计算器电路的设计及验证技术研究

摘要

电子计算器是一种典型的大规模数字集成电路，主要由微处理器和外围的显示电路、键盘接口电路等组合而成。一般的计算器都具有四则运算、开方运算等功能，而科学计算器还具有三角函数，指数函数，对数函数等运算功能。
　　本课题以香港某公司的计算器版图为基础，提取了计算器的整体电路，分别进行了模拟仿真和数字仿真。根据功能对整体电路进行了模块划分和分析，理解了计算器芯片的硬件电路设计方法。通过对计算器各按键指令的分析，理解了软件实现过程，并归纳总结出了整个指令系统的指令表。
　　本文首先在完成计算器的功能模块划分的基础上，对电源模块、时钟模块、算术逻辑单元ALU模块、控制寄存器ROM模块、ROM地址生成模块、地址译码模块、寄存器阵列模块等电路结构和工作原理进行了分析，掌握了它们的设计方法。分析了键盘扫描和显示输出端口复用的实现过程，并分别对键盘扫描和显示输出相关原理和电路进行了分析。本文还阐述了构建数字仿真平台的必要性及其构建过程。本课题通过对指令代码的分析，掌握了计算器内 BCD码的四则运算算法，并对开方运算的算法进行了探索。
　　通过本课题的研究，对计算器的硬件电路设计和软件编程设计都有了深入的了解，为设计功能更健全的计算器提供了一定的技术积累。

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第一章 绪论

1.1 电子计算器的发展历史

1.2 计算器发展现状和研究意义

1.3 本课题所做工作和研究意义

第二章 计算器基本逻辑单元以及运算模块

2.1 CMOS组合逻辑门模块设计

2.2 时序电路模块

2.3 设计运算功能模块

第三章 计算器硬件系统的分析与设计

3.1 计算器芯片电路工作原理与结构框图

3.2 电源模块

3.3 时钟模块

3.4 算术逻辑单元(ALU)

3.5 自动断电模块设计

3.6 指令储存器及其输出模块

第四章 显示和键盘扫描电路端口复用设计

4.1 分时复用相关电路模块的分析

4.2 分时复用仿真波形的分析

4.3 键盘扫描识别原理

4.4 显示输出原理分析

第五章 数字仿真平台的构建

5.1 全仿真的前期准备工作

5.2 对电路网表的修改

5.3激励文件的编写

5.4 虚拟键盘的实现

5.5 波形的显示

5.6 指令的自动提取

第六章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果