51单片机的简易计算器设计（仿真+程序+原理图+PCB+设计报告）

article/2025/6/22 13:41:22

本设计：
基于51单片机的简易计算器设计（仿真+程序+原理图+PCB+设计报告）
仿真：proteus 7.8
程序编译器：keil 4/keil 5
编程语言：C语言
编号S0001

芯片可以替换为STC89C52/STC89C51/AT89C52/AT89C51等51单片机芯片。

一、该简易计算器设计硬件电路采用三部分电路模块构成：
1、键盘模块电路，采用 4*4 矩阵式键盘作为输入电路；
2、LCD1602 液晶显示模块；
3、以 51 单片机作为控制核心。

二、软件程序主要由三部分组成：主程序、按键扫描程序和 LCD1602 显示程序。

三、性能指标
（1）用51单片机设计一个简易计算器，并用 1602 液晶显示相应的数据。
（2）可以进行简单的加减乘除运算。
（3）最大可以 9999*9999，。
（4）可以通过 proteus 仿真。

仿真图（提供源文件）：
在这里插入图片描述

原理图（提供源文件）：

单片机最小系统介绍

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。本文的单片机特指51单片机，具体芯片型号是。需注意STC89C51,STC89C52，AT89C51,AT89C52都是51单片机的一种具体芯片型号。

最小系统组成：

51单片机最小系统：单片机、复位电路、晶振（时钟）电路、电源

最小系统用到的引脚

1、主电源引脚（2根）

VCC：电源输入，接＋5V电源

GND：接地线

2、外接晶振引脚（2根）

XTAL1：片内振荡电路的输入端

XTAL2：片内振荡电路的输出端

3、控制引脚（4根）

RST/VPP：复位引脚，引脚上

复位电路

一般来说，在电路图中，电容的的大小是10uf，电阻的大小是10k。（不特指本电路，具体参数看仿真图）

在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。可以算出电容充电到电源电压的0.7倍，即电容两端电压为3.5V、电阻两端电压为1.5V时，需要的时间约为T=RC=10K*10UF=0.1S。

也就是说在单片机上电启动的0.1S内，电容两端的电压从0-3.5V不断增加，这个时候10K电阻两端的电压为从5-1.5V不断减少（串联电路各处电压之和为总电压），所以RST引脚所接收到的电压是5V-1.5V的过程，也就是高电平到低电平的过程。

单片机RST引脚是高电平有效，即复位；低电平无效，即单片机正常工作。所以在开机0.1S内，单片机系统RST引脚接收到了时间为0.1S左右的高电平信号，所以实现了自动复位。

在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。

晶振电路

晶振基本概念晶振全名叫晶体振荡器，每个单片机系统里都有晶振，晶振是由石英晶体经过加工并镀上电极而做成的，主要的特性就是通电后会产生机械震荡，可以给单片机提供稳定的时钟源，晶振提供时钟频率越高，单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

晶振起振后，产生的振动信号会通过XTAL1引脚，依次经过振荡器和时钟发生器的处理，得到机器周期信号，作为指令操作的依据。51单片机常用的晶振是12M和11.0592M
在这里插入图片描述

PCB图（提供源文件）：

源程序（提供源文件）：

复制到浏览器https://docs.qq.com/sheet/DS0xIa0llTmtNakRW
#include "reg52.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "lcd1602.h"
#include "keyboard.h"#define keydeng		14
#define keyzuoyi  12code unsigned char KeyDisPlaybuf[16] = 
{'1', '2', '3', '+',\'4', '5', '6', '-',\ '7', '8', '9', '*',\'<', '0', '=', '/'
};long Count(char *ch, char len)//简单计算器 仅支持加减乘除+-*/
{unsigned char i = 0;char Operation;long Num1=0,Num2=0;while(i<len && ch[i]!='+' && ch[i]!='-' && ch[i]!='*' && ch[i]!='/'){Num1*=10;Num1+=ch[i]-'0';i++;}Operation=ch[i++];while(i<len && ch[i]!='='){Num2*=10;Num2+=ch[i]-'0';i++;}switch(Operation){case'+':return Num1+Num2;case'-':return Num1-Num2;case'*':return Num1*Num2;case'/':return Num1/Num2;}return 0;
}void EasyCounter(void)
{unsigned char buff[30];unsigned char text[30];unsigned char key;unsigned char i = 0;do{key = keycan();//读取键值	if(key!=0xff)//键值不等于0{text[i++]=KeyDisPlaybuf[key];//记录键值对应的字符text[i]='\0';LCD_ShowStr(0,0,"                ");LCD_ShowStr(16-strlen(text),0,text);}if(key==keyzuoyi&&i>0)//按下"<"时删除一位i-=2;}while(key!=keydeng);//按下'='时结束输入sprintf(buff, "%ld", Count(text, strlen(text)));LCD_ShowStr(0,1,"                ");LCD_ShowStr(16-strlen(buff),1,buff);
}void main(void)
{LCD_Init();while(1){EasyCounter();}
}