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。
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 }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 <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; } }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 <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 }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。
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