专业设计报告

湖南工程学院

课程设计

课程名称专业设计

课题名称简易计算器设计

专业电子科学与技术

班级1101 班

学号201101040108

姓名吕双臻

指导教师龚志鹏

2014 年 5 月5 日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称专业设计

课题简易计算器设计

专业班级电子科学技术

学生姓名吕双臻

学号08

指导老师龚志鹏

审批

任务书下达日期2014 年 5 月 5 日任务完成日期2014 年5 月16 日

目录

第一章方案与设计 (2)

1．1 设计目标和实现方法 (2)

1．2方案论证与设计 (2)

第二章模块介绍 (4)

2.1 主控模块 (4)

2.2 显示模块 (8)

2.3 按键模块 (10)

2.4 时钟电路 (11)

2.5 复位电路 (12)

第三章运算主程序设计 (13)

第四章仿真调试 (14)

第五章总结与体会 (15)

参考文献 (16)

附录 (17)

1. 源程序 (17)

2. 仿真图 (23)

3. 硬件电路调试图 (24)

电气信息学院课程设计评分表 (25)

第一章方案与设计

1．1设计目标和实现方法

为了满足计算器的基本要求，可以实现基本的运算（加减乘除）和数据清零可重新运算，我们采用基于单片机设计计算器，并用LED 数码管显示两个进行运算的两位数和运算后的结果，使用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等软件。

1．2方案论证与设计

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，要求可以进行两个两位数的四则运算，对数字的大小范围要求不高，所以选用5 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，故需要16 个按键。

（3）使用keil软件编写程序，并在Protues上进行电路仿真调试，仿真调试成功后将程序下载到单片机开发板上进行硬件调试。

系统模块图：Array

程序流程图如下图所示：

第二章模块介绍

2.1 主控模块

MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以进行很快地实现运算功能。

单片机芯片如下图所示：

单片机、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，其内部结构如图所示：

中央处理器：

中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

数据存储器(RAM)：

其内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

程序存储器(ROM)：

共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器：

有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断，用于控制程序转向。

并行输入输出(I/O)口：

4组8位I/O口(P0、 P1、P2和P3)，用于对外部数据的传输。

P0口是一个8位漏极开路型双向I/O口，内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。

P1口能驱动4个LSTTL负载。在使用时外不需要外接上拉电阻，直接驱动发光二极管。端口置1时内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。

P2口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。

P3口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载，这8个引脚还用于专门的第二功能。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。

P1－P3端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体如下：

全双工串行口：

内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

中断系统：

有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

时钟电路：

内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，需外置振荡电容。

为了能够更好地理解单片机的结构特附上MCS-51系列单片机的内部