一、引言

随着电子技术的不断发展，单片机在各种控制和计算设备中得到了广泛应用。作为电子工程、自动化、计算机等相关专业的一门重要实践课程，课程设计是培养学生综合应用能力的重要环节。本课程设计以单片机为核心，设计并实现一个简易计算器系统，旨在加深学生对单片机原理及应用的理解，提升实际动手能力和系统设计能力。

二、设计目标

本设计的目标是利用单片机开发一个功能基本完备的简易计算器，能够完成加、减、乘、除等基本运算，并通过液晶显示屏（LCD）或数码管显示结果。同时，系统应具备良好的用户交互界面，便于操作与使用。

三、系统总体方案

1. 硬件系统组成

- 单片机主控芯片：选用常见的STC89C52或AT89S52系列单片机。

- 键盘输入模块：采用矩阵键盘，用于输入数字和运算符。

- 显示模块：使用LCD1602或四位数码管进行结果显示。

- 电源模块：为整个系统提供稳定的直流电源。

2. 软件系统设计

- 系统初始化程序：包括I/O口配置、定时器设置、中断初始化等。

- 键盘扫描程序：实时检测按键输入，识别数字和运算符。

- 运算处理程序：根据输入内容执行相应的数学运算。

- 显示驱动程序：将计算结果以合适的方式显示在屏幕上。

四、硬件电路设计

1. 单片机最小系统

单片机最小系统包括晶振电路、复位电路和电源接口。通常采用11.0592MHz的晶振，以保证串口通信的准确性。

2. 键盘接口电路

使用4×4矩阵键盘，通过行扫描法检测按键状态。每个按键对应一个数字或运算符，如“0-9”、“+”、“-”、“×”、“÷”、“=”等。

3. 显示接口电路

LCD1602采用并行方式与单片机连接，通过控制RS、R/W、E引脚实现数据和命令的传输。数码管则通过74HC595移位寄存器扩展I/O口，实现多位显示。

五、软件程序设计

1. 主程序流程图

主程序主要负责初始化系统、进入循环等待按键输入、处理按键信息、执行运算、更新显示等功能。

2. 键盘扫描子程序

通过逐行扫描的方式检测是否有键按下，若检测到按键，则记录其对应的数值或符号，并返回给主程序处理。

3. 运算处理子程序

根据用户输入的两个操作数和运算符，调用相应的运算函数，如加法、减法、乘法、除法等。需要注意的是，在进行除法时要判断除数是否为零，避免系统异常。

4. 显示子程序

将计算结果转换为字符形式，通过LCD或数码管显示出来，确保显示清晰、准确。

六、系统调试与测试

在系统搭建完成后，需要进行一系列的调试与测试工作，以确保系统的稳定性和可靠性。主要包括：

- 检查硬件连接是否正确，各模块是否正常工作；

- 测试键盘输入功能是否灵敏，是否存在误触或漏触现象；

- 验证运算逻辑是否正确，尤其是除法和负数运算；

- 观察显示效果是否清晰，是否存在闪烁或乱码问题。

七、结论

本次课程设计围绕基于单片机的简易计算器展开，从硬件电路设计到软件程序编写，全面锻炼了学生的系统设计与开发能力。通过本次实践，不仅加深了对单片机工作原理的理解，也提高了实际动手能力和问题解决能力。虽然本系统功能较为基础，但在实际应用中仍具有一定的参考价值，为进一步开发更复杂的嵌入式系统打下了坚实的基础。

八、附录

- 硬件电路图（可附于Word文档中）

- 程序源代码（C语言编写）

- 实验数据记录表

- 参考文献