51单片机实现多模式计算器

介绍

单片机型号： 普中89C51
能够最大输出4位数结果，保留两位小数。
实现计算器一些功能。适用于C51单片机。

模式1： 加减陈除
模式2： 三角函数
模式3： 阶乘，开方，e的x次方，log运算

若有错误和不规范之处，还恳请各位看官多多指教。

经验吸取

保留两位小数的时候由于c语言float精度、无符号整数和浮点数强制类型转换等问题，总是有误差。
我最后选择将结果加上0.005再进行强制类型转换（向下取整）从而模拟了四舍五入，问题得以解决。

long型很重要，单片机里float 和long型是4个字节，而int是2个字节
若处理的数据大于255，不想溢出的话就不要用int

调试的时候，可以使用在怀疑有错误的地方加上led显示，或者数码管显示的代码。根据单片机上的显示来获取错误反馈。

代码

/*
Author: WuYE
*/


#include "reg52.h"
#include "math.h"
#include "string.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

#define GPIO_KEY P1                     //定义数码管为P1引脚
#define GPIO_DIG P0                     //定义矩阵键盘引脚
#define PI 3.14159
sbit LSA = P2 ^ 2;                      //定义数码管引脚
sbit LSB = P2 ^ 3;                      //
sbit LSC = P2 ^ 4;                      //

sbit k1 = P3 ^ 1;                       //定义独立按键引脚
sbit k2 = P3 ^ 0;                       //
sbit k3 = P3 ^ 2;                       //
sbit k4 = P3 ^ 3;                       //


u8 code numbertube[20] = {              //定义数码管显示的数值
	0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66,       //显示0~9数字   
	0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f,       //
	0Xbf, 0x86, 0xdb, 0xcf, 0xe6,       //显示0~9带小数点数字
	0xed, 0xfd, 0x87, 0xff, 0xbf        //
                         };
u8 opkenkey = 0;                        //按下数码管不再显示0000
u8 model = 0;                           //计算器模式为初始模式
u8 AllowOutPutResult = 0;               //默认不允许输出结果，因为不满足计算条件
u8 numberseat = 0;                      //保存当前输入的数字的位数
u8 number[4];                           //保存输入的数字的数组
u8 StopCalc = 0;                        //计算结束后就关闭计算器计算功能，但是按键检测功能仍然活跃。

u8 dispalynumber[6] = 0;                //让结果在数码管显示的数组
u8 keyvalue = 0;                        //给矩阵键盘赋按键值用的变量

u8 s1 = 0;                              //保存运算符信息
float leftresult, rightresult = 0;      //定义模式一下运算符左两边数字，和模式一、模式二、三下运算符右边数字
float finalresult = 0;                  //计算的最终结果
int NextOperateAllow = 0;               //允许执行下一步操作的钥匙

void Timer0Init()                       //定时器初始化设置函数
{
	TMOD |= 0x01;                       //
	TH0 = 0xFC;                         //
	TL0 = 0x18;                         //
	ET0 = 1;                            //
	EA = 1;                             //
	TR0 = 1;                            //
}

void _Init()                            
//声明一些函数
{
    void delay(u16 i);                  //声明延迟函数
    void ModelChoose();                 //声明选择模式函数
    void Display();                     //声明数码管显示功能函数

    void ScanInput();                   //声明矩阵按键扫描函数
    float DecConverse();                //声明数值转换函数
	void JudgeInput();                  //声明处理输入数字函数
    void DisplayOutPutResult();         //声明将结果转换为数码管可以显示的数字函数
    void OutputResult();                //声明计算结果函数
    void Clean();                       //声明清零函数
    float JieCheng(float i);            //声明阶乘函数
}

void Calc()                             
//计算器函数
{
    keyvalue = 0;                       //对矩阵键盘扫描结果保存的变量初始化，防止重复执行JudgeInput里的函数
    ScanInput();                        //调用检测矩阵键盘函数并赋值
    JudgeInput();                       //判断刚刚输入的内容
    if(AllowOutPutResult == 1 && StopCalc == 0)          //
    {
        OutputResult();                 //计算输入得到结果
        DisplayOutPutResult();          //将结果显示到数码管上
    }

}

void main()                             
//主函数
{
    Timer0Init();                           //
    _Init();                                //
    while(1)                                //
    {
        while(1)                            //一直处于初始状态，请选择计算器模式
        {
            ModelChoose();                  //选择模式
            if(model != 0)                  //
                break;                      //
        }
        while(1)                            //一直处于检测按键状态
        {
            if(k1 == 0)                     //
            {
                delay(1000);                //
                if(k1 == 0)                 //
                {  
                    model = 0;              //
                    Clean();                //
                    break;                  //
                }
            }
            Calc();                         //计算器开启
        }
    }

}

void Time0() interrupt 1                //定时器中断
{
	static u8 i = 0;                    //
	TH0 = 0xFC;                         //
	TL0 = 0x18;                         //
	i++;                                //
	if (i == 15)                        //				
	{
		i = 0;                          //
		Display();				        //数码管显示功能
	}
}




void delay(u16 i)                       
//延迟函数
{
	while (i--);                        //
}

void ModelChoose()                      
//选择计算器模式
{
    if(k1 == 0)                         //如果独立按键1被按下     
    {
        delay(1000);                    //消抖
        if(k1 == 0)                     //
        {   
            opkenkey = 1;               //
            LSA = LSB = LSC = 0;        //
            GPIO_DIG = numbertube[0];        //显示0
            delay(10000000);                    //
            GPIO_DIG = 0x00;                    //
        }
    } 
    if(opkenkey == 1 && k2 == 0)
    {
        delay(1000);                    //
        if(k2 == 0)                     //
        {
            model = 1;                  //打开模式1
            LSA = LSB = LSC = 0;        //
            GPIO_DIG = numbertube[model];    //
            delay(10000000);                    //
            GPIO_DIG = 0x00;                    //
        }
    }      
    if(opkenkey == 1 && k3 == 0)
    {
        delay(1000);                    //
        if(k3 == 0)                     //
        {
            model = 2;                  //打开模式2
            LSA = LSB = LSC = 0;        //
            GPIO_DIG = numbertube[model];       //
            delay(10000000);                    //
            GPIO_DIG = 0x00;                    //
        }
    } 
    if(opkenkey == 1 && k4 == 0)
    {
        delay(1000);                    //
        if(k4 == 0)                     //
        {
            model = 3;                  //打开模式3
            LSA = LSB = LSC = 0;        //
            GPIO_DIG = numbertube[model];       //
            delay(10000000);                    //
            GPIO_DIG = 0x00;                    //
        }
    }    
}

void Display()                          
{
    u8 i;
    if(opkenkey == 0)                   
    //计算器未打开，显示0000
    {
		for (i = 0; i < 4; i++)         //
		{
			switch (i)                  //打开不同的数码管引脚
			{  
			case (0): LSA = 0; LSB = 0; LSC = 0; break;         //
			case (1): LSA = 1; LSB = 0; LSC = 0; break;         //
			case (2): LSA = 0; LSB = 1; LSC = 0; break;         //
			case (3): LSA = 1; LSB = 1; LSC = 0; break;         //
			}
			GPIO_DIG = numbertube[0];                           //显示数字“0”
			delay(100);                                         //
			GPIO_DIG = 0x00;                                    //
		}
        i = 0;
    }

    if(opkenkey == 1 && AllowOutPutResult == 0)                   
    //计算器打开，但不允许显示结果，实时显示已输入的数字
    {
		switch (numberseat)	                                      //根据当前数字位数来显示数字						  		
		{
		case 4: LSA = 0; LSB = 0; LSC = 1; GPIO_DIG = numbertube[number[3]]; delay(100); GPIO_DIG = 0x00;			
		case 3: LSA = 1; LSB = 0; LSC = 1; GPIO_DIG = numbertube[number[2]]; delay(100); GPIO_DIG = 0x00;			
		case 2: LSA = 0; LSB = 1; LSC = 1; GPIO_DIG = numbertube[number[1]]; delay(100); GPIO_DIG = 0x00;			
		case 1: LSA = 1; LSB = 1; LSC = 1; GPIO_DIG = numbertube[number[0]]; delay(100); GPIO_DIG = 0x00; break;	
		}
    }
    
    if(opkenkey == 1 && AllowOutPutResult == 1)
    //计算器打开，允许显示结果
    {
		switch (numberseat)                                       //根据结果数字位数来显示数字
		{
		case 6: LSA = 1; LSB = 0; LSC = 1; GPIO_DIG = numbertube[dispalynumber[5]]; delay(10); GPIO_DIG = 0x00;
		case 5: LSA = 0; LSB = 0; LSC = 1; GPIO_DIG = numbertube[dispalynumber[4]]; delay(10); GPIO_DIG = 0x00;
		case 4: LSA = 1; LSB = 1; LSC = 0; GPIO_DIG = numbertube[dispalynumber[3]]; delay(10); GPIO_DIG = 0x00;
		case 3: LSA = 0; LSB = 1; LSC = 0; GPIO_DIG = numbertube[dispalynumber[2]]; delay(10); GPIO_DIG = 0x00;
		case 2: LSA = 1; LSB = 0; LSC = 0; GPIO_DIG = numbertube[dispalynumber[1]]; delay(10); GPIO_DIG = 0x00;
		case 1: LSA = 0; LSB = 0; LSC = 0; GPIO_DIG = numbertube[dispalynumber[0]]; delay(10); GPIO_DIG = 0x00;
		}	
    }
}

void ScanInput()                        
//矩阵键盘扫描，扫描结果赋值给全局变量keyvalue
{
	u8 a = 0;													
	GPIO_KEY = 0x0f;
	if (GPIO_KEY != 0x0f)
	{
		delay(10000);                                               //
		if (GPIO_KEY != 0x0f)
		{
			GPIO_KEY = 0x0f;                                        //
			switch (GPIO_KEY)
			{
			case (0x07): keyvalue = 7; break;                       //
			case (0x0b): keyvalue = 8; break;                       //
			case (0x0d): keyvalue = 9; break;                       //
			case (0x0e): keyvalue = 16; break;                      //
			}
			GPIO_KEY = 0xf0;
			switch (GPIO_KEY)
			{
			case (0x70): keyvalue = keyvalue; break;                            //
			case (0xb0): keyvalue = keyvalue - 3; break;                        //
			case (0xd0): keyvalue = keyvalue - 6; break;                        //
			case (0xe0): keyvalue = keyvalue + 90; break;                       //
			}
			while ((a < 50) && (GPIO_KEY != 0xf0)) 	                //避免键盘一直按着，占用内存
			{
				delay(3000);                                        //
				a++;                                                //
			}
		}
	}
}

void JudgeInput()
//对刚刚的keyvalue进行处理
{
    if(keyvalue == 97)                     //按下了清零符号
    {
        Clean();                           //
    }
    if(model == 1)                         
    //模式1条件下执行
    {
        if(NextOperateAllow == 0 || NextOperateAllow == 1)
        {
            if(keyvalue < 10 && keyvalue > 0 || keyvalue == 98)              //输入了0~9的数字
            {
                if(numberseat < 5)
                {
                    numberseat++;                                            //
                    number[numberseat - 1] = keyvalue;                       //保存当前数字
                    if(keyvalue == 98)
                        number[numberseat - 1] = 0;
                }
                NextOperateAllow = 1;                                        //下一步用户必须输入运算符号，否则不处理
            }
        }

        if(keyvalue == 16 || keyvalue == 13 || keyvalue == 10 || keyvalue == 106)
        {
            if(NextOperateAllow == 1)                                        
            {
            leftresult = DecConverse();                                      //计算刚刚输入的数字成为十进制可运算结果，结果保存到运算符左边
            s1 = keyvalue;                                                   //
            }
            NextOperateAllow = 2;                                            //
        }

        if(s1 != 0 && NextOperateAllow > 1)                                  //下一步输入必须是输入数字
        {
            if(keyvalue < 10 && keyvalue > 0 || keyvalue == 98)
            {
                if(numberseat < 5)
                {
                    numberseat++;                                            //
                    number[numberseat - 1] = keyvalue;                       //保存当前数字
                    if(keyvalue == 98)
                        number[numberseat - 1] = 0;                    
                }
                NextOperateAllow = 3;                                        //下一步输入是等于号
            }
        }

        if(NextOperateAllow == 3)
        {
            if (keyvalue == 99)
            {
                NextOperateAllow = 0;                                       //防止多次按下等于号
                rightresult = DecConverse();                                //计算刚刚输入的数字成为十进制可运算结果，结果保存到运算符右边
                AllowOutPutResult = 1;                                      //允许计算数据
            }
        }
    }
    else                 
    //其他模式执行
    {
        if(NextOperateAllow == 0 || NextOperateAllow == 1)
        {
            if(keyvalue == 16 || keyvalue == 13 || keyvalue == 10 || keyvalue == 106)
            {
                NextOperateAllow = 1;                                  //下一步是输入数字
                s1 = keyvalue;                                         //保存运算符到s1
            }    
        }

        if(keyvalue < 10 && keyvalue > 0 || keyvalue == 98) 
        {
            if(NextOperateAllow > 0)
            {
                if(numberseat < 5)
                {
                    numberseat++;                                       //
                    number[numberseat - 1] = keyvalue;                  //保存当前数字
                    if(keyvalue == 98)
                        number[numberseat - 1] = 0;                    
                }
                NextOperateAllow = 2;                                   //下一步是输入等于号                   
            }
              
        }

        if(NextOperateAllow == 2)
        {
            if (keyvalue == 99)
            {
                NextOperateAllow = 0;                               //防止多次按下等于号
                rightresult = DecConverse();                        //
                AllowOutPutResult = 1;                              //允许计算数据
            }           
        }
    }
}

float DecConverse()                                                
//将矩阵键盘输入的数字变成真正可以进行运算的数字，并且每调用一次会置零一些数据。以防上一次输入影响数码管显示
{
	float result;                                                   //
	switch (numberseat)									
	//判断输入了几位，就执行相应的十进制转换
	{
	case 1: result = (float)number[0]; break;                       //
	case 2: result = (float)number[0] * 10 + number[1]; break;      //
	case 3: result = (float)number[0] * 100 + number[1] * 10 + number[2]; break;                //
	case 4: result = (float)number[0] * 1000 + number[1] * 100 + number[2] * 10 + number[3]; break;                 //
	}
	memset(number, 0, sizeof(number));							    //置零number。
    numberseat = 0;                                                 //置零数字位数
	return result;                                                  //返回float型结果
}

void OutputResult()
//处理结果
{
    float e = 2.7181;

	if (model == 1)
	{
		switch (s1)
		//判断输入的运算操作符
		{
		case(16): finalresult = leftresult / rightresult; break;
		case(13): finalresult = leftresult * rightresult; break;
		case(10): finalresult = leftresult - rightresult; break;
		case(106): finalresult = leftresult + rightresult; break;
		}
	}

	if (model == 2)
	{
		rightresult = (rightresult * PI) / 180;
		switch (s1)
		{
		case(16): finalresult = sin(rightresult); break;
		case(13): finalresult = cos(rightresult); break;
		case(10): finalresult = tan(rightresult); break;
		case(106): Clean(); break;
		}
	}
	if (model == 3)
	{
		switch (s1)
		{
		case(16): finalresult = log(rightresult); break;
		case(13): finalresult = sqrt(rightresult); break;
		case(10): finalresult = pow(e, (u8)rightresult); break;
		case(106): finalresult = JieCheng(rightresult); break;
		}
	}
}

void DisplayOutPutResult()
//将结果变成一个个独立的数字，并且显示结果
{
    long zenshu = finalresult;                              //如果不定义为long，则到256会数据溢出
    u8 xiaoshu = (finalresult - zenshu + 0.005) * 100;
    if (finalresult > 1 || finalresult == 1)
	{
		dispalynumber[1] = xiaoshu / 10;			        //小数第一位
		dispalynumber[0] = xiaoshu % 10;			    	//小数第二位

		if (zenshu < 10)	
		{
			numberseat = 3;						            //结果加上小数点后二位，一共有三位数
			dispalynumber[2] = zenshu + 10;			        //显示整数,加10是为了显示小数点
		}
		if (zenshu < 100 && zenshu > 10)          //
		{
			numberseat = 4;
			dispalynumber[3] = zenshu / 10;                 //
			dispalynumber[2] = zenshu % 10 + 10;            //
		}
		if (zenshu < 1000 && zenshu > 100)
		{
			numberseat = 5;                                 //
			dispalynumber[4] = zenshu / 100;
			dispalynumber[3] = zenshu % 100 / 10;           //
			dispalynumber[2] = zenshu % 100 % 10 + 10;      //
		}
		if (zenshu < 10000 && zenshu > 1000)
		{
			numberseat = 6;                                 //
			dispalynumber[5] = zenshu / 1000;               //
			dispalynumber[4] = zenshu % 1000 / 100;         //
			dispalynumber[3] = zenshu % 1000 % 100 / 10;    //
			dispalynumber[2] = zenshu % 1000 % 100 % 10 + 10;    //
		}
	}

    if(finalresult < 1)  
    {
        numberseat = 3;                                         //显示位数为3位
        dispalynumber[2] = 10;                                  //显示带小数点的数字“0”
        if(finalresult > 0)
        {
            dispalynumber[1] = xiaoshu / 10;			        //小数第一位
            dispalynumber[0] = xiaoshu % 10;			    	//小数第二位   
        }
        else
        {          
            dispalynumber[1] = 0;			
            dispalynumber[0] = 0;
        }
        
     
    }

    StopCalc = 1;
}

void Clean()
//清零函数
{
    s1 = 0;                                                 //
    AllowOutPutResult = 0;                                  //
    numberseat = 0;                                         //
    NextOperateAllow = 0;                                   //
    StopCalc = 0;                                           //
    memset(number, 0, sizeof(number));                      //
    memset(dispalynumber, 0, sizeof(dispalynumber));        //
}

float JieCheng(float i)
//阶乘运算函数
{
	u8 j;                                                   //
    u8 z = (u8)i + 1;
	float Jresult = 1;                                       //
	for (j = 1; j < z; j++)                             
	{
		Jresult *= j;                                       //
	}

	return Jresult;                                         //返回长整结果
}

运行结果

编译无错误

模式1下除法

测试 : (47 / 23)

手机计算器得到的答案:2.0434

模式2下tan函数

测试 : tan(48 * PI) / 180

手机计算器得到答案：1.1106

模式3下测试

测试阶乘 : 7！

手机计算器得到答案: 5048

测试平方根： sqrt(1024)

手机计算器得到答案: 32

测试e的x次方: pow(7)

手机计算器得到答案: 1096.1197

目前发现的问题

这块51单片机的引脚总是接触不良，偶尔数码管显示会显示错数字。
比如把 "6." 显示成 "8."
解决办法： 乱摸下数码管附近的针脚就好了