简易计算器设计课程设计

课程设计(论文)

题目名称简易计算器设计

课程名称单片机原理及应用

学生姓名

学号

系、专业

指导教师

2013 年6 月24 日

本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算，并在LED上相应的显示结果。

设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，采用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。

关键词：计算器；AT89C51芯片；数码管；矩阵键盘

第1章设计说明 (1)

1.1 设计要求 (1)

1.2 性能指标 (1)

1.3 设计方案的确定 (1)

第2章单片机主要原理 (2)

2.1 单片机概述 (2)

2.2 单片机最小系统 (4)

2.3 七段共阳极数码管 (5)

第3章硬件设计 (5)

3.1 键盘电路的设计 (5)

3.2 显示电路的设计 (6)

第4章软件设计 (7)

4.1 系统设计 (7)

4.2 显示与按键设计 (9)

第5章调试与仿真 (11)

5.1 Keil C51单片机软件开发系统 (11)

5.2 proteus的操作 (12)

第6章心得体会 (16)

参考文献 (17)

致谢 (18)

附录程序清单 (19)

第1章设计说明

1.1 设计要求

要求能实现小于255的数的加减乘除运算，采用4×4键盘，根据输入键的按下实现不同的功能，最终结果通过LED显示。

1.2 性能指标

本课程设计的十进制加法计算器的计算范围为0~255，计算结果全为整数，计算结果溢出结果不显示。

1.加法：三位加法，计算结果超过255溢出不显示

2.减法：三位减法，计算结果若小于零溢出不显示

3.乘法：三位数乘法

4.除法：整数除法

5.有清零功能

1.3 设计方案的确定

按照设计要求，本课题需要使用数码管显示和扩展4*4键盘，由于AT89C51芯片的I/O口不够多，而且为了硬件电路设计的简单化，故选择串行动态显示和用P1口扩展4*4键盘，扩展的4*4键盘定义十个数字键，六个功能键，使用串行动态显示显示运算结果。

主程序进行初始化，采用行列扫描进行查表得出键值，每次按键后调用显示子程序。

第2章单片机主要原理

在该课程设计中，主要用到一个AT89C51芯片和串接的共阴数码管。作为该设计的主要部分，下面将对它们的原理及功能做详细介绍和说明。

2.1 单片机概述

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3，3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。

MSC-51芯片简介：

8051单片机包含中央处理器、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，现在我们分别加以说明：

（1）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。

（2）数据存储器(RAM)：

8051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。

（3）程序存储器(ROM)：

8051单片机具有64KB程序存储器寻址空间，程序存储器内外统一编址，用来存放用户程序、表格、常数。当引脚EA=1时，程序从内部的程序存储器开始执行，当内部程序存储器中的程序执行完毕后，在转向外部的程序存储器。当引脚EA=0时，程序从外部程序存储器开始执行。

（4）并行输入输出(I/O)口：

8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。当P0口作为通用的I/O接口使用时，漏极处于开路状态，所以需接上拉电阻。

（5）全双工串行口：

8051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。

（6）中断系统：

8051具备较完善的中断功能，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。

（7）MCS-51的引脚说明：

MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图1.1

图1.1 单片机引脚

1.电源引脚：

VCC：电源正（一般接+5V电源）

GND:电源接地端

2.复位引脚：

RST：复位引脚。当该引脚保持两个机器周期以上的高电平时，单片机就可恢复初始状态。