【C语言】51单片机计算器（LCD1602液晶显示）

1 设计目标

设计可选模式的计算器

2 主要功能

功能一：可选两种计算模式，模式一为四则运算，模式二为扩展内容；

功能二：除法的计算结果保留到小数点后四位；

功能三：除数为0时报错。

3 硬件部分讲解

51单片机，导线，矩阵键盘，独立按键，LCD1602液晶显示屏

图1图2

图3图4

图5图6

图7

图8

图9

图10

图11

图1为矩阵键盘模块。

图2为独立按键模块。K1连接P2_0，K2连接P2_1。

图3为LCD1602接口。控制效果如下：

RW：P2_5控制；

RS：P2_6控制；

EN：P2_7控制；

D0—D7:P0_0—P0_7。

图4为矩阵键盘由P1组控制的效果。

图5为LCD1602显示代码。

图6为LCD1602显示位置及代码。

图7为LCD1602的引脚接口说明。

图8为LCD1602的写操作时序图。

图9为LCD1602的时序参数。

图10为计算器计算按键，对应矩阵键盘。

图11为计算器模式选择按键，对应独立按键。

4 软件流程及代码实现

4.1主要代码说明

本程序由一个主函数和六个子函数组成。子函数分别为：延时函数、LCD写命令函数、LCD写数据函数、LCD初始化函数、模式判定函数、计算器函数。

4.1.1 主函数

主函数首先调用LCD初始化函数对LCD1602显示屏进行初始化，然后显示欢迎语句welcome，延时1s后清屏。进入循环后首先调用功能判定函数选择计算器模式。在设计之初计划设定两种模式，模式一中为四则运算，模式二中为扩展其他功能，随后根据所选模式的返回值进入不同的计算器程序。此处只对模式一进行展示，即四则运算。

void main(){ uint x;lcdinit();//LCD1602初始化 for(x=0;x<12;x++)lcdwrd(wel[x]);//显示欢迎语句：Welcome delay(1000); lcdwrc(0x01);//LCd1602清屏 while(1){MODE();//功能判定函数KeyDown();//按键判断函数 }}

4.1.2 子函数1

延时函数为延时x毫秒，主要用于LCD1602的初始化、显示语句、按键消抖。

void delay(unsigned int xms)//延时x毫秒 {unsigned int i,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=112;j>0;j--);return;}

4.1.3 子函数2

LCD写命令函数。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。此处为RS赋低电平选择指令寄存器。由写操作时许图可知，RW可全过程定义为低电平；EN为使能端，由EN和DB0—DB7时序可知，EN首先为低电平，高电平时写指令，低电平时写指令完成，液晶模块执行命令。

void lcdwrc(uint c){ delay(100); rs=0; rw=0; e=0; P0=c; e=1; delay(100); e=0;}

4.1.4 子函数3

LCD写数据函数。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。此处为RS赋高电平选择数据寄存器。由写操作时许图可知，RW可全过程定义为低电平；EN为使能端，由EN和DB0—DB7时序可知，EN首先为低电平，高电平时写数据，低电平时写数据完成，液晶模块执行命令。

void lcdwrd(uint dat) //设置LCD写数据{ delay(100); rs=1; rw=0; e=0; P0=dat; e=1; delay(100); e=0; rs=0;}

4.1.5 子函数4

初始化LCD函数。固定程序以及定义计算器需要用的变量。

void lcdinit() //初始化LCD{ delay(150); lcdwrc(0x38);//写指令38H delay(50); lcdwrc(0x38);//显示模式设置 delay(50); lcdwrc(0x38); delay(50); lcdwrc(0x38);//功能设定指令 lcdwrc(0x08); lcdwrc(0x01);//清屏 lcdwrc(0x06);//显示光标移动设置 lcdwrc(0x0c); //显示开关控制指令 num=0;//用于判定按键是否为“=”或者“归零”时的变量 fuhao=0;//用于判定是否为运算符号 flag=0;//用于判定运算方式时的变量 a=0;//计算的第一个数 b=0;//计算的后一个数 c=0;//计算结果 x=0;//判定小数点的变量，暂存c值 k=0;//判定小数点的变量，小数点后非零数个数 j=0;//显示ERROR时的循环用变量}

4.1.6子函数5

模式判定函数。用于显示选择的是哪个模式并且返回主函数值，使主函数运行相应值。此处因我只定义了一个模式，故只有模式1。

void MODE(){if(P2_0==0){ for(j=0;j<10;j++)lcdwrd(MODE1[j]);//显示语句：MODE1 delay(1000);//延时lcdinit();//重新初始化LCD1602 }}

4.1.7子函数6

计算器函数。该函数较为复杂，大致分为按键判定、按键扫描、实现功能。

按键判定使判断是否有按键按下。

按键扫描部分是判定哪个键被按下。首先对第一列扫描，若扫描结果为归零键，便会将LCD执行清零操作。若扫描到其他按键，则显示对应数字。后面二、三、四列的定义均如此。

计算部分为扫描结果为“=”键时。加法和乘法运算都只需要直接计算即可。计算的结果是从后往前输入，这样便于确定结果显示的位置。

减法运算中，程序会先判断减数和被减数的大小关系，从而确定结果是否为负数。若为负数，则会显示负号。

除法运算时，因为除法中可能会出现小数，所以先将计算结果乘以10000，然后将结果循环除以10，直到为0，每次循环都会使变量k加1，最后跟据k的大小（1-4）来确定小数点的位置，即保留四位小数。

void KeyDown()//计算器函数{k=0; P1=0x0f; //0000 11111，行都为低电平0，列都为高电平if(P1!=0x0f)//P1不为0x0f，则判定为有按键被按下 {delay(100);//消抖if(P1!=0x0f)//延时后，再次判断 {P1=0x0f;//0000 11111，行都为低电平0，列都为高电平switch(P1)//{/********************第一列有按键按下*********************/ case 0x07://0000 0111 第一列有按键被按下{P1=0xf0;//列都为低电平0，行都为高电平1 switch(P1)//判断哪一行的按键被按下 {case 0x70: num = 1/*S1*/;k=7;break;//0111 0000第一列第一行 数字7case 0xb0: num = 5/*S5*/;k=4;break;//1011 0000第一列第二行 数字4case 0xd0: num = 9/*S9*/;k=1;break;//1101 0000第一列第三行 数字1case 0xe0: num = 13/*S13*/;break; //1110 0000第一列第四行 归零} if(num!=13)//被按下的按键不是归零键 {if(fuhao==0)//fuhao==0，表示第一个数a，fuhao==1，表示第二个数b a=a*10+k;elseb=b*10+k;}lcdwrd(0x30+k);//显示按下的数，0x30为ASCII码中数字组的开头，0x3k：显示k，即按下数字k if(num==13)//按下的按键是清零键{lcdwrc(0x01); //清屏指令 lcdinit();//重新初始化LCD1602 }}while(P1!=0xf0);break;//当有按键被按下时，结束此次判断，进行下一次判断/********************第二列有按键按下*********************/case 0x0b: //0000 1011 第二列有按键被按下 {P1=0xf0;//行都为高电平1，列都为低电平0switch(P1)//判断哪一行有按键被按下 {case 0x70: k=8;break;//第二列第一行 数字8case 0xb0: k=5;break;//第二列第二行 数字5case 0xd0: k=2;break;//第二列第三行 数字2case 0xe0: k=0;break;//第二列第四行 数字0} if(fuhao==0)//fuhao==0，表示第一个数a，fuhao==1，表示第二个数ba=a*10+k;elseb=b*10+k; lcdwrd(0x30+k);//显示按下的数，0x30为ASCII码中数字组的开头，0x3k：显示k，即按下数字k }while(P1!=0xf0);break;//当有按键被按下时，结束此次判断，进行下一次判断 /********************第三列有按键按下*********************/case 0x0d: //0000 1101 第三列有按键被按下 {P1=0xf0;//行都为高电平1，列都为低电平0switch(P1)//判断哪一行有按键被按下{case 0x70: num=3;k=9;break;//第三列第一行 数字9 case 0xb0: num=7;k=6;break;//第三列第二行 数字6 case 0xd0: num=11;k=3;break;//第三列第三行 数字3case 0xe0: num=15;break;//第三列第四行 “=”键 } if(num!=15)//按下的键不为“=”键 { if(fuhao==0)//fuhao==0，表示第一个数a，fuhao==1，表示第二个数ba=a*10+k;elseb=b*10+k; lcdwrd(0x30+k);//显示按下的数，0x30为ASCII码中数字组的开头，0x3k：显示k，即按下数字k}/************"="键被按下************/if(num==15)//按下的键为=键 {switch(flag)//判断进行哪种运算 { /*******加法运算*********/case 1://加法运算{c=a+b;//计算结果 lcdwrc(0x4f/*第二行末尾位置*/+0x80);//光标置于第二行末尾 lcdwrc(0x04);//设置显示方式：显示后指针减一，即前移一位 if(c==0)//若结果为0 lcdwrd(0x30);//显示0 while(c!=0){lcdwrd(0x30+c%10);//从后向前显示最后一位 c=c/10;//去掉最后一位后再循环显示 }lcdwrd(0x3d);//显示完计算结果后，显示“=” }break; /*******减法运算*********/case 2://减法运算{if(a>b)//大数减小数c=a-b;else//小数减大数c=b-a;//计算两数相减的绝对值 lcdwrc(0x4f+0x80);//将光标置于第二行末尾 lcdwrc(0x04);//设置显示方式：显示后指针减一if(c==0)//若结果为零 lcdwrd(0x30);//显示0 while(c!=0) {lcdwrd(0x30+c%10);//从后向前显示最后一位c=c/10;//去掉最后一位后再循环显示}if(a<b)//若结果为负数 lcdwrd(0x2d);//ASCII中的“-”，显示负号lcdwrd(0x3d);//显示= }break; /*******乘法运算*********/case 3://乘法运算{c=a*b; //计算结果 lcdwrc(0x4f+0x80);//光标置于第二行末尾 lcdwrc(0x04);//显示设置：显示后指针减一 if(c==0)//若结果为0 lcdwrd(0x30);//显示0 while(c!=0){ lcdwrd(0x30+c%10);//从后向前显示最后一位c=c/10;//去掉最后一位后再循环显示 }lcdwrd(0x3d);//显示=}break;/*******除法运算*********/case 4: //除法运算 { if(b==0)//若除数为0 { lcdwrc(0x01);//清屏 for(j=0;j0&&x9&&x99&&x<=999)//0.0100到0.0999{if(k==3)//只有小数点后最后三位x.0xxx{lcdwrd(0x30);//0lcdwrd(0x2e);//.k=0;} }else if(k==4)//小数点后四位都非零x.xxxx{lcdwrd(0x2e);//. }}if(x<10000)//若结果小于1，在个位补0 lcdwrd(0x30);//个位补0lcdwrd(0x3d);//显示=k=0;//将k定回0用于下次计算 } } break;}}}while(P1!=0xf0);break;//当有按键被按下时，结束此次判断，进行下一次判断/********************第四列有按键按下*********************/case 0x0e://0000 1110 第四列有按键被按下{ fuhao=1;//有符号键被按下 P1=0xf0;//1111 0000switch(P1){case 0x70:/*0111 0000*/flag=4;lcdwrd(0xfd);break;//“/”第四列第一行 case 0xb0:/*1011 0000*/flag=3;lcdwrd(0x2a);break;//“*”第四列第二行 case 0xd0:/*1101 0000*/flag=2;lcdwrd(0x2d);break;//“-”第四列第三行 case 0xe0:/*1110 0000*/flag=1;lcdwrd(0x2b);break;//“+”第四列第四行 }}while(P1!=0xf0);break;}}}}

5 演示

• 测试开机显示欢迎语

• 测试计算模式选择

• 测试加法运算功能

• 测试减法运算功能

• 测试乘法运算功能

• 测试除法运算功能

• 测试除数为0时显示“ERROR!”

6 结论

制作过程中建议先学会使用单个模块的功能，再将这些部分拼接起来，从而组成完整的计算器。

7 源代码

#include typedef unsigned int uint; //定于无符号inttypedef unsigned char uchar;//定义无符号char/*****************************定义引脚**********************************/sbit rw=P2^5;sbit rs=P2^6;sbit e=P2^7; /*****************************定义变量**********************************/ uint fuhao,flag,k,i,j,num;uchar ERROR[]=" ERROR!";//除数为0时，显示 uchar wel[]="Welcome!";//初始化时显示uchar MODE1[]=" MODE1";long a,b,c,x;/*****************************延时函数**********************************/ void delay(unsigned int xms)//延时x毫秒 {unsigned int i,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=112;j>0;j--);return;}/*****************************LCD写命令————位置**********************************/ void lcdwrc(uint c){ delay(100); rs=0; rw=0; e=0; P0=c; e=1; delay(100); e=0;} /*****************************LCD写数据————内容**********************************/ void lcdwrd(uint dat) //设置LCD写数据{ delay(100); rs=1; rw=0; e=0; P0=dat; e=1; delay(100); e=0; rs=0;}/*****************************初始化LCD**********************************/ void lcdinit() //初始化LCD{ delay(150); lcdwrc(0x38);//写指令38H delay(50); lcdwrc(0x38);//显示模式设置 delay(50); lcdwrc(0x38); delay(50); lcdwrc(0x38);//功能设定指令 lcdwrc(0x08); lcdwrc(0x01);//清屏 lcdwrc(0x06);//显示光标移动设置 lcdwrc(0x0c); //显示开关控制指令 num=0;//用于判定按键是否为“=”或者“归零”时的变量 fuhao=0;//用于判定是否为运算符号 flag=0;//用于判定运算方式时的变量 a=0;//计算的第一个数 b=0;//计算的后一个数 c=0;//计算结果 x=0;//判定小数点的变量，暂存c值 k=0;//判定小数点的变量，小数点后非零数个数 j=0;//显示ERROR时的循环用变量}/*****************************模式判定函数**********************************/void MODE(){if(P2_0==0){ for(j=0;jb)//大数减小数c=a-b;else//小数减大数c=b-a;//计算两数相减的绝对值 lcdwrc(0x4f+0x80);//将光标置于第二行末尾 lcdwrc(0x04);//设置显示方式：显示后指针减一if(c==0)//若结果为零 lcdwrd(0x30);//显示0 while(c!=0) {lcdwrd(0x30+c%10);//从后向前显示最后一位c=c/10;//去掉最后一位后再循环显示}if(a<b)//若结果为负数 lcdwrd(0x2d);//ASCII中的“-”，显示负号lcdwrd(0x3d);//显示= }break; /*******乘法运算*********/case 3://乘法运算{c=a*b; //计算结果 lcdwrc(0x4f+0x80);//光标置于第二行末尾 lcdwrc(0x04);//显示设置：显示后指针减一 if(c==0)//若结果为0 lcdwrd(0x30);//显示0 while(c!=0){ lcdwrd(0x30+c%10);//从后向前显示最后一位c=c/10;//去掉最后一位后再循环显示 }lcdwrd(0x3d);//显示=}break;/*******除法运算*********/case 4: //除法运算 { if(b==0)//若除数为0 { lcdwrc(0x01);//清屏 for(j=0;j0&&x9&&x99&&x<=999)//0.0100到0.0999{if(k==3)//只有小数点后最后三位x.0xxx{lcdwrd(0x30);//0lcdwrd(0x2e);//.k=0;} }else if(k==4)//小数点后四位都非零x.xxxx{lcdwrd(0x2e);//. }}if(x<10000)//若结果小于1，在个位补0 lcdwrd(0x30);//个位补0lcdwrd(0x3d);//显示=k=0;//将k定回0用于下次计算 } } break;}}}while(P1!=0xf0);break;//当有按键被按下时，结束此次判断，进行下一次判断/********************第四列有按键按下*********************/case 0x0e://0000 1110 第四列有按键被按下{ fuhao=1;//有符号键被按下 P1=0xf0;//1111 0000switch(P1){case 0x70:/*0111 0000*/flag=4;lcdwrd(0xfd);break;//“/”第四列第一行 case 0xb0:/*1011 0000*/flag=3;lcdwrd(0x2a);break;//“*”第四列第二行 case 0xd0:/*1101 0000*/flag=2;lcdwrd(0x2d);break;//“-”第四列第三行 case 0xe0:/*1110 0000*/flag=1;lcdwrd(0x2b);break;//“+”第四列第四行 }}while(P1!=0xf0);break;}}}}/*****************************主函数**********************************/void main(){ uint x;lcdinit();//LCD1602初始化 for(x=0;x<12;x++)lcdwrd(wel[x]);//显示欢迎语句：Welcome delay(1000); lcdwrc(0x01);//LCd1602清屏 while(1){MODE();//功能判定函数KeyDown();//按键判断函数 }}