目录1。
设计要求 (2)2.设计方案与论证 (2)2.1总体设计思路 (2)2。
2总体方案 (2)3.设计原理及电路图 (4)3.1硬件设计 (4)3。
2软件设计 (11)3。
3 算术运算程序设计 (12)3。
4 显示程序设计 (13)4。
器件清单 (14)5.器件识别与检测 (15)6。
控制系统实现(软件编程与调试） (16)6。
1 硬件调试 (17)6.2 软件调试 (17)6。
3软件编程 (18)7。
设计心得 (28)8。
参考文献 (29)1。
设计要求要求计算器能实现加减乘除四种运算,具体如下：1.加法：四位整数加法，计算结果若超过四位则显示计算错误2.减法：四位整数减法,计算结果若小于零则显示计算错误3.乘法：多位整数乘法，计算结果若超过四位则显示计算错误4.除法：整数除法5.有清除功能设计要求：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，keil与protues仿真分析其设计结果。
2。
设计方案与论证2。
1总体设计思路:本计算器是以MCS-51系列8051单片机为核心构成的简易计算器系统。
该系统通过单片机控制,实现对4＊4键盘扫描进行实时的按键检测,并把检测数据存储下来。
整个计算器系统的工作过程为：首先存储单元初始化，显示初始值和键盘扫描，判断按键位置，查表得出按键值,单片机则对数据进行储存与相应处理转换，之后送入数码管动态显示。
整个系统可分为三个主要功能模块：功能模块一，实时键盘扫描；功能模块二，数据转换为了数码管显示；功能模块三，数码管动态显示。
2.2总体方案:根据功能和指示要求，本系统选用以MCS—51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、由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算,为了得到教好的显示效果,采用LCD 显示数据和结果。
2、另外键盘包括数字键（0—9)、符号键（+、—、*、/）、清除键和等号键,故只需要16个按键即可，设计中采用集成的计算机键盘.3、执行程序：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：当单片机执行程序中有错误时，会在LCD上显示相应的提示，如：当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD上提示错误.①由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算,对数字的大小范围要求不高故我们采用可以进行四位数字的运算，选用8 个LED 数码管显示数据和结果。
②另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、—、×、÷)、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可.系统模块图：图2—1 系统模块图根据需要我们可以采用自上而下的程序设计方法，此方法先从主程序开始设计，然后再编制各从属程序和子程序，层层细化逐步求精，最终完成一个复杂程序的设计.这种方法比较符合人们的日常思维,缺点是一级的程序错误会对整个程序产生影响.程序流程图如图2-2所示:图2—2 程序流程图3.设计原理及电路图3。
1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：(1）运算模块MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件.如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器(CPU）、数据存储器(RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR)。
单片机是靠程序运行的，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件,可以进行很快地实现运算功能，如图2—1所示:MCS-51系列单片机简介8051是MCS-51系列单片机的典型产品,以这一代表性的机型进行系统的讲解。
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: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。
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.程序存储器(ROM）:8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
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.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。
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.时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton）结构。
INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
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，右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：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：P3.0 RXD（串行输入口）P3。
1 TXD(串行输出口）P3。
2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1(外部中断1）P3.4 T0(记时器0外部输入) P3。
5 T1(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。
/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。
在编程时，EA/V pp脚还需加上21V的编程电压。
(2）输入模块计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单,但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式。
为此，我们引入了矩阵键盘的应用，采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘。
在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为4×4个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率，如图3-8所示：每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。