enable();/打开 ISP,IAP 功能ISP_TRIG=0x46;/ 触发ISP_IAP命令字节1ISP_TRIG=0xb9;/ 触发ISP_IAP命令字节2_nop_();/读取数据unsigned char byte_read(unsigned int byte_addr)ISP_ADDRH = (unsigned char)(byte_addr 8);/地址赋值ISP_ADDRL = (unsigned char)(byte_addr & 0x00ff);ISP_CMD = ISP_CMD& 0xf8;/清除低3位ISP_CMD = ISP_CMD| RdCommand;/ 写入读命令ISPgoon();/触发执行ISP_IAP_disable();/关闭ISP,IAP功能return (ISP_DATA);/ 返回读到的数据/扇区擦除void SectorErase(unsigned int sector_addr)unsigned int iSectorAddr;iSectorAddr = (sector_addr & 0xfe00); /取扇区地址ISP_ADDRH = (unsigned char)(iSectorAddr 8);ISP_ADDRL = 0x00;ISP_CMD= ISP_CMD & 0xf8;/清空低3位ISP_CMD= ISP_CMD | EraseCommand;/擦除命令3ISPgoon();/触发执行ISP_IAP_disable();/关闭ISP,IAP功能/写入数据void byte_write(unsigned int byte_addr, unsigned char original_data)ISP_ADDRH =(unsigned char)(byte_addr 8); /取地址ISP_ADDRL =(unsigned char)(byte_addr & 0x00ff);ISP_CMD = ISP_CMD & 0xf8;/清低3位ISP_CMD = ISP_CMD | PrgCommand; /写命令2ISP_DATA = original_data;/写入数据准备ISPgoon();/触发执行ISP_IAP_disable();/关闭IAP功能/储存浮点数函数void memory(float num) char i=13;float a;a=num;sprintf(cnumf,%14.6f,a);while (cnumfi=48|cnumfi=46)i=i-1;if(cnumfi+1=46)break; /将浮点数拆提成数组并去除尾数的0（或小数点）SectorErase(0x2200);/擦除扇区byte_write(0x2200,i);/储存位数for(;i=0;i-)byte_write(0x2201+i,cnumfi);/储存数组/读取浮点数函数void memoryread()char i;i=byte_read(0x2200);/读取位数write_com(0x01);/清屏display(0x80, memory number ,16);write_com(0x80+0x4f);/定位指针为第二行第16位（最后一位）write_com(0x0c);/不显示光标 write_com(0x04);/写一个字符指针减一for(;i=0;i-)/读取数组cnumfi=byte_read(0x2201+i);write_data(cnumfi);write_com(0x06);/还原1602设立：写一个字符指针加一/*=1602相关函数=*/写指令void write_com(uchar com)lcdrs=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;/写数据void write_data(uchar date)lcdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0; delay(5);/清除某行函数void clear(int s)/光标起始位(第一行0x80，第二行0x80+0x40) uchar i=0;write_com(s);/定位指针位置write_com(0x06);write_com(0x0c);/不显示光标while(i=16)write_data(32);i+;/输入16个空格write_com(s);/指针归位write_com(0x0e);/显示光标/显示字符函数void display(int s,char str16,uchar l)/定义显示起点，显示的数组，显示字符的个数int j=0;write_com(s);write_com(0x06);for(j=0;jl;j+)write_data(strj);/*=初始化函数=*/void init()lcden=0;/写命令模式num1=0;num2=0;/数据清零led=0;/亮屏write_com(0x38);/设立16*2显示，5*7点阵，8位数字据接口write_com(0x0e);/光标不闪烁write_com(0x06);/写字符后指针自动加一write_com(0x01);/显示清零，指针清零write_com(0x80);/指针定位为第一行首位TMOD=0x01;/开定期器T0，并设立为16位定期模式，且启动仅受TR0控制 TH0=0x4c;TL0=0x00;/装入初值65536-46080，初值=216-计数个数N，N=(计数时长*晶振频率/12)(50ms)EA=1;ET0=1;/打开T0中断允许/*=数字输入函数=*/数字输入函数float num_input()float num=0;char key,i=1;char sign=1;key=keyscan();if(key=12)sign=-1;write_data();write_data(-);key=keyscan();/解决负数运算if(key10)num=0;while(key10)num=num*10+key;write_data(key+0x30);key=keyscan();if (key=10)write_data(csign0);for(key=keyscan();key10;key=keyscan()num=num+key/pow(10,i);write_data(key+0x30);i+;if(sign=11&key=14)/假如按下运算符write_data(csignkey-10);/显示运算符key_value=key;/记录运算符num=sign*num;return num;/数字输入函数0float num_input0()float num=num2;/无操作返回num2char key,i=1;key=keyscan();clear(0x80);/清除第一行if(key10)num=0;while(key10)num=num*10+key;write_data(key+0x30);key=keyscan();if (key=10)write_data(csign0);for(key=keyscan();key=11&key=9999999|num=0;j-)/显示数字num，不显示尾数的零（如12.00000显示为12）write_data(cnumfj);write_com(0x06);/还原1602设立：写一个字符指针加一/*=功能选择函数=*/void function_choose()uchar j=0;while(1) switch(j%2)/页面选择case 0:display(0x80,1 calculate +,16);/显示菜单display(0x80+0x40,2 advance +,16);/显示菜单display(0x80+0x40,4 information=200)/1min 灭屏led=1;/*=计算函数=*/void calculate()num2=num_input0();/获取num2，记录运算符，并判断是否为连续运算while(key_value=11)/假如没有输入等号sign_value=key_value;/转移运算符的符号值num1=num_input();/获取num1，记录下一个运算符switch(sign_value)case 11:num2=num2+num1;break; case 12:num2=num2-num1;break;case 13:num2=num2*num1;break; case 14:num2=num2/num1;break;/计算，将结果赋给num2if(key_value=15)/假如符号为等号 num_output(num2);/显示运算结果write_com(0x80+0x40);write_data(=);/显示等号/*=高级计算=*/void advanced()uchar k=0; float x=0,y=0;float z=0;while(1)display(0x80,1xy 3cos 5ln +,16);/显示菜单display(0x80+0x40,2sin 4tan 6ra 0&ky)init();display(0x80+0x40, Error ,16);while(1);doz=rand()%(int)x-(int)y-1)+(int)x;num_output(z);k=keyscan();while(k=15);continue;case 2:display(0x80,sin ,4);x=num_input();/获取xz=sin(x);break;case 3:display(0x80,cos ,4);x=num_input();/获取xz=cos(x);break; case 4:display(0x80,tan ,4);x=num_input();/获取xz=tan(x);break;case 5:display(0x80,ln ,3);x=num_input();/获取xz=log(x);break;write_data(=);/显示等号num_output(z);keyscan();/等待任意键/*=解方程函数=*/void equation() long i=0;float a=0,b=0;float x=20;/定义方程中的变量a b x init();write_data(a);write_data(=);a=num_input();/显示并获取awrite_com(0x80+0x40);write_data(b);write_data(=);b=num_input();/显示并获取bif(floor(a)+floor(b)=fabs(a)+fabs(b)&a*b!=0)/假如a,b均为正整数if(a=1&b=1)x=0;for(;fabs(a*x+exp(x)-b)1e-5;i+)/设立精度为10(5) x=x-(a*x+exp(x)-b)/(a+exp(x);/牛顿法重要循环x1=x0-f(x)/f(x) if(i=1000)/1000次迭代没有达成精度就跳出 break;write_com(0x01);/清屏num_output(x);/第二行显示方程的解display(0x80+0x40,x=,2);/显示x=elsewrite_com(0x01);/清屏display(0x80+0x40, Error ,16);/报错while(1);/程序停止display(0x80,any key