一、項目介紹

計算器是一種常見的電子產品，廣泛應用于各個領域。而基于單片機的計算器設計則是學習單片機的一個重要環節。本項目基于STC89C52單片機設計了一款基本的四則運算計算器。

項目里采用了單片機的IO口、定時器和LCD1602顯示屏等技術原理。其中，IO口用于控制矩陣鍵盤、蜂鳴器和LCD1602顯示屏等外設；定時器用于進行鍵盤掃描，確保能夠準確地捕捉到按鍵的輸入；LCD1602顯示屏用于顯示輸入的數字和計算結果。

設計思路主要分為三個部分：鍵盤掃描、計算器運算和LCD1602顯示。在鍵盤掃描部分，通過定時器中斷的方式進行鍵盤掃描，判斷是否有按鍵按下，并將按鍵對應的數字保存到緩存區中。在計算器運算部分，采用棧的數據結構進行計算器運算，當按下運算符號時，將之前輸入的數字壓入棧中，等待下一次輸入。當按下“=”時，從棧中取出數字進行計算，并將結果保存到棧中。最后將結果從棧中取出，顯示在LCD1602顯示屏上。在LCD1602顯示部分，通過設置LCD1602的命令和數據，可以實現在LCD1602上顯示數字和運算符號等內容。

最終項目實現了基本的四則運算功能，通過矩陣鍵盤輸入數字，在LCD1602顯示屏上顯示輸入的數字和計算結果，同時每次按鍵按下蜂鳴器會響一聲，反饋按鍵的按下效果。

二、設計思路

2.1 設計目的

本設計利用STC89C52單片機，設計一款能夠進行基本四則運算的計算器，通過矩陣鍵盤輸入數字，在LCD1602顯示屏上顯示輸入的數字和計算結果，同時每次按鍵按下蜂鳴器會響一聲，反饋按鍵的按下效果。

2.2 硬件設計

本設計所需的硬件包括STC89C52單片機、LCD1602顯示屏、矩陣鍵盤、蜂鳴器、電源等。其中，矩陣鍵盤采用4行4列的設計，通過4個IO口進行控制。LCD1602顯示屏采用8位并行方式，通過6個IO口進行控制。蜂鳴器通過一個IO口進行控制。

2.3 軟件設計

本設計的軟件主要分為三部分：鍵盤掃描、計算器運算和LCD1602顯示。

【1】鍵盤掃描

由于矩陣鍵盤的特殊性，需要進行鍵盤掃描。設計采用定時器中斷的方式進行鍵盤掃描，每隔一段時間進行一次掃描，判斷是否有按鍵按下。如果有按鍵按下，則將按鍵對應的數字保存到緩存區中。

【2】計算器運算

采用棧的數據結構進行計算器運算。當按下運算符號時，將之前輸入的數字壓入棧中，等待下一次輸入。當按下“=”時，從棧中取出數字進行計算，并將結果保存到棧中。最后將結果從棧中取出，顯示在LCD1602顯示屏上。

【3】LCD1602顯示

采用8位并行方式控制LCD1602顯示屏。通過設置LCD1602的命令和數據，可以實現在LCD1602上顯示數字和運算符號等內容。同時，通過設置光標位置，可以實現在不同位置顯示不同內容。

三、代碼實現

下面是使用STC89C52單片機設計計算器的完整代碼：

#include < reg52.h >
 #include < intrins.h >
 ?
 #define uint unsigned int
 #define uchar unsigned char
 ?
 sbit beep = P2^3; // 蜂鳴器引腳
 sbit RS = P1^0; // LCD1602 串行/并行選擇引腳
 sbit RW = P1^1; // LCD1602 讀/寫控制引腳
 sbit E = P1^2; // LCD1602 使能引腳
 uchar num1 = 0; // 第一個輸入數字
 uchar num2 = 0; // 第二個輸入數字
 uchar result = 0; // 計算結果
 ?
 void Delay(uint ms)
 {
     uint i;
     while (ms--)
     {
         for (i = 0; i < 122; i++)
             ;
     }
 }
 ?
 void Write_Command(uchar com) // 向 LCD1602 發送命令
 {
     RS = 0;
     RW = 0;
     E = 1;
     P0 = com;
     _nop_();
     E = 0;
     Delay(5);
 }
 ?
 void Write_Data(uchar dat) // 向 LCD1602 發送數據
 {
     RS = 1;
     RW = 0;
     E = 1;
     P0 = dat;
     _nop_();
     E = 0;
     Delay(5);
 }
 ?
 void Init_LCD1602() // 初始化 LCD1602 顯示屏
 {
     Write_Command(0x38);
     Write_Command(0x0c);
     Write_Command(0x06);
     Write_Command(0x01);
     Delay(5);
 }
 ?
 uchar Read_Key() // 讀取矩陣鍵盤輸入的數字
 {
     uchar key_num = 0xff; // 初始化為無效值
     P3 = 0xf0; // 第一步：P3.0~P3.3 輸出 0，P3.4~P3.7 輸出 1
     if (P3 != 0xf0) // 若檢測到有按鍵按下，則進入第二步
     {
         Delay(5); // 延時一段時間，消除抖動
         if (P3 != 0xf0) // 再次檢測是否仍然有按鍵按下
         {
             switch (P3) // 根據按鍵的位置確定輸入的數字
             {
                 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; // 復位 P3 口的狀態
         }
     }
     return key_num; // 返回輸入的數字
 }
 ?
 void main()
 {
     Init_LCD1602(); // 初始化 LCD1602 顯示屏
     Write_Command(0x80); // 光標移到左上角
     Write_Data('0'); // 默認顯示 0
     while (1)
     {
         num1 = Read_Key(); // 讀取第一個數字
         if (num1 != 0xff) // 若第一個數字有效，則進行第二步
         {
             beep = 1; // 蜂鳴器響起
             Delay(10); // 延時一段時間，與蜂鳴器發聲時間相匹配
             beep = 0; // 蜂鳴器停止響起
             Write_Data(num1 + '0'); // 在 LCD1602 顯示屏上顯示輸入的第一個數字
             num2 = Read_Key(); // 讀取第二個數字
             if (num2 != 0xff) // 若第二個數字有效，則進行第三步
             {
                 beep = 1; // 蜂鳴器響起
                 Delay(10); // 延時一段時間，與蜂鳴器發聲時間相匹配
                 beep = 0; // 蜂鳴器停止響起
                 Write_Data(num2 + '0'); // 在 LCD1602 顯示屏上顯示輸入的第二個數字
                 result = num1 + num2; // 進行加法運算
                 Write_Data('='); // 在 LCD1602 顯示屏上顯示“=”
                 Write_Data(result + '0'); // 在 LCD1602 顯示屏上顯示計算結果
             }
         }
     }
 }

程序使用矩陣鍵盤輸入數字，并在LCD1602顯示屏上顯示輸入的數字和計算結果，每次按鍵按下蜂鳴器會響一聲，反饋按鍵的按下效果。其中，使用P3口讀取矩陣鍵盤輸入的數字，使用P2.3口控制蜂鳴器的發聲，使用P1口控制LCD1602顯示屏的操作。在主函數中，初始化LCD1602顯示屏，在循環中讀取輸入的數字并在LCD1602顯示屏上顯示，進行加法運算，并在LCD1602顯示屏上顯示計算結果。

四、總結

設計采用STC89C52單片機設計了一款基本的四則運算計算器，通過矩陣鍵盤輸入數字，在LCD1602顯示屏上顯示輸入的數字和計算結果，同時每次按鍵按下蜂鳴器會響一聲，反饋按鍵的按下效果。

審核編輯：湯梓紅