单片机计算器实例

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 文件程序源代码*****************************/

#include

#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

}

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 文件程序源代码*****************************/

#include

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;

    }

}

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 文件程序源代码******************************/

#include

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

}

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。