基于STM32的简易计算器proteus仿真设计(仿真+程序+设计报告+讲解视频）

基于STM32的简易计算器proteus仿真设计(仿真+程序+设计报告+讲解视频）

仿真图proteus 8.9

程序编译器：keil 5

编程语言：C语言

设计编号：C0089

讲解视频：https://www.bilibili.com/video/BV1vn4y1Q7E2?t=30.3

1.主要功能
功能说明：

本次嵌入式课程设计综合实验的内容为基于STM32单片机的简易计算器仿真设计系统。完成LCD1602液晶显示、矩阵按键扫描、LCD1602显示等多项任务。

一、该简易计算器设计硬件电路采用三部分电路模块构成：

1、键盘模块电路，采用 4*4 矩阵式键盘作为输入电路；

2、LCD1602 液晶显示模块；

3、以 STM32单片机作为控制核心。

二、软件程序主要由三部分组成： 主程序、按键扫描程序和 LCD1602 显示程序。

三、 性能指标

（1） 用STM32单片机设计一个简易计算器， 并用 1602 液晶显示相应的数据。

（2） 可以进行简单的整数加减乘除运算，具有清零功能。

（3） 最大可以 9999*9999。

（4） 可以通过 proteus 仿真。

主要硬件设备：STM32F103R6单片机 矩阵按键 LCD1602

2. 仿真
打开仿真工程，双击proteus中的单片机，选择hex文件路径，然后开始仿真。

然后开始仿真。

加法验证：

减法验证：

除法验证：

乘法验证：

3. 程序

程序是用keil5 mdk版本打开的，如果打开有问题，核实下keil的版本。程序是标准库版本编写的，有注释可以结合讲解视频理解。

#include "stm32f10x.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define uchar unsigned char		// 以后unsigned char就可以用uchar代替
#define uint  unsigned int		// 以后unsigned int 就可以用uint 代替
//=============================================================
//--- 1604 LCD驱动程序段 ---
#define   LCD_RS(x)   (x)?(GPIOC->ODR |= (1 << 8)):(GPIOC->ODR &=~(1 << 8))
#define   LCD_EN(x)   (x)?(GPIOC->ODR |= (1 << 9)):(GPIOC->ODR &=~(1 << 9))
#define   LCD_PORT(x) GPIOC->ODR = (GPIOC->ODR & 0xFF00) | x
#define   COM 0
#define   DAT 1
/*********************************************************/
// 毫秒级的延时函数，time是要延时的毫秒数
/*********************************************************/ 
void DelayMs(uint time) 
{
    uint i,j; // 定义两个无符号整型变量i和j用于循环计数
    for(i=0;i<time;i++) // 外层循环，根据time值进行迭代
        for(j=0;j<200;j++); // 内层循环，每次迭代执行200次空操作，共同实现大约time毫秒的延迟
}

// 向LCD写入数据或命令的函数，rs为0时写命令，rs为1时写数据，dat是要写入的具体数据
void LCD_Write(char rs,char dat) 
{
//    for(int i=0;i<600;i++); // 这里原有一个延时循环被注释掉了，现在使用下面的DelayMs函数替代
    DelayMs(1); // 引入一个1毫秒的延迟，可能是为了确保LCD有足够的时间处理上一条指令
    if(0 == rs) LCD_RS(0); // 如果rs为0，则设置LCD的数据/命令选择线为命令模式
    else LCD_RS(1); // 如果rs为1，则设置为数据模式
    LCD_EN(1); // 使能LCD写入信号
    LCD_PORT(dat); // 通过LCD_PORT函数向LCD发送dat数据
    LCD_EN(0); // 写入完成后，关闭LCD使能信号
}

// 在指定位置写入单个字符到LCD，x决定列位置(0-3)，y决定行位置。Data是要写入的字符
void LCD_Write_Char(char x,char y,char Data)
{
    if(0 == x) LCD_Write(COM,0x80 + y); // 设置LCD地址指针到第一列
    else if(1 == x) LCD_Write(COM,0xC0 + y); // 第二列
    else if(2 == x) LCD_Write(COM,0x90 + y); // 第三列（假设存在）
    else LCD_Write(COM,0xD0 + y); // 第四列（假设存在）
    LCD_Write(DAT,Data); // 在设定的位置写入字符数据
}

// 在指定位置写入字符串到LCD，x决定列，y决定行，*s是字符串的指针
void LCD_Write_String(char x,char y,char *s)
{
    if(0 == x) LCD_Write(COM,0x80 + y); // 设置LCD地址指针到第一列
    else if(1 == x) LCD_Write(COM,0xC0 + y); // 第二列
    else if(2 == x) LCD_Write(COM,0x90 + y); // 第三列（假设存在）
    else LCD_Write(COM,0xD0 + y); // 第四列（假设存在）
    while(*s) LCD_Write(DAT,*s++); // 循环写入字符串中的每个字符直到结束
}

// 清除LCD显示屏内容的函数
void LCD_Clear(void) 
{
    LCD_Write(COM,0x01); // 发送特定命令（0x01）到LCD以清屏
//    for(int i=0;i<60000;i++); // 原有的延时循环被注释，使用下面的DelayMs代替
    DelayMs(2); // 等待2毫秒让LCD完成清屏操作
}

void LCD_Init(void) 
{
    LCD_Write(COM,0x38);                    //--- 显示模式设置 ---
    LCD_Write(COM,0x08);                    //--- 显示关闭 ---
    LCD_Write(COM,0x06);                    //--- 显示光标移动设置 ---
    LCD_Write(COM,0x0C);                    //--- 显示开及光标设置 ---
    LCD_Clear();
}

void MyGPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef MyGPIO;//定义GPIO结构体初始化变量
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//打开GPIOC外设时钟
    MyGPIO.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 |
                      GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |
                      GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
    MyGPIO.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//设置响应速度
    MyGPIO.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//设置PC0~PC9为通用推挽输出
    GPIO_Init(GPIOC,&MyGPIO);//调用GPIO初始化函数完成PC0~PC9引脚配置
}

unsigned char KEYTAB[] = 
{
	0xD7,					    //0
	0xEE,0xDE,0xBE,			    //1,2,3
	0xED,0xDD,0xBD,			    //4,5,6
	0xEB,0xDB,0xBB,			    //7,8,9
	0x7E,0x7D,0x7B,0x77,		//A,b,C,d
	0xE7,0xB7,				    //E,F
};
#define ROWOUT_COLIN()  {
                            GPIOB->CRL = 0x44443333;
                            GPIOB->ODR = 0xF0;
                        }
#define ROWIN_COLOUT()  {
                            GPIOB->CRL = 0x33334444;
                            GPIOB->ODR = 0x0F;
                        }
#define KEY_PORT()      GPIOB->IDR
#define KEY_ROW         (KEY_PORT() & 0xF0)
#define KEY_COL         (KEY_PORT() & 0x0F)
int KeydlyCnt ;
int KeyBoard4X4_Scan(void)
{
    int i,Key = 0xFF;
    //读取列线引脚电平状态是否有键按下
    if((0xF0 != KEY_ROW) && (999999 != KeydlyCnt ) && (++KeydlyCnt  > 100))
    {
        if(0xF0 != KEY_ROW)//判断是否真得有键按下
        {
            KeydlyCnt  = 999999;
					  Key = KEY_ROW;//获取列线的状态数值           KEY:1110 0000 0XE0
            ROWIN_COLOUT();//配置PB0~7为行线输入列线输出 KEY:0000 1110 0X0E
            Key |= KEY_COL; //获取行线状态并与列线状态数值合并 Key 1110 1110 0xee
            for(i=0;i<sizeof(KEYTAB);i++)//查KEYTAB表是否存储该按键编码
            {
                if(KEYTAB[i] == Key)break;
            }
            //将编码值转换为数字代码存储到Key变量中
            if(i >= sizeof(KEYTAB))i = 0xFF;else Key = i;//key =1 
            if(Key < sizeof(KEYTAB))
            {
                if(Key < 10)Key += '0';
                else if(10 == Key)Key = '+';
                else if(11 == Key)Key = '-';
                else if(12 == Key)Key = '*';
                else if(13 == Key)Key = '/';
                else if(14 == Key)Key = 'C';
                else if(15 == Key)Key = '=';
            }
            ROWOUT_COLIN();//配置PB0~7为行线输出列线输入引脚
        }
    }
    else if(0xF0 == KEY_ROW)
    {
        if(999999 == KeydlyCnt )KeydlyCnt  = 0;
    }
    return Key;// key =1
}

//--- LCD模块上显示数字函数 ---
char LCD_DisplayNum(int x, int y, int val)
{
    int i; // 循环计数器
    int m, nflag; // m为辅助计数器，nflag标记数值是否为负
    char buff[10 + 1]; // 用于存储数字字符的缓冲区，最大支持10位数字加上结束符'�'

    nflag = 0; // 初始化标志位，表示数值非负
    if (val < 0) nflag = 1; // 如果输入的数值为负，则设置nflag为1
    val = abs(val); // 将输入的数值转换为其绝对值以便处理

    // 初始化缓冲区，填充空格字符并设置结束符
    for (i = 0; i < sizeof(buff); i++) buff[i] = ' ';
    buff[sizeof(buff) - 1] = '�';

    i = sizeof(buff) - 2; // 设置缓冲区的起始写入位置（从后向前）

    // 将数值转换为字符形式存入缓冲区
    while (val)
    {
        buff[i--] = val % 10 + '0'; // 取当前数值的最后一位并转换为字符
        val /= 10; // 数值除以10进入下一位
        if (0 == i) break; // 如果已到达缓冲区的最前端，则停止
    }

    // 如果原始数值是负数，在适当位置插入负号
    if (nflag) buff[i--] = '-';

    // 移动缓冲区中的字符，去除前导空格
    for (m = 0; m <= i; m++)
    {
        for (nflag = 1; nflag < sizeof(buff); nflag++) 
            buff[nflag - 1] = buff[nflag]; // 缓冲区内的字符向前移动
    }

    // 将处理后的数字字符串显示在LCD上指定位置
    LCD_Write_String(x, y, buff);

    // 返回实际显示的数字字符长度（不包括前导空格）
    return strlen(buff);
}


int ch,act,i,m;
long num1,num2,result;
char str1[12],str2[2];

int main(void)
{
    MyGPIO_Init(); // 初始化自定义的GPIO设置
    LCD_Init(); // 初始化LCD显示屏
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 打开GPIOB端口的外设时钟

    ROWOUT_COLIN(); // 配置GPIOB的0到7引脚为行输出和列输入，用于键盘扫描
	  LCD_Write_Char(1, 1, '0'); // 在LCD第一行显示该数字键
    while(1) // 无限循环，等待并处理按键事件
    {
        ch = KeyBoard4X4_Scan(); // 扫描4x4键盘并获取按键值
        if(0xFF != ch) // 如果获取到了有效的按键（0xFF表示未按下键）
        {
            if((ch == '+') || (ch == '-') || (ch == '*') || (ch == '/')) // 检查是否为运算符
            {
                LCD_Write_Char(0, i++, ch); // 在LCD的第一行显示获取到的运算符
                act = ch; // 记录当前运算符
                num1 = atof(str1); // 将之前输入的数字字符串str1转换为浮点数并赋值给num1
                memset(str1, 0, 12); // 清空str1准备接收新的输入
                result += num1; // 累加结果
            }
            else if(ch == 'C') // 如果是清除键
            {
                i = act = 0; // 重置索引和当前运算符
                num1 = num2 = result = 0; // 重置所有数值
                memset(str1, 0, 12); // 清空输入字符串
                LCD_Write(COM, 0x01); // 发送清屏指令给LCD
            }
            else if(ch == '=') // 如果是等于号
            {
                LCD_Write_Char(1, 0, ch); // 在LCD第二行显示等于号
                
                num2 = atof(str1); // 将输入的数字字符串转换为浮点数num2
                // 根据之前记录的运算符执行相应的计算
                switch(act)
                {
                    case '+': result += num2; break;
                    case '-': result -= num2; break;
                    case '*': result *= num2; break;
                    case '/': result /= num2; break;
                }
                memset(str1, 0, 12); // 清空输入字符串
                memset(str2, 0, 2); // 清空辅助字符串
                // 处理并显示计算结果
                i = 1;
                if(result < 1) LCD_Write_Char(1, i++, '0'); // 如果结果小于1，先显示0
                else
                {
                    m = (int)result; // 取结果的整数部分
                    i += LCD_DisplayNum(1, i, m); // 显示整数部分，并更新显示位置
                    result -= m; // 从结果中减去已显示的整数部分，保留小数部分（如果有的话）
                }
            }
            else // 对于其他数字键
            {
                LCD_Write_Char(0, i++, ch); // 在LCD第一行显示该数字键
                sprintf(str2, "%c", ch); // 将按键字符格式化到str2
                strcat(str1, str2); // 将str2附加到str1，累积输入的数字字符串
            }
        }
    }
}

4. 设计报告

8586字设计报告，内容包括硬件设计、软件设计、调试、结论等。