51单片机 | 实现计算器（中缀表示法）

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开发板：畅学51单片机学习板

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使用元件：

• STC51单片机芯片
• 51单片机核心板
• LCD1602
• 矩阵键盘
• 11.0592MHz晶振

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实现效果：

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实现原理：

中缀表示法实现计算器正常情况下用栈实现，但由于51单片机内存小，无法使用malloc函数，以及一些莫名其妙的原因导致无法给指针赋值，所以在此处使用数组来模拟栈中情况，以两个int类型变量指示组中数量（模拟栈顶指针）

中缀表示法实现原理见

http://www.cnblogs.com/hughdong/p/6837247.html

http://www.cnblogs.com/hughdong/p/7088915.html

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实现代码：

/********************************
实验箱实现计算器
*********************************
器件连接：
89C51 P0.0 - LCD D0
89C51 P0.1 - LCD D1
89C51 P0.2 - LCD D2
89C51 P0.3 - LCD D3
89C51 P0.4 - LCD D4
89C51 P0.5 - LCD D5
89C51 P0.6 - LCD D6
89C51 P0.7 - LCD D7
89C51 P2.0 - LCD RS
89C51 P2.1 - LCD RW
89C51 P2.2 - LCD EN
89C51 P3.0 - k1
89C51 P3.1 - k2
89C51 P3.2 - k3
89C51 P1.0 - BUTTON L1
89C51 P1.1 - BUTTON L2
89C51 P1.2 - BUTTON L3
89C51 P1.3 - BUTTON L4
89C51 P1.4 - BUTTON H1
89C51 P1.5 - BUTTON H2
89C51 P1.6 - BUTTON H3
89C51 P1.7 - BUTTON H4
*********************************
按键对应数值
1 2 3 +
4 5 6 -
7 8 9 *
. 0 # /
独立按键
k1: (
k2: )
k3: C
********************************/
#include <reg52.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#define OK 1
#define ERROR 0
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
typedef char Status;
sbit rs = P2 ^ 0; // LCD-RS
sbit rw = P2 ^ 1; // LCD-RW
sbit en = P2 ^ 2; // LCD-EN
sbit leftBracket = P3 ^ 0; // 右括号
sbit rightBracket = P3 ^ 1; // 左括号
sbit reset = P3 ^ 2; // 重置算式按键
/*******************************/
void Delay(uint z); // 延时函数
void UART_Init(); // 串口初始化
void UART_Send_Byte(uchar ucData); // 串口发送单字节
void UART_Send_Str(uchar *string); // 串口发送字符串
void UART_Send_Enter(); // 串口发送回车
void Init_LCD(); // 初始化LCD1602
void WriteData(uchar dat); // LCD写字节
void WriteCom(uchar com); // LCD写指令
void ClearScreen(); // LCD清屏
int InputJudge(char keyValue); // 判断按键是操作符还是操作数
char PriorityJudge(char optr1, char optr2); // 操作数比较
float Calc(char optr, float num1, float num2); // 四则运算
void LCD_Float(float f); // 测试函数,LCD第二行显示float
void LCD_Int(int dat); // 测试函数,LCD第二行显示int
void LCD_Char(char c); // 测试函数,根据指针显示char
/*******************************/
void main()
{
    /* 定义运算变量 */
    char arrayChar[20]; // 操作数存放数组
    float arrayFloat[20]; // 操作数存放数组
    int topChar; // 操作符数量
    int topFloat; // 操作数数量
    char tempChar; // 读取数组顶部存放的操作符
    float tempFloat; // 读取数组顶部存放的操作数
    char optr; // 四则运算操作符
    float num1, num2; // 四则运算操作数
    int i; // i作为临时循环使用
    int tenPower; // 参与小数点运算时被除数
    /* 定义硬件操作变量 */
    unsigned char temp; // 按键检索时存放临时值
    unsigned char key; // 按键值 16进制
    unsigned char keyValue; // 按键值 char类型
    unsigned int ipos; // LCD显示指针计数
    unsigned int flag; // flag标记,操作数为1 操作符为0 点运算为2

re: // 按下C键复位,重新输入计算式子

    /* 初始化变量 */
    for (i = 0; i < 20; ++i)
    {
        arrayChar[i] = '0';
        arrayFloat[20] = 0;
    }
    topChar = 0;
    topFloat = 0;
    tenPower = 1;
    ipos = 0;
    flag = 0;

    /* 压入# */
    arrayChar[topChar] = '#';
    topChar++;

    /* 初始化硬件 */
    UART_Init();
    Init_LCD();
    Delay(100);
    while(1)
    {
        P1 = 0xf0;
        leftBracket = 1;
        rightBracket = 1;
        reset = 1;

        /* 按键检测 */
        if (P1 != 0xf0 || !leftBracket || !rightBracket || !reset)
        {
            Delay(20);
            if (P1 != 0xf0)
            {
                temp = P1;
                P1 = 0x0f;
                key = temp | P1;
                while(P1 != 0x0f);
                ipos++;
                if (ipos == 16)
                {
                    ClearScreen();
                    ipos = 0;
                }

                /* 按键赋值 */
                switch(key)
                {
                case 0xEE:keyValue = '1';WriteData(keyValue);break;
                case 0xED:keyValue = '2';WriteData(keyValue);break;
                case 0xEB:keyValue = '3';WriteData(keyValue);break;
                case 0xDE:keyValue = '4';WriteData(keyValue);break;
                case 0xDD:keyValue = '5';WriteData(keyValue);break;
                case 0xDB:keyValue = '6';WriteData(keyValue);break;
                case 0xBE:keyValue = '7';WriteData(keyValue);break;
                case 0xBD:keyValue = '8';WriteData(keyValue);break;
                case 0xBB:keyValue = '9';WriteData(keyValue);break;
                case 0x7D:keyValue = '0';WriteData(keyValue);break;
                case 0xE7:keyValue = '+';WriteData(keyValue);break;
                case 0xD7:keyValue = '-';WriteData(keyValue);break;
                case 0xB7:keyValue = '*';WriteData(keyValue);break;
                case 0x77:keyValue = '/';WriteData(keyValue);break;
                case 0x7E:keyValue = '.';WriteData(keyValue);break;
                case 0x7B:keyValue = '#';WriteData('=');break;
                }
            }
            else if(!leftBracket)
            {
                Delay(20);
                if (!leftBracket)
                {
                    while(!leftBracket);
                    keyValue = '(';
                    WriteData(keyValue);
                }
            }
            else if(!rightBracket)
            {
                Delay(20);
                if (!rightBracket)
                {
                    while(!rightBracket);
                    keyValue = ')';
                    WriteData(keyValue);
                }
            }
            else if(!reset) // 当按下复位C键时,清屏并回到初始状态
            {
                Delay(20);
                if (!reset)
                {
                    while(!reset);
                    ClearScreen();
                    goto re;
                }
            }

            /* 运算过程 */
            if (keyValue == '.') // 当为点运算时,flag标识为2,后续输入的数字进行小数运算
            {
                flag = 2;
                tenPower = 1;
                continue;
            }
            if (InputJudge(keyValue)) //判断输入是否为数字
            {
                if (flag == 0) // <上次是操作符,本次是操作数> 压栈
                {
                    arrayFloat[topFloat] = (float)(keyValue - '0');
                    topFloat++;
                    flag = 1;
                    continue;
                }
                else if(flag == 1) // <输入10位以上数字> 弹栈值*10+本次值
                {
                    topFloat--;
                    tempFloat = arrayFloat[topFloat];
                    arrayFloat[topFloat] = (float)(tempFloat * 10 + (keyValue - '0'));
                    topFloat++;
                    flag = 1;
                    continue;
                }
                else if (flag == 2) // <输入小数> 弹栈值+本次值/(10的n次方)
                {
                    topFloat--;
                    tempFloat = arrayFloat[topFloat];
                    tenPower = tenPower * 10;
                    tempFloat = tempFloat + ((float)(keyValue - '0') / tenPower);
                    arrayFloat[topFloat] = tempFloat;
                    topFloat++;
                    flag = 2;
                    continue;
                }
            }
            /****************************************************
            当按键值为符号时,进行计算或压入运算符组
            优先级为 > 时,重复对比并计算
            ****************************************************/
            else
            {
reCalc:
                tempChar = arrayChar[topChar - 1];
                switch(PriorityJudge(tempChar, keyValue)) // 判断本次输入符号与操作符数组顶部元素优先级
                {
                /****************************************************
                本次输入压入操作符组顶部,完毕后重新获取按键
                ****************************************************/
                case '<':
                    arrayChar[topChar] = keyValue;
                    topChar++;
                    flag = 0;
                    continue;
                /****************************************************
                ()或#闭合时,弹出顶部元素
                ()闭合后重新获取按键
                #弹出说明公式计算完毕,LCD显示结果并进入死循环
                计算结束后,按下复位键代码回到Line 90,程序重置
                ****************************************************/
                case '=':
                    topChar--;
                    tempChar = arrayChar[topChar];
                    if (tempChar == '#')
                    {
                        LCD_Float(arrayFloat[topFloat - 1]);
                        /*
                        LCD_Int(topFloat);
                        UART_Send_Enter();
                        UART_Send_Str("End");
                        */
                        while(1)
                        {
                            if(!reset)
                            {
                                Delay(20);
                                if (!reset)
                                {
                                    while(!reset);
                                    ClearScreen();
                                    goto re; // line 90
                                }
                            }
                        }
                    }
                    flag = 0;
                    continue;
                /****************************************************
                弹出两个操作数和一个操作符进行四则运算
                运算结束后将结果操作数压入
                程序回到 reCalc处 Line231,继续弹出操作符对比
                ****************************************************/
                case '>':
                    topChar--;
                    optr = arrayChar[topChar];
                    topFloat--;
                    num2 = arrayFloat[topFloat];
                    topFloat--;
                    num1 = arrayFloat[topFloat];
                    arrayFloat[topFloat] = Calc(optr, num1, num2);
                    topFloat++;
                    flag = 0;
                    goto reCalc;
                }
            }
        }
        /*
        char串口打印测试 
        UART_Send_Enter();
        UART_Send_Str("optr:");
        UART_Send_Byte(optr);
        int串口打印测试 
        UART_Send_Enter();
        UART_Send_Byte(topFloat + '0');
        */
    }
}
void UART_Init()
{
    SCON = 0x50;
    TMOD = 0x20;
    PCON = 0x00;
    TH1 = 0xFD;
    TL1 = 0xFD;
    TR1 = 1;
    ES = 1;
    EA = 1;
    ET1 = 0;
}
void UART_Send_Byte(uchar ucData)
{
    SBUF = ucData;
    while(!TI);
    TI = 0;
}
void UART_Send_Str(uchar *string)
{
    while(*string)
        UART_Send_Byte(*string++);
}
void UART_Send_Enter()
{
    UART_Send_Byte(0x0d);
    UART_Send_Byte(0x0a);
}
void Init_LCD()
{
    en = 0;
    WriteCom(0x38);
    WriteCom(0x0e);
    WriteCom(0x06);
    WriteCom(0x01);
    WriteCom(0x80 + 0x1);
}
void WriteData(uchar dat)
{
    rs = 1;
    rw = 0;
    P0 = dat;
    Delay(5);
    en = 1;
    Delay(5);
    en = 0;
}
void WriteCom(uchar com)
{
    rs = 0;
    rw = 0;
    P0 = com;
    Delay(5);
    en = 1;
    Delay(5);
    en = 0;
}
void ClearScreen()
{
    WriteCom(0x01);
}
void Delay(uint z)
{
    uint x, y;
    for(x = z; x > 0; x--)
        for(y = 110; y > 0; y--);
}
int InputJudge(char keyValue)
{
    switch(keyValue)
    {
    case '0':case '1':case '2':case '3':case '4':case '5':case '6':case '7':case '8':case '9':return OK;break;
    case '+':case '-':case '*':case '/':case '(':case ')':case '#':return ERROR;break;
    default:break;
    }
}
char PriorityJudge(char optr1, char optr2)
{
    int i, j;
    char priorityTable[7][7] =
    {
        // +   -    *    /    (    )    #
        {'>', '>', '<', '<', '<', '>', '>'}, // +
        {'>', '>', '<', '<', '<', '>', '>'}, // -
        {'>', '>', '>', '>', '<', '>', '>'}, // *
        {'>', '>', '>', '>', '<', '>', '>'}, // /
        {'<', '<', '<', '<', '<', '=', '0'}, // (
        {'>', '>', '>', '>', '0', '>', '>'}, // )
        {'<', '<', '<', '<', '<', '0', '='}  // #
    };
    switch(optr1)
    {
    case '+':i = 0;break;
    case '-':i = 1;break;
    case '*':i = 2;break;
    case '/':i = 3;break;
    case '(':i = 4;break;
    case ')':i = 5;break;
    case '#':i = 6;break;
    }
    switch(optr2)
    {
    case '+':j = 0;break;
    case '-':j = 1;break;
    case '*':j = 2;break;
    case '/':j = 3;break;
    case '(':j = 4;break;
    case ')':j = 5;break;
    case '#':j = 6;break;
    }
    return priorityTable[i][j];
}
float Calc(char optr, float num1, float num2)
{
    switch(optr)
    {
    case '+':return (num1 + num2);break;
    case '-':return (num1 - num2);break;
    case '*':return (num1 * num2);break;
    case '/':return (num1 / num2);break;
    }
}
void LCD_Float(float f)
{
    char str[7];
    int i, length;
    for (i = 0; i < 7; ++i)
        str[i] = '0';
    length = sprintf(str, "%g", f);
    WriteCom(0x80 + 0x40);
    Delay(20);
    for (i = 0; i < length; ++i)
    {
        WriteData(str[i]);
        Delay(20);
    }
}
void LCD_Int(int dat)
{
    char str[7];
    int i, length;
    for (i = 0; i < 7; ++i)
        str[i] = '0';
    length = sprintf(str, "%d", dat);
    WriteCom(0x80 + 0x48);
    Delay(20);
    for (i = 0; i < length; ++i)
    {
        WriteData(str[i]);
        Delay(20);
    }
}
void LCD_Char(char c)
{
    WriteData(c);
    Delay(20);
}