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

讲解视频
1.主要功能
2. 仿真
3. 程序
4. 设计报告
5. 资料清单&下载链接

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

基于STM32的简易计算器proteus仿真+程序+设计报告+讲解视频

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,					    //00xEE,0xDE,0xBE,			    //1,2,30xED,0xDD,0xBD,			    //4,5,60xEB,0xDB,0xBB,			    //7,8,90x7E,0x7D,0x7B,0x77,		//A,b,C,d0xE7,0xB7,				    //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 0XE0ROWIN_COLOUT();//配置PB0~7为行线输入列线输出 KEY:0000 1110 0X0EKey |= KEY_COL; //获取行线状态并与列线状态数值合并 Key 1110 1110 0xeefor(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'\0'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1val = 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] = '\0';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num1memset(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0else{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str2strcat(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。

本方案以高性能STM32系列单片机为核心，巧妙融合了硬件电路的精妙设计与高效软件编程技术，旨在打造一款既实用又便捷的计算工具。计算器不仅实现了基础的数学运算功能——包括加法、减法、乘法和除法运算，还贴心地加入了清零功能，使用户在连续计算或需要重新开始时能够快速重置，大大提升了使用的便捷性和效率。

设计的一大亮点在于其输入系统采用了4x4矩阵式键盘，这种设计在有限的空间内实现了丰富的功能输入选项，用户只需轻触按键，即可快速录入所需计算的数据或运算符号，极大地优化了人机交互体验。而运算结果显示则依托于经典的LCD1602液晶显示屏，清晰直观地展示每一步的运算过程及最终结果，使得计算过程一目了然，即便是复杂的运算序列也能轻松跟踪。

软件层面，设计团队精心编写了三大核心程序模块：主程序、按键扫描程序和LCD1602显示程序。主程序负责系统的整体调度与初始化，确保各组件协同工作；按键扫描程序通过高效的矩阵扫描算法，准确捕获用户的按键动作，实时响应用户指令；显示程序则动态更新屏幕内容，确保计算过程的每一步都得到及时反馈。这三大程序模块的有机结合，确保了计算器功能的完整实现与流畅运行。