51单片机的简单计算器设计与仿真

基于单片机的简易计算器设计与仿真

设计题目：基于单片机的简易计算器设计与仿真

一、设计实验条件：

地点：自动化系实验室

实验设备：PC机（装有Keil；Protues；Word ；Visio ）

二、设计任务：

本系统选用AT89C51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，具体设计如下：

（1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD 显示数据和结果。

（2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键(on\c)和等号键（=），故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。

（3）在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。

（4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示overflow；当除数为0时，计算器会在LCD上提示error。

设计要求：分别对键盘输入检测模块；LCD显示模块；算术运算模块；错误处理及提示模块进行设计，并用Visio画系统方框图，keil与protues仿真

分析其设计结果。

三、设计时间与设计时间安排：

1、设计时间：6月27日～7月8日

2、设计时间安排：

熟悉课题、收集资料： 3天（6月27日～ 6月29日)

具体设计（含上机实验）： 6天（6月30日～ 7月5日)

编写课程设计说明书： 2天（7月6日～ 7月7日)

答辩： 1天（7月8日）

四、设计说明书的内容：

1、前言：(自己写，组员之间不能相同，写完后将红字删除，排版时注意对齐）

本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入；显示采用字符LCD静态显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。

2、设计题目与设计任务：

现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：（1）键盘输入；（2）数值显示；（3）加、减、乘、除四则运算；(4)对错误的控制及提示。

针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：(1)键盘输入检测模块；（2）LCD显示模块；（3）算术运算模块；（4）错误处理及提示模块。3、主体设计部分：

（1）、系统模块图：

（2）、算术运算程序流程图：

（3）、系统总流程图：

（4）、硬件设计：

（一）、总体硬件设计：

本设计选用AT89C51单片机为主控单元；显示部分：采用LCD静态显示；按键部分：采用4*4键盘；用MM74C922为4*4键盘扫描IC，读取输入的键值。

总体设计效果如下图：

（二）、单片机接口电路说明：

1、手动上电复位电路：

当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。

2、内部时钟模式电路：

当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL1和XTAL2引脚连接一个晶体振荡器或者陶瓷振荡器，并接两个电容后接地即可，在使用时对于电容的选择有一定的要求：

当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=30+10pF或30-10pF；

当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=40+10pF或40-10pF；

3、AT89C51单片机引脚介绍：

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数

据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部

必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，

P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出

4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”

时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由

于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：

RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断0）

/INT1（外部中断1） T0（记时器0外部输入） T1（记时器1外部

输入）

/WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，

ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的

1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意

的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止

ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC

指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外

部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效

的/PSEN信号将不出现。