单片机实现简易计算器

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已于 2024-03-23 09:55:42 修改 · 2.5k 阅读

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#单片机 #嵌入式硬件 #c语言 #51单片机 #算法

于 2024-03-23 09:53:06 首次发布

本文介绍了使用STC89C52RC单片机、矩阵键盘和LCD1602液晶显示屏实现表达式计算的方法。利用栈数据结构，定义操作数栈和运算符栈，通过矩阵键盘输入表达式，LCD实时显示，按下S16得出结果。还阐述了核心思路、面临问题及各模块代码实现。

涉及元器件

STC89C52RC单片机
矩阵键盘
LCD1602液晶显示屏

使用软件

Keil uVision5
stc-isp-v6.93

整体介绍

实现功能：使用矩阵键盘输入操作数和运算符，可以在LCD1602液晶显示屏上实时显示，并且按下矩阵键盘的S16，相当于等于号，就可以得出计算结果。

具体操作方法：

矩阵键盘S1-S9分别对应数字1-9，S10代表数字0，S11-S14对应运算符加减乘除，S15的作用是清屏，S16的作用是显示计算结果，相当于等号。
使用者只需要输入一串表达式，LCD1602会实时显示在第一行上，但是由于LCD1602只有16*2的尺寸，所以输入的表达式不能过长，输入完表达式之后按下S16就会显示计算结果在第二行上。
输入的操作数控制在三位整数以内，运算结果不能超过unsigned int类型的表示范围，不支持负数运算，不支持括号运算。

具体实现步骤

一种数据结构——栈

栈是一种先入后出的数据结构，如下图所示：
在这里插入图片描述
可以看到，不管是入栈还是出栈，操作的都是栈顶，这样就很轻松的完成了先入后出的操作，因为先入的元素沉在了最底下，变成了栈底元素。本次的程序需要用到此数据结构

核心思路分析

如何让输入的中缀表达式能够进行运算，我们此处需要定义两个栈，一个是操作数栈，一个是运算符栈，同时要定义操作符的优先级

从左到右扫描输入的表达式，当遇到操作数时直接入栈
遇到运算符时，查看运算符栈是否为空
如果运算符栈不为空，比较运算符栈顶的运算符和当前扫描到的运算符的优先级，如果运算符栈顶的运算符优先级低，那么当前运算符直接入栈
如果运算符栈顶的运算符优先级高，运算符栈顶元素出栈，同时在操作数栈中取两个操作数，让这两个操作数和出栈的运算符进行运算，得到的结果再入操作数栈，最后将扫描到的运算符入运算符栈
此处注意，先出栈的操作数的右操作数，后出栈的操作数是左操作数
当表达式扫描完毕，也就是按下矩阵键盘上的S16，就顺序的从操作数栈和运算符栈中取出相应的操作数和运算符，进行最后的运算

面临问题

如何按下矩阵按键实时显示在LCD1602屏幕上面？
由于是边输入边进行计算，而不是现成的完整表达式，应该选择在什么时机进栈？
如何判断输入一个操作数是否完成？此处可输入三位的操作数，可以输入002也可以输入200，如何保证读取到的结果是正确的？
最后按下S16计算结果的时候，运算符栈中真的只有一个元素吗？
要定义什么栈的基本操作

代码实现

LCD1602模块

LCD1602主要有以下几个函数，可以在屏幕上显示字符、字符串、无符号数、有符号数、十六进制数、二进制数
使用方法：导入头文件，先调用LCD_Init();初始化函数进行初始化，然后就可以任意调用其中的函数进行显示你想显示的内容

LCD1602.h头文件定义如下：

#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__

//用户调用函数：
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif

LCD1602.c如下：

#include <REGX52.H>

//引脚配置：
sbit LCD_RS=P2^6;
sbit LCD_RW=P2^5;
sbit LCD_EN=P2^7;
#define LCD_DataPort P0

//函数定义：
/**
  * @brief  LCD1602延时函数，12MHz调用可延时1ms
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void LCD_Delay()
{
   
   
	unsigned char i, j;

	i = 2;
	j = 239;
	do
	{
   
   
		while (--j);
	} while (--i);
}

/**
  * @brief  LCD1602写命令
  * @param  Command 要写入的命令
  * @retval 无
  */
void LCD_WriteCommand(unsigned char Command)
{
   
   
	LCD_RS=0;
	LCD_RW=0;
	LCD_DataPort=Command;
	LCD_EN=1;
	LCD_Delay();
	LCD_EN=0;
	LCD_Delay();
}

/**
  * @brief  LCD1602写数据
  * @param  Data 要写入的数据
  * @retval 无
  */
void LCD_WriteData(unsigned char Data)
{
   
   
	LCD_RS=1;
	LCD_RW=0;
	LCD_DataPort=Data;
	LCD_EN=1;
	LCD_Delay();
	LCD_EN=0;
	LCD_Delay();
}

/**
  * @brief  LCD1602设置光标位置
  * @param  Line 行位置，范围：1~2
  * @param  Column 列位置，范围：1~16
  * @retval 无
  */
void LCD_SetCursor(unsigned char Line,unsigned char Column)
{
   
   
	if(Line==1)
	{
   
   
		LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1));
	}
	else if(Line==2)
	{
   
   
		LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1+0x40));
	}
}

/**
  * @brief  LCD1602初始化函数
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void LCD_Init()
{
   
   
	LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵
	LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关
	LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动
	LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏
}

/**
  * @brief  在LCD1602指定位置上显示一个字符
  * @param  Line 行位置，范围：1~2
  * @param  Column 列位置，范围：1~16
  * @param  Char 要显示的字符
  * @retval 无
  */
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char)
{
   
   
	LCD_SetCursor(Line,Column);
	LCD_WriteData(Char);
}

/**
  * @brief  在LCD1602指定位置开始显示所给字符串
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~2
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  String 要显示的字符串
  * @retval 无
  */
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String)
{
   
   
	unsigned char i;
	LCD_SetCursor(Line,Column);
	for(i=0;String[i]!='\0';i++)
	{
   
   
		LCD_WriteData(String[i]);
	}
}

/**
  * @brief  返回值=X的Y次方
  */
int LCD_Pow(int X,int Y)
{
   
   
	unsigned char i;
	int Result=1;
	for(i=0;i<Y;i++)
	{
   
   
		Result*=X;
	}
	return Result;
}

/**
  * @brief  在LCD1602指定位置开始显示所给数字
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~2
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  Number 要显示的数字，范围：0~65535
  * @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~5
  * @retval 无
  */
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
   
   
	unsigned char i;
	LCD_SetCursor(Line,Column);
	for(i=Length;i>0;i--)
	{
   
   
		LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
	}
}

/**
  * @brief  在LCD1602指定位置开始以有符号十进制显示所给数字
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~2
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  Number 要显示的数字，范围：-32768~32767
  * @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~5
  * @retval 无
  */
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length)
{
   
   
	unsigned char i;
	unsigned int Number1;
	LCD_SetCursor(Line,Column);
	if(Number>=0)
	{
   
   
		LCD_WriteData('+');
		Number1=Number;
	}
	else
	{
   
   
		LCD_WriteData('-');
		Number1=-Number;
	}
	for(i=Length;i>0;i--)