实验报告：利用键盘及数码管实现基本计算器功能

一、实验背景

本实验旨在设计并实现一个简易计算器，能够通过键盘输入进行基本的加、减、乘、除运算，并通过数码管显示计算结果。计算器还应具备清零功能以及存储和调用中间计算结果的记忆功能。

二、实验器件

单片机：STC89C52RC
键盘：4x4矩阵键盘
数码管：共阴极七段数码管
其他器件：电阻、电容、跳线等

三、硬件连接

矩阵键盘：将键盘的行连接到P1.0至P1.3，列连接到P1.4至P1.7。
数码管：数码管的段选端连接到P0口，位选端连接到P2口。
独立按键：三个独立按键分别连接到P3.0、P3.1和P3.2，用于实现M+、M-、MR功能。

四、设计原理

1. 矩阵键盘扫描

通过P1口控制矩阵键盘，逐行扫描键盘，判断按键按下情况。通过行列信号组合，确定具体按键值。

c
void KeyScan() {
    keyboPORT = 0xf0;
    if (keyboPORT != 0xf0) {
        delay(5);
        if (keyboPORT != 0xf0) {
            switch (keyboPORT) {
                case 0xe0: KeyValue = 0; break;
                case 0xd0: KeyValue = 1; break;
                case 0xb0: KeyValue = 2; break;
                case 0x70: KeyValue = 3; break;
            }
            keyboPORT = 0x0f;
            switch (keyboPORT) {
                case 0x0e: KeyValue = KeyValue; break;
                case 0x0d: KeyValue += 4; break;
                case 0x0b: KeyValue += 8; break;
                case 0x07: KeyValue += 12; break;
            }
            while (keyboPORT != 0x0f);
        }
    }
}

2. 基本运算功能

通过捕获键盘输入，存储表达式，然后进行加、减、乘、除运算，并显示结果。

c
float CalculateSeries(char *exprs_str) {
    float Series_result = 0.0;
    switch (exprs_str[1]) {
        case '+': Series_result = (exprs_str[0] - '0') + (exprs_str[2] - '0'); break;
        case '-': Series_result = (exprs_str[0] - '0') - (exprs_str[2] - '0'); break;
        case '*': Series_result = (exprs_str[0] - '0') * (exprs_str[2] - '0'); break;
        case '/': Series_result = (exprs_str[0] - '0') / (exprs_str[2] - '0'); break;
    }
    return Series_result;
}

3. 数码管显示

通过数码管显示结果，使用四位数码管分别显示千位、百位、十位和个位的数值。

c
void Display_Result(float d) {
    long temp = (long) (d * 10);
    // 显示个位
    P0 = 0xff;
    P2 = ~0x8;
    P0 = ~LEDData[temp % 10];
    delay(1);
    // 显示十位
    P0 = 0xff;
    P2 = ~0x4;
    P0 = ~(LEDData[temp % 100 / 10] | 0x80);
    delay(1);
    // 显示百位
    P0 = 0xff;
    P2 = ~0x2;
    P0 = ~LEDData[temp % 1000 / 100];
    delay(1);
    // 显示千位
    P0 = 0xff;
    P2 = ~0x1;
    P0 = ~LEDData[temp % 10000 / 1000];
    delay(1);
}

4. 记忆功能

实现M+、M-、MR功能，通过独立按键输入控制，分别执行累加、累减和显示存储结果。

c
void main() {
    float result = 0.0, display_value = 0, temp = 0.0;
    char expression[5], inputChar;
    unsigned char key;
    while (1) {
        KeyScan();
        if (KeyValue != 0xff) {
            inputChar = MAP[KeyValue];
            KeyValue = 0xff;
            if ((inputChar >= '0') && (inputChar <= '9')) {
                expression[count++] = inputChar;
                display_value = inputChar - '0';
            } else if (strchr("+-*/=", inputChar)) {
                expression[count++] = inputChar;
                if (inputChar == '=') {
                    result = CalculateSeries(expression);
                    display_value = result;
                    temp = result;
                    count = 0;
                }
            } else if (inputChar == 'R') {
                result = 0;
                display_value = result;
                temp = 0;
                count = 0;
            }
        }
        key = KeySscanSI();
        if (key != 0xff) {
            switch (key) {
                case 1: temp += CalculateSeries(expression); display_value = temp; count = 0; break;
                case 2: temp -= CalculateSeries(expression); display_value = temp; count = 0; break;
                case 3: display_value = temp; break;
            }
        }
        Display_Result(display_value);
    }
}

五、实验总结

通过本次实验，成功实现了一个简易计算器的设计，能够进行基本的算术运算，并通过数码管显示结果。键盘输入和数码管显示配合良好，记忆功能有效。进一步的优化可以考虑增强运算功能，支持更复杂的表达式计算。

资料


https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2

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