摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构、软硬件结合，来加以完善。
计算机在人们的日常生活中是比较常见的电子产品之一。
可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算机，基于这样的理念，本次设计是用AT89S51单片机、LCD显示器、控制按键为元件来设计的计算器。
利用此设计熟悉单片机微控制器及C语言编程，对其片资源及各个I/O端口的功能和基本用途的了解。
掌握Microsoft Visual C++ 6.0应用程序开发环境，常用的LCD显示器的使用方法和一般键盘的使用方法。
关键词：51单片机；LCD；控制按键目录1 课程设计内容 (1)1.1任务内容 (1)1.2任务分析 (2)2计算器设计基本原理 (3)2.1 MCS-51系列单片机简介 (3)2.2 74LS373简介 (7)2.3 Intel 6264简介 (8)2.4 LCD显示模块 (9)2.5 运算模块 (10)2.6键盘接口电路 (10)3 主程序设计 (11)4 硬件调试分析 (15)5 系统仿真图 (16)5.1 计算机硬件连线图 (17)5.2 仿真结果 (17)结论 (19)参考文献 (20)1. 课程设计内容1.1 任务内容当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比较容易出错。
计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。
计算器可谓是我们最亲密的电子伙伴之一。
本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。
单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。
在工业生产中。
单片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。
本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。
系统以采用MCS-51系列单片机Intel8051为中心器件来设计计算器控制器，实现了能根据实际输入值显示并存储的功能，计算程序则是参照教材。
至于位数和功能，如果有需要可以通过设计扩充原系统来实现。
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。
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LED显示器动态显示。
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，数据转换成显示器显示；功能模块三，显示器动态显示。
1.2 任务分析在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务：1、简要阐述单片机技术发展的国内外现状及LED动态显示和矩阵键盘基本原理；2、掌握MCS-51系列某种产品的最小电路及外围扩展电路的设计方法；3、了解单片机数据转换功能及工作过程；4、完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定；5、用protel软件完成原理电路图的绘制；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LED显示器动态显示。
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，数据转换成显示器显示；功能模块三，显示器动态显示。
通过本次课题设计，应用《单片机应用基础》、《计算机应用基础》等所学相关知识及查阅资料，完成简易计算器的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。
2. 简易计算器设计基本原理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。
2.1 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，其内部结构如图2.1所示，现在分别加以说明：图2.1 8051内部结构图中央处理器：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：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和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。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2.2。
图2.2 MCS-51内部结构图MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直插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。
现在对这些引脚的功能加以说明：如图2.3所示。
图2.3 双列直插式封装引脚图Pin9:RESET/V复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET pc引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。
然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。
还8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。
此外，RESET/Vpd掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数是一复用脚，Vcc据不丢失。
见下图2.4为两种复位方式和两种时钟方式：上电自动复位手动复位电路内部时钟方式外部时钟方式图2.4 复位方式和时钟方式Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。
它还有一个特点是，当访问外部程序存储器时，ALE会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM ，在编程其间，将用于输入编程脉冲。
Pin29:当访问外部程序存储器时，此引脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。
程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB Pin31:EA/Vpp的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。
显然，对内部无程序存储器的8031,EA 端必须接地。
硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。
单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。
本设计选用以AT89S51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。
硬件电路原理图如图3.1所示：图2.5 51单片机硬件电路原理图2.2 74LS373简介74L373为三态输出的八 D 透明锁存器,共有54/74S373 和54/74LS373 两种线路结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):图2.6 74L373引脚图①写入：当和为低电平，且和CE2为高电平时，数据输入缓冲器打开，数据由数据线D7～D0写入被选中的存储单元。
②读出：当和为低电平，且和CE2为高电平时，数据输出缓冲器选通，被选中单元的数据送到数据线D7～D0上。
③保持：当为高电平，CE2为任意时，芯片未被选中，处于保持状态，数据线呈现高阻状态。
图2.6 Intel6264原理图2.4 LCD显示模块本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。