计算器模拟系统设计

摘 要
本设计是基于51系列的单片机进行的计算器模拟系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除8位无符号数字运算，并在LED上相应的显示。当输入数字大于8位时伴有声音提示，运算结果大于8位数最高位LED会显示英文E（ERROR）表示运算最终结果溢出。
计算器的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AT89C52单片机， 输入采用4×4矩阵键盘。显示采用8位7段共阴极LED动态显示，复位电路采用上电复位，时钟采用12MHz晶体振荡电路。由于采用AT89C52单片机内部有充足的程序存储单元和数据存储单元，因此不需要进行外围存储扩展。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。编程语言方面从程序总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，最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件，采用C语言进行编写。
设计的结果能够完成最高8位有效数字无浮点加、减、乘、除计算功能，比最高结果小于256及简单加法的要求有了很大提高。在设计的同时对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备。在硬件与软件设计时，没有良好的基础知识和实践经验会受到很大限制，每项功能实现时需要那种硬件，程序该如何编写，算法如何实现等，没有一定的基础就不可能很好的实现。
具体实现功能：
（1）显示8位数字，开机只有数码管最低位显示为“0”，其余位全部不显示；
（2）4×4矩阵键盘，分别表示0～9、＋、－、×、/ 、＝和清零键CL，能够完成计算器的显示，第一次按下显示“D1”；第二次按下时，显示“D1D2”；第三次按下时，显示“D1D2D3”，8个全部显示完毕，再按下按键下时，会发出“嘀”提示音
（3）可以对最高8位有效数字，不含浮点运算无符号数据进行运算并显示 运算结果。
（4）当结果溢出8位或出现负数时显示E（ERROR）。


目 录
目录 1
1概述 2
1.1单片机总体功能简介 2
1.2输入键盘功能综述 3
1.3输出LED显示功能综述 3
2系统总体方案及硬件设计 4
2.1系统设计要求 4
2.2总体设计方案 4
2.3系统硬件设计 4
3 软件设计 6
3.1矩阵键盘设计 6
3.2LED动态显示 7
3.3 LED移位显示 8
3.4计算模块设计 9
4 Proteus软件仿真 10
4.1Proteus ISIS简介 10
4.2Proteus运行流程 11
4.3Proteus功能仿真 11
5课程设计体会 17
参考文献 19
附1 源程序代码 20
附2 系统原理图 26