计算器模拟系统设计-毕业设计.doc

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计算器模拟系统设计

学生：

XXX指导教师：

XXX

内容摘要：

本设计是基于51系列的单片机进行的简易计算器系统设计，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。

硬件选择AT89C51单片机和74lS164，输入用4×4矩阵键盘。

显示用5位7段共阴极LED静态显示。

软件从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。

选用编译效率最高的Keil软件用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。

关键词：

LED计算器AT89C51芯片74LS164

Calculatorsimulationsystemdesign

Abstract:

Thedesignisasimplecalculatorbasedon51seriesmicrocontrollersystemdesign,tocompletethecalculatorkeyboardinput,add,subtract,multiply,andinadditiontothreeunsignednumericsimplefouroperations,andthecorrespondingresultwillbedisplayedontheLED.

Thedesignprocessofhardwareandsoftwareaspectsofthesynchronousdesign.HardwarechooseAT89C51microcontrollerand74ls164--enterthe4×4matrixkeyboard.Staticdisplaywithfive7-segmentcommoncathodeLEDdisplay.Softwarecalculatorfunctionfromtheanalysis,flowcharts,design,andthenprogramthepreparationofsystemdesign.SelectedtocompilethemostefficientKeilsoftwareinassemblylanguageprogramming,andwithproteussimulation.

Keywords:

LEDcalculatorAT89C51chip74LS164

目录

前言 1

1设计任务和要求 1

1.1设计要求 1

1.2设计方案的确定 2

2单片机简要原理 2

2.1AT89c51介绍 2

2.2芯片74LS164介绍 5

3硬件设计 6

3.1键盘电路的设计 6

3.2显示电路的设计 7

3.3其他电路设计 7

3.3.1复位、时钟电路设计 7

3.3.2多位数码管电路显示的驱动电路 8

4软件设计 9

4.1 主程序的设计 9

4.2显示、读键模块的设计 10

4.3其他内容说明 11

4.3.1定时查键的程序设计 11

4.3.2软件的可靠性设计 12

4.4源程序代码（见附录） 12

5调试与仿真 12

5.1 KeilC51单片机软件开发系统 12

5.2proteus的操作 12

5.2.1硬件电路图的接法操作 12

5.2.2单片机系统PROTEUS设计与仿真过程 13

6结束语 13

附录：

计算器程序代码 15

参考文献：

23

22

计算器模拟系统设计

前言

近年来，单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点，在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。

与此同时，单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。

影响可靠性的因素是多方面的，如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。

其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。

本设计采用AT89C51芯片，实现了利用单片机进行了一个简单计算器设计。

允许对输入数据进行加减乘除运算及LED显示。

如果设计对象是更为复杂的计算器系统，其实际原理与方法与本设计基本相同。

另外，实例所设计的计算器是用LED数码管显示的，当然也可以用其他的器件显示，如LED显示屏，这样就可以显示出更多的字符，在此基础上，还可以编写更加完善的程序来实现更多的计算功能。

设计的关键所在，必须非常熟悉单片机的原理与结构，同时还要对整个设计流程有很好的把握，将单片机和其他模块完整的衔接。

简易计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。

在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用和单片机完整程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。

单片机课程设计既巩固了课本学到的理论，还学到了单片机硬件电路和程序设计，简易计算器课程设计通过自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真，来加深对单片机的认识，充分发挥我们的个人创新和动手能力，并提高我们对单片机的兴趣，时学习查阅资料、参考资料的方

1设计任务和要求

1.1设计要求

本次课程设计，我选择的课题是单片机数字计算器硬软件设计，设计任务为：

◊扩展4*4键盘，其中10个数字，5个功能键，1个清零；

◊使用五位数码管接口电路；

◊完成十进制的四则运算（加、减、乘、除）；

◊实现低于三位小于255数字的连续运算；

◊使用keil软件编写程序；

◊最后用ptoteus仿真；

1.2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，由于实验箱的硬件电路已经固定，故选择串行静态显示和用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，使用串行静态显示显示运算结果。

主程序进行初始化，采用定时器0进行查键，每次按键后调用显示子程序。

2单片机简要原理

2.1AT89c51介绍

图2.1-1AT89C51管脚图

芯片AT89C51的外形结构和引脚图如2—1所示。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

主要特性：

◊8051CPU与MCS-51兼容

◊4K字节可编程FLASH存储器（寿命：

1000写/擦循环）

◊全静态工作：

0Hz-24KHz

◊三级程序存储器保密锁定

◊128*8位内部RAM

◊32条可编程I/O线

◊两个16位定时器/计数器

◊5个中断源

◊可编程串行通道

◊低功耗的闲置和掉电模式

◊片内振荡器和时钟电路

管脚说明

◊VCC：

供电电压（图中未画出）

◊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P1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。

管脚备选功能

◊P3.0RXD（串行输入口）

◊P3.1TXD（串行输出口）

◊P3.2/INT0（外部中断0）

◊P3.3/INT1（外部中断1）

◊P3.4T0（记时器0外部输入）

◊P3.5T1（记时器1外部输入）

◊P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

◊P3.7/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输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时才起作用。

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。

◊/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

◊XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

◊XTAL2：

来自反向振荡器的输出引脚。

2.2芯片74LS164介绍

74LS164是一个串入并出的8位移位寄存器，他常用于单片机系统中，下面结束一下这个元件的基本知识。

74LS164外部结构和引脚如图2—2所示：

图2.2-174LS164引脚图

主要特性：

◊串行输入带锁存

◊时钟输入,串行输入带缓冲

◊异步清除

◊最高时钟频率可高达36Mhz

◊功耗：

10mW/bit

◊74系列工作温度：

0Cto70C

◊Vcc最高电压：

7V

◊输入最高电压：

7V

◊最大输出驱动能力：

高电平：

－0.4mA;低电平：

8mA

引脚功能：

◊在单片机系统中，如果并行口的IO资源不够，而串行口又没有其他的作用，那