单片机计算器程序设计[详细]
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按键和液晶，可以组成我们最简易的计算器。下面我们来写一个简易整数计算器提供给大家学习。为了让程序不过于复杂，我们这个计算器不考虑连加，连减等连续计算，不考虑小数情况。加减乘除分别用上下左右来替代，回车表示等于，ESC 表示归 0。程序共分为三部分，一部分是 1602 液晶显示，一部分是按键动作和扫描，一部分是主函数功能。
Lcd1602.c 文件中根据上层应用的需要增加了 2 个清屏函数：区域清屏——LcdAreaClear，整屏清屏——LcdFullClear。
keyboard.c 是对之前已经用过多次的矩阵按键驱动的封装，具体到某个按键要执行的动作函数都放到上层的 main.c 中实现，在这个按键驱动文件中只负责调用上层实现的按键动作函数即可。
main.c 文件实现所有应用层的操作函数，即计算器功能所需要信息显示、按键动作响应等，另外还包括主循环和定时中断的调度。
通过这样一个程序，大家一方面学习如何进行多个.c 文件的编程，另外一个方面学会多个函数之间的灵活调用。可以把这个程序看成是一个简单的小项目，学习一下项目编程都是如何进行和布局的。不要把项目想象的太难，再复杂的项目也是这种简单程序的组合和扩展而已。
- /***************************Lcd1602.c 文件程序源代码*****************************/
- #include <reg52.h>
- #define LCD1602_DB P0
- sbit LCD1602_RS = P1^0;
- sbit LCD1602_RW = P1^1;
- sbit LCD1602_E = P1^5;
- /* 等待液晶准备好 */
- void LcdWaitReady(){
- unsigned char sta;
- LCD1602_DB = 0xFF;
- LCD1602_RS = 0;
- LCD1602_RW = 1;
- do {
- LCD1602_E = 1;
- sta = LCD1602_DB; //读取状态字
- LCD1602_E = 0;
- //bit7 等于 1 表示液晶正忙，重复检测直到其等于 0 为止
- }while (sta & 0x80);
- }
- /* 向 LCD1602 液晶写入一字节命令，cmd-待写入命令值 */
- void LcdWriteCmd(unsigned char cmd){
- LcdWaitReady();
- LCD1602_RS = 0;
- LCD1602_RW = 0;
- LCD1602_DB = cmd;
- LCD1602_E = 1;
- LCD1602_E = 0;
- }
- /* 向 LCD1602 液晶写入一字节数据，dat-待写入数据值 */
- void LcdWriteDat(unsigned char dat){
- LcdWaitReady();
- LCD1602_RS = 1;
- LCD1602_RW = 0;
- LCD1602_DB = dat;
- LCD1602_E = 1;
- LCD1602_E = 0;
- }
- /* 设置显示 RAM 起始地址，亦即光标位置，(x,y)-对应屏幕上的字符坐标 */
- void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y){
- unsigned char addr;
- if (y == 0){ //由输入的屏幕坐标计算显示 RAM 的地址
- addr = 0x00 + x; //第一行字符地址从 0x00 起始
- }else{
- addr = 0x40 + x; //第二行字符地址从 0x40 起始
- }
- LcdWriteCmd(addr | 0x80); //设置 RAM 地址
- }
- /* 在液晶上显示字符串，(x,y)-对应屏幕上的起始坐标，str-字符串指针 */
- void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str){
- LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址
- while (*str != '\0'){ //连续写入字符串数据，直到检测到结束符
- LcdWriteDat(*str++);
- }
- }
- /* 区域清除，清除从(x,y)坐标起始的 len 个字符位 */
- void LcdAreaClear(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char len){
- LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址
- while (len--){ //连续写入空格
- LcdWriteDat(' ');
- }
- }
- /* 整屏清除 */
- void LcdFullClear(){
- LcdWriteCmd(0x01);
- }
- /* 初始化 1602 液晶 */
- void InitLcd1602(){
- LcdWriteCmd(0x38); //16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据接口
- LcdWriteCmd(0x0C); //显示器开，光标关闭
- LcdWriteCmd(0x06); //文字不动，地址自动+1
- LcdWriteCmd(0x01); //清屏
- }
- /**************************keyboard.c 文件程序源代码*****************************/
- #include <reg52.h>
- sbit KEY_IN_1 = P2^4;
- sbit KEY_IN_2 = P2^5;
- sbit KEY_IN_3 = P2^6;
- sbit KEY_IN_4 = P2^7;
- sbit KEY_OUT_1 = P2^3;
- sbit KEY_OUT_2 = P2^2;
- sbit KEY_OUT_3 = P2^1;
- sbit KEY_OUT_4 = P2^0;
- unsigned char code KeyCodeMap[4][4] = { //矩阵按键编号到标准键盘键码的映射表
- { '1', '2', '3', 0x26 }, //数字键 1、数字键 2、数字键 3、向上键
- { '4', '5', '6', 0x25 }, //数字键 4、数字键 5、数字键 6、向左键
- { '7', '8', '9', 0x28 }, //数字键 7、数字键 8、数字键 9、向下键
- { '0', 0x1B, 0x0D, 0x27 } //数字键 0、ESC 键、 回车键、 向右键
- };
- unsigned char pdata KeySta[4][4] = { //全部矩阵按键的当前状态
- {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}
- };
- extern void KeyAction(unsigned char keycode);
- /* 按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数，需在主循环中调用 */
- void KeyDriver(){
- unsigned char i, j;
- static unsigned char pdata backup[4][4] = { //按键值备份，保存前一次的值
- {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}
- };
- for (i=0; i<4; i++){ //循环检测 4*4 的矩阵按键
- for (j=0; j<4; j++){
- if (backup[i][j] != KeySta[i][j]){ //检测按键动作
- if (backup[i][j] != 0){ //按键按下时执行动作
- KeyAction(KeyCodeMap[i][j]); //调用按键动作函数
- }
- backup[i][j] = KeySta[i][j]; //刷新前一次的备份值
- }
- }
- }
- }
- /* 按键扫描函数，需在定时中断中调用，推荐调用间隔 1ms */
- void KeyScan(){
- unsigned char i;
- static unsigned char keyout = 0; //矩阵按键扫描输出索引
- static unsigned char keybuf[4][4] = { //矩阵按键扫描缓冲区
- {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF},
- {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}
- };
- //将一行的 4 个按键值移入缓冲区
- keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | KEY_IN_1;
- keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | KEY_IN_2;
- keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | KEY_IN_3;
- keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | KEY_IN_4;
- //消抖后更新按键状态
- for (i=0; i<4; i++){ //每行 4 个按键，所以循环 4 次
- if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x00){
- //连续 4 次扫描值为 0，即 4*4ms 内都是按下状态时，可认为按键已稳定的按下
- KeySta[keyout][i] = 0;
- }else if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x0F){
- //连续 4 次扫描值为 1，即 4*4ms 内都是弹起状态时，可认为按键已稳定的弹起
- KeySta[keyout][i] = 1;
- }
- }
- //执行下一次的扫描输出
- keyout++; //输出索引递增
- keyout &= 0x03; //索引值加到 4 即归零
- switch (keyout){ //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚
- case 0: KEY_OUT_4 = 1; KEY_OUT_1 = 0; break;
- case 1: KEY_OUT_1 = 1; KEY_OUT_2 = 0; break;
- case 2: KEY_OUT_2 = 1; KEY_OUT_3 = 0; break;
- case 3: KEY_OUT_3 = 1; KEY_OUT_4 = 0; break;
- default: break;
- }
- }
- /*****************************main.c 文件程序源代码******************************/
- #include <reg52.h>
- unsigned char step = 0; //操作步骤
- unsigned char oprt = 0; //运算类型
- signed long num1 = 0; //操作数 1
- signed long num2 = 0; //操作数 2
- signed long result = 0; //运算结果
- unsigned char T0RH = 0; //T0 重载值的高字节
- unsigned char T0RL = 0; //T0 重载值的低字节
- void ConfigTimer0(unsigned int ms);
- extern void KeyScan();
- extern void KeyDriver();
- extern void InitLcd1602();
- extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);
- extern void LcdAreaClear(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char len);
- extern void LcdFullClear();
- void main(){
- EA = 1; //开总中断
- ConfigTimer0(1); //配置 T0 定时 1ms
- InitLcd1602(); //初始化液晶
- LcdShowStr(15, 1, "0"); //初始显示一个数字 0
- while (1){
- KeyDriver(); //调用按键驱动
- }
- }
- /* 长整型数转换为字符串，str-字符串指针，dat-待转换数，返回值-字符串长度 */
- unsigned char LongToString(unsigned char *str, signed long dat){
- signed char i = 0;
- unsigned char len = 0;
- unsigned char buf[12];
- if (dat < 0){ //如果为负数，首先取绝对值，并在指针上添加负号
- dat = -dat;
- *str++ = '-';
- len++;
- }
- do { //先转换为低位在前的十进制数组
- buf[i++] = dat % 10;
- dat /= 10;
- } while (dat > 0);
- len += i; //i 最后的值就是有效字符的个数
- while (i-- > 0){ //将数组值转换为 ASCII 码反向拷贝到接收指针上
- *str++ = buf[i] + '0';
- }
- *str = '\0'; //添加字符串结束符
- return len; //返回字符串长度
- }
- /* 显示运算符，显示位置 y，运算符类型 type */
- void ShowOprt(unsigned char y, unsigned char type){
- switch (type){
- case 0: LcdShowStr(0, y, "+"); break; //0 代表+
- case 1: LcdShowStr(0, y, "-"); break; //1 代表-
- case 2: LcdShowStr(0, y, "*"); break; //2 代表*
- case 3: LcdShowStr(0, y, "/"); break; //3 代表/
- default: break;
- }
- }
- /* 计算器复位，清零变量值，清除屏幕显示 */
- void Reset(){
- num1 = 0;
- num2 = 0;
- step = 0;
- LcdFullClear();
- }
- /* 数字键动作函数，n-按键输入的数值 */
- void NumKeyAction(unsigned char n){
- unsigned char len;
- unsigned char str[12];
- if (step > 1){ //如计算已完成，则重新开始新的计算
- Reset();
- }
- if (step == 0){ //输入第一操作数
- num1 = num1*10 + n; //输入数值累加到原操作数上
- len = LongToString(str, num1); //新数值转换为字符串
- LcdShowStr(16-len, 1, str); //显示到液晶第二行上
- }else{ //输入第二操作数
- num2 = num2*10 + n; //输入数值累加到原操作数上
- len = LongToString(str, num2); //新数值转换为字符串
- LcdShowStr(16-len, 1, str); //显示到液晶第二行上
- }
- }
- /* 运算符按键动作函数，运算符类型 type */
- void OprtKeyAction(unsigned char type){
- unsigned char len;
- unsigned char str[12];
- if (step == 0){ //第二操作数尚未输入时响应，即不支持连续操作
- len = LongToString(str, num1); //第一操作数转换为字符串
- LcdAreaClear(0, 0, 16-len); //清除第一行左边的字符位
- LcdShowStr(16-len, 0, str); //字符串靠右显示在第一行
- ShowOprt(1, type); //在第二行显示操作符
- LcdAreaClear(1, 1, 14); //清除第二行中间的字符位
- LcdShowStr(15, 1, "0"); //在第二行最右端显示 0
- oprt = type; //记录操作类型
- step = 1;
- }
- }
- /* 计算结果函数 */
- void GetResult(){
- unsigned char len;
- unsigned char str[12];
- if (step == 1){ //第二操作数已输入时才执行计算
- step = 2;
- switch (oprt){ //根据运算符类型计算结果，未考虑溢出问题
- case 0: result = num1 + num2; break;
- case 1: result = num1 - num2; break;
- case 2: result = num1 * num2; break;
- case 3: result = num1 / num2; break;
- default: break;
- }
- len = LongToString(str, num2); //原第二操作数和运算符显示到第一行
- ShowOprt(0, oprt);
- LcdAreaClear(1, 0, 16-1-len);
- LcdShowStr(16-len, 0, str);
- len = LongToString(str, result); //计算结果和等号显示在第二行
- LcdShowStr(0, 1, "=");
- LcdAreaClear(1, 1, 16-1-len);
- LcdShowStr(16-len, 1, str);
- }
- }
- /* 按键动作函数，根据键码执行相应的操作，keycode-按键键码 */
- void KeyAction(unsigned char keycode){
- if ((keycode>='0') && (keycode<='9')){ //输入字符
- NumKeyAction(keycode - '0');
- }else if (keycode == 0x26){ //向上键，+
- OprtKeyAction(0);
- }else if (keycode == 0x28){ //向下键，-
- OprtKeyAction(1);
- }else if (keycode == 0x25){ //向左键，*
- OprtKeyAction(2);
- }else if (keycode == 0x27){ //向右键，÷
- OprtKeyAction(3);
- }else if (keycode == 0x0D){ //回车键，计算结果
- GetResult();
- }else if (keycode == 0x1B){ //Esc 键，清除
- Reset();
- LcdShowStr(15, 1, "0");
- }
- }
- /* 配置并启动 T0，ms-T0 定时时间 */
- void ConfigTimer0(unsigned int ms){
- unsigned long tmp; //临时变量
- tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率
- tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值
- tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值
- tmp = tmp + 28; //补偿中断响应延时造成的误差
- T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节
- T0RL = (unsigned char)tmp;
- TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位
- TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1
- TH0 = T0RH; //加载 T0 重载值
- TL0 = T0RL;
- ET0 = 1; //使能 T0 中断
- TR0 = 1; //启动 T0
- }
- /* T0 中断服务函数，执行按键扫描 */
- void InterruptTimer0() interrupt 1{
- TH0 = T0RH; //重新加载重载值
- TL0 = T0RL;
- KeyScan(); //按键扫描
- }
通过这样一个程序，大家一方面学习如何进行多个.c 文件的编程，另外一个方面学会多个函数之间的灵活调用。可以把这个程序看成是一个简单的小项目，学习一下项目编程都是如何进行和布局的。不要把项目想象的太难，再复杂的项目也是这种简单程序的组合和扩展而已。
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