本文将详细阐述一个基于单片机的数字计算器的设计方案，包括设计目标、硬件构建、软件编程以及仿真调试的过程。该设计任务是针对理工学院的“单片机原理及应用”课程，旨在让学生掌握单片机的基本操作和应用。
一、设计要求
1. 扩展4x4键盘，包含10个数字键、5个功能键和1个清零键。
2. 使用五位数码管作为显示接口。
3. 实现十进制的加、减、乘、除四则运算。
4. 支持低于三位数且小于255的连续运算。
5. 使用Keil C51软件进行程序编写。
6. 利用Proteus进行仿真验证。
二、单片机简要原理
单片机的核心是AT89C51，它是一款8位微处理器，具有4KB的Flash ROM，256B的RAM，32条可编程I/O线，以及内置中断系统。74LS164芯片通常用于实现串行到并行的转换，它能帮助单片机连接到外部设备，如数码管。
三、硬件设计
1. 键盘电路设计：通过扩展4x4矩阵键盘，连接至单片机的输入端口，实现按键的识别和信号传输。
2. 显示电路设计：使用五位数码管，通过74LS164芯片将单片机的并行数据转换为串行数据，驱动数码管显示数字。
3. 其他电路设计：包括电源电路、复位电路等，确保单片机的稳定工作。
4. 总原理图：整合所有组件，形成完整系统的电气连接图。
四、软件设计
1. 主程序设计：主要负责处理按键输入，控制运算流程，并更新显示。
2. 显示、读键模块设计：读取键盘输入，解析按键信号，并根据运算结果更新数码管显示。
3. 其他内容说明：可能包括错误处理、按键消抖、运算优先级判断等功能。
4. 源程序代码：使用Keil C51编程环境，编写符合C51语法的源代码。
五、调试与仿真
1. Keil C51单片机软件开发系统：用于编写、编译和调试源代码，检查语法错误和逻辑问题。
2. Proteus操作：在虚拟环境中对整个系统进行仿真，观察运行状态，验证硬件设计和软件程序的正确性。
六、总结
通过本次课程设计，学生能够深入理解单片机的工作原理，掌握硬件接口设计和C51编程技术，同时提高问题解决和项目实施的能力。
七、心得体会
学生在完成设计过程中，会体验到理论知识与实践结合的乐趣，提升动手能力和团队协作精神。
八、参考文献
列出相关参考书籍和技术资料，供进一步学习和研究。
这个设计方案涵盖了单片机的基础知识，包括硬件接口设计、软件编程和系统仿真，为学生提供了全面的实践平台，有助于他们掌握单片机的实际应用。
