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基于 AT89S51 单片机的计算器设计
周琛晖,张振南,王志峰
中国矿业大学计算机学院,江苏徐州(221008)
摘要:随着社会的发展,科学的进步,人们的生活水平在逐步的提高,尤其是微电子技术
的发展,犹如雨后春笋般的变化。单片机的应用已经越来越贴近生活,用单片机来实现一些
电子设计也变得容易起来。计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。可是它还
在发展之中,以后必将出现功能更加强大的计算器,基于这样的理念,本次设计是用单片机
来设计的计算器。该设计系统是以 AT89C51 为单片机, P0 口作为输入端,外接 4X4 的键
盘,通过键盘扫描来对输入数的控制,在 P1 口,P2 口接了驱动电路。用来保证 LED 的工
作正常。计算器将完成的功能有加,减,乘,除等功能。
关键词:计算器;电子设计;LED;单片机

为了满足计算器的基本要求,可以基本的运算(加减乘除),数据归零和出错警告提示,
我们采用基于单片机设计计算器,并用 LED 数码管显示数据,4*4 的矩阵键盘实现数据输
入。设计仿真和调试要用到 Protues 、Keil 和 Protel DXP 等软件。

根据功能和指标要求,本系统选用 MCS 51 单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口
电路,实现对计算器的设计。具体设计考虑如下:
①由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,对数字的大小范围要求不高,故
我们采用可以进行四位数字的运算,选用 8 个 LED 数码管显示数据和结果。
②另外键盘包括数字键(0~9)、符号键(+、-、×、÷)、清除键和等号键,故只需要
16 个按键即可。
系统模块图:

单片机输入模块

运算模块

显示模块

图 1 系统方案图

输入模块:键盘扫描
计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键,如果采用独立按键的方式,在这
种情况下,编程会很简单,但是会占用大量的 I/O 口资源,因此在很多情况下都不采用这种
方式。为此,我们引入了矩阵键盘的应用,采用四条 I/O 线作为行线,四条 I/O 线作为列线
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组成键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为 4×4
个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中 I/O 口的利用率。[1][2][4]
矩阵键盘的工作原理:
计算器的键盘布局如图 2 所示:一般有 16 个键组成,在单片机中正好可以用一个 P 口
实现 16 个按键功能,这种形式在单片机系统中也最常用。

1 2 3 4

5 6 7 8

9 0 + -

* / = C

图 2、矩阵键盘布局图

图 3、矩阵键盘内部电路图

由图 3 矩阵键盘内部电路图可以知道,当无按键闭合时,P10~P13 与 P14~P17 之间开路。
当有键闭合时,与闭合键相连的两条 I/O 口线之间短路。判断有无按键按下的方法