摘要本设计是一个实现加、减、乘、除的计算器，它的硬件主要由四部分组成，一个AT89C51单片机芯片，一个八位共阳极的数码管，一个4*4的键盘，一个排阻(10K)做P0口的上拉电阻（接线图在附录2），它可以实现结果低于65535的加、减、乘、除运算。
显示部分:采用动态显示，由八位共阳极数码管通过P0口，P2口与单片机相连，数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP分别依次与单片机的P0.0—P0.7相连，P0口做为单片机的字码控制端，数码管的1，2，3，4，5，6，7，8各引脚分别与单片机的P2.0—P2.7相连，P2口作为数码管的位控制端。
按键部分：采用4*4键盘。
采用软件识别键值并执行相应的操作，键盘的第0行到第3行依次与单片机的P3.4—P3.7管脚相连,键盘的第0列到第3列依次与单片机的P1.0—P1.3管脚相连,程序运行时依次扫描各行，查询是否有键按下，如果有则进入键盘识别处理程序，实现相应的运算，然后通过数码管输出结果，如果没有按键就调用显示程序显示一个0，等待按键按下，在进入按键扫描程序。
执行过程：开机即显示0，等待键入数值，当键入数字，将通过数码管显示出来，在键入＋、-、*、/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，当在键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在数码管上输出运算结果。
注：结果不能超出65535。
（具体操作见后面仿真图）目录1 概述1.1MCS-51单片机在自动化仪表中的作用 (3)1.2掌握单片机仿真软件Proteus的使用方法 (3)1.3设计方法 (3)1.4基本功能 (4)2 系统总体方案及硬件设计2.1计算器总体思想 (5)2.2硬件的选择与连接 (6)3 软件设计3.1显示程序设计 (7)3.2键盘识别程序设计 (8)3.3运算程序设计 (10)3.4风鸣器程序设计 (10)4 Proteus软件仿真 (12)5课程设计体会 (16)参考文献 (18)附1：源程序代码 (19)附2：计算器模拟系统电路图 (31)1 概述1.1MCS-51单片机在自动化仪表中的作用单片机体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。
是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专用的硬件和软件。
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。
1.2 掌握单片机仿真软件Proteus的使用方法Proteus 软件具有强大的多窗口、多文件的编辑器、微控制器的集成开发环境、一系列的集成开发工具、图形界面调试器、混合模式的模拟及数字电路仿真器、代码质量检查器等。
硬件和应用软件能进行并发仿真。
最主要的一点是它能以单片机为核心仿真出包括模拟元器件在内的一些动态外设(按键,LED ,液晶显示器等) ,具有图形显示和波形显示的功能。
因此,Proteus 不仅仅是一个微处理器的仿真软件,它所支持的大量常用芯片模型为单片机和其他芯片协同仿真复杂的完整系统提供了极大的方便。
Proteus 在完整的系统仿真方面是其他单片机仿真软件所不能独立完成的。
这时,Proteus 为我们提供的不仅仅是一个单片机的仿真环境,称其为一个虚拟的单片机实验室是完全合适的,只要我们能充分的利用Proteus提供的实验器件就可以完成一个具有相当集成性的单片机系统。
1.3设计方法本设计是一个实现加、减、乘、除的计算器，它的硬件主要由四部分组成，一个AT89C51单片机芯片，一个八位共阳极的数码管，一个四乘四的键盘，一个排阻做P0口的上拉电阻（接线图在附录2），它可以实现结果低于65535的加、减、乘、除运算。
采用动态显示，由八位共阳极数码管通过P0口，P2口与单片机相连，数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP分别依次与单片机的P0.0—P0.7相连，P0口做为字码控制端，数码管的1，2，3，4，5，6，7，8各引脚分别与单片机的P2.0—P2.7相连，P2口做为数码管的位控制端，动态显示是每次数码管只显示一位，由于人的视觉停留是0.05到0.2秒之间，当数码管依次点亮各个位时，使循环的频率高于人的视觉停留时间，人们就会认为数码管是同时点亮的，就可以达到动态显示的效果。
采用4*4键盘。
采用软件识别键值并执行相应的操作，键盘的第0行到第3行依次与单片机的P3.4—P3.7管脚相连,键盘的第0列到第3列依次与单片机的P1.0—P1.3管脚相连,程序运行时依次扫描各行，查询是否有键按下，如果有则进入键盘识别处理程序，实现相应的运算，然后通过数码管输出结果，如果没有按键就调用显示程序显示一个0，等待按键按下，在进入按键扫描程序。
这样循环执行。
1.4基本功能1.计算器可显示8位数字，开机运行时，只有数码管最低位显示为“0”，其余位全部不显示；2.第一次按下时，显示“D1”；第二次按下时，显示“D1D2”；第三次按下时，显示“D1D2D3”，8个全显示完毕，再按下按键下时，给出“嘀”提示音，并且返回初始显示状态。
2 系统总体方案及硬件设计2.1计算器总体思想很高兴做这个课程设计，因为学了半学期的单片机终于可以练练手了，我特别喜欢单片机，特喜欢编程，一直很向往编程，这是我编的第一个程序，我想这将是我编程生涯的开始，在编这个程序时，遇到了很多麻烦，我没有气馁过，因为我对自己有信心，终于如愿完成了课程设计。
总结自己的编程思想是这样的，首先得设计一个显示程序，这个显示程序应是动态显示，思路有两个：（1）让P2口做位扫描，P0口做段码输出，在调用显示程序时，P2口循环选通数码管每一位的，P0口也依次循环输出相对应位的代码。
如何控制数字显示呢？可先将0－9、熄灭，11个段码放入列表中，在设置八个显示缓冲区，数码管要显示的数字就存放在这八个单元中，通过控制八个缓冲区的内容来控制输出的数字。
如：要显示的是1234则将缓冲区从低位开始依次放入04H、03H、02 H、01H剩余四位放入11H(代表数码管熄灭的代码)，要注意的是，当调用显示程序时，通过程序根据八个数码管缓冲区的数字调用相对应的代码就可以循环输出，但是我们看到的是同时显示1234，因为视觉停留的原故。
当它的循环频率大于人的视觉停留时间，人们就认为它是同时显示的。
虽然八个数码管都输出了，但是高四位送的代码是熄灭，即不显示，当不输入数字时使八个缓冲区初始化为，第一位放00H，其余放11H，就可以只显示0,等待输入数据，这样就控制了显示位数实现了动态显示。
（2）让P2口做位扫描，P0口做段码输出，设置一个单元用来记录输入数字的位数，这样可以不用循环扫描每一位，而是根据输出位数判断扫描哪些位。
如上面的例子，当显示1234时，不用在向高四位送入11H,也不需要熄灭的代码了。
调用显示程序时先选通第一位（最低位），送出代码1，然后判断是否显示完毕，（通过记录数字个数单元的内容减一是否得0来判断），如没显示完则显示下一位，如显示完则跳出。
在本设计中选用后者。
其次是设计键盘扫描程序，这里采用4*4矩阵键盘，通过软件识别，行和列可接在同个端口上，也可接在不同端口上，本设计行接在P3口的高四位，列接在P1口的低四位，通过循环扫描行，读取列的数据判断是否有键按下，如果有则调用按键识别程序识别是哪个键，执行相应的操作，按键识别是根据按键时得到的列代码与行代码组合，来判断是哪个键的。
按键识别后，如果是数字键则直接放入数码管显示缓冲区，如果再次有数字键按下，则应将缓存区的数字向高位移一位，将刚输入的数放入最低位，并且记录按键次数，每输入一个键值都调用显示程序显示出来，如果是运算符，则执行相应的运算，然后在调用显示程序显示结果。
最后是运算程序的加入，运算程序很简单，只要把＋、-、*、/分别做成模块，用到时即可调用，本设计的难点是键盘识别和数值显示，因为这里边涉及到键盘输入的数值在内部要转换成10进制运算，运算结果要转换成各个位的显示数字输出。
2.2硬件的选择与连接单片机选择AT89C51,数码管选择共阳机八位数码管，键盘4*4矩阵键盘，P0口接上拉电阻，数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP分别依次与单片机的P0.0—P0. 7管脚相连，P0口做为单片机的字码控制端，数码管的1，2，3，4，5，6，7，8各引脚分别与单片机的P2.0—P2.7管脚相连，键盘的第0行到第3行依次与单片机的P3.4—P3.7,键盘的第0列到第3列依次与单片机的P1.0—P1.3，AT8 9C51接12MHZ晶振。
P3.0接风鸣器。
3 软件设计3.1显示程序设计显示程序流程图如图1。
我的显示程序是这样设计的，因为考虑到显示程应具有通用性，在不进行输入时显示0，输入时显示输入的数字或运算结果，而且要使8个数码管同时显示不同的数字，选用动态显示应是最佳的。
将30H-37H单元设置成数码管显示缓冲区，分别存放数码管各个位要显示的数据，40H单元作为输入数据的计数单元。
因为运算结果超出范围时应报错，使数码管显示“ERROR”即可，将数码管的0－9的代码和“ERROR”代码存于LABL E1列表中。
当调用显示程序时，显示程序根据40H单元的记录的个数决定数码管显示的位数。
如果输入错误将在数码管上显示“ERROR”。
这样就得到了显示程序的入口：30H-37H,依次存放个位－千万位。
40H，存放输出的数字位数。
出口：数码管,P0输出字段码 P2输出位选码。
图1数码管显示流程图3.2键盘识别程序设计:键盘识别是这样设计的，首先将P3口送0EOH,将P1口先送1在读P1口的数据当P1口低四位全一时说明没有键按下，在扫描下一行，如果P1口不全一，则有键按下，将P3口高四位与P1口低四位组合成一个字节，放入R5寄存器中，按键去抖，判键是否松开，如松开则将得到的键值判别是哪个键，如果是数字键则首先将其对应的数字（按键代码对应如下表）放入缓冲区30H，同时将将键值放入结果缓冲区，并调用显示程序，显示键值，在调用扫描键盘程序，如果在有键值输入则将原来的数值在数码管显示缓冲区向高位依次移一位，将刚键入的数值放入最低位，并将原来的数值乘十加上刚键入的数放人结果缓冲区，然后调用显示程序，如果是运算符，则记录运算符标志，加法用01H表示,减法用02H表示，乘法用03H表示，除法用04H表示，并将结果缓冲区的数转移到中间结果缓冲区，将结果缓冲区清零，等待输入运算数据，当按等号时，根据记录的运算符标志，判断是那种运算，执行运算将结果依次除10取余数放入结果显示缓冲区，调用显示程序。