8.5简易加法计算器
学到这里，已经掌握了一种显示设备和一种输入设备的使用，那么是不是可以来做点综合性的实验了。现在就来做一个简易的加法计算器，用程序实现从板子上标有0～9数字的按键输入相应数字，该数字要实时显示到数码管上，用标有向上箭头的按键代替加号，按下加号后可以再输入一串数字，然后回车键计算加法结果，并同时显示到数码管上。虽然这远不是一个完善的计算器程序，但作为初学者也可以巩固一下前边学习到的所有内容。
首先，本程序相对于之前的例程要复杂得多，需要完成的工作也多得多，所以把各个子功能都做成独立的函数，以使程序便于编写和维护。分析程序的时候就从主函数和中断函数入手，随着程序的流程进行就可以了。
其次，可以看到再把矩阵按键扫描分离出动作以后，并没有直接使用行列数所组成的数值作为分支判断执行动作的依据，而是把抽象的行列数转换为了一种叫做标准键盘键码（就是电脑键盘的编码）的数据，然后用得到的这个数据作为下一步分支判断执行动作的依据，为什么多此一举呢？有两层含义：第一，尽量让自己设计的东西（包括硬件和软件）向已有的行业规范或标准看齐，这样有助于别人理解认可设计，也有助于设计与别人的设计相对接，毕竟标准就是为此而生的。第二，有助于程序的层次化而方便维护与移植，比如现在用的按键是4*4的，但如果后续又增加了一行成了4*5的，那么由行列数组成的编号可能就变了，就要在程序的各个分支中查找修改，稍不留神就会出错，而采用这种转换后，则只需要维护KeyCodeMap这样一个数组表格就行了，看上去就像是把程序的底层驱动与应用层的功能实现函数分离开了，应用层不用关心底层的实现细节，底层改变后也无需在应用层中做相应修改，两层程序之间是一种标准化的接口。这就是程序的层次化，而层次化是构建复杂系统的必备条件，那么现在就先通过简单的示例来学习一下吧。
#include <reg52.h> sbit ADDR0 = P1^0; sbit ADDR1 = P1^1; sbit ADDR2 = P1^2; sbit ADDR3 = P1^3; sbit ENLED = P1^4; sbit KEY_IN_1 = P2^4; sbit KEY_IN_2 = P2^5; sbit KEY_IN_3 = P2^6; sbit KEY_IN_4 = P2^7; sbit KEY_OUT_1 = P2^3; sbit KEY_OUT_2 = P2^2; sbit KEY_OUT_3 = P2^1; sbit KEY_OUT_4 = P2^0; unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表 0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E }; unsigned char LedBuff[6] = { //数码管显示缓冲区 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF }; unsigned char code KeyCodeMap[4][4] = { //矩阵按键编号到标准键盘键码的映射表 { 0x31, 0x32, 0x33, 0x26 }, //数字键1、数字键2、数字键3、向上键 { 0x34, 0x35, 0x36, 0x25 }, //数字键4、数字键5、数字键6、向左键 { 0x37, 0x38, 0x39, 0x28 }, //数字键7、数字键8、数字键9、向下键 { 0x30, 0x1B, 0x0D, 0x27 } //数字键0、ESC键、 回车键、 向右键 }; unsigned char KeySta[4][4] = { //全部矩阵按键的当前状态 {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1} }; void KeyDriver(); void main() { EA = 1; //使能总中断 ENLED = 0; //选择数码管进行显示 ADDR3 = 1; TMOD = 0x01; //设置T0为模式1 TH0 = 0xFC; //为T0赋初值0xFC67，定时1ms TL0 = 0x67; ET0 = 1; //使能T0中断 TR0 = 1; //启动T0 LedBuff[0] = LedChar[0]; //上电显示0 while (1) { KeyDriver(); //调用按键驱动函数 } } /* 将一个无符号长整型的数字显示到数码管上，num-待显示数字 */ void ShowNumber(unsigned long num) { signed char i; unsigned char buf[6]; for (i=0; i<6; i++) //把长整型数转换为6位十进制的数组 { buf = num % 10; num = num / 10; } for (i=5; i>=1; i--) //从最高位起，遇到0转换为空格，遇到非0则退出循环 { if (buf == 0) LedBuff = 0xFF; else break; } for ( ; i>=0; i--) //剩余低位都如实转换为数码管显示字符 { LedBuff = LedChar[buf]; } } /* 按键动作函数，根据键码执行相应的操作，keycode-按键键码 */ void KeyAction(unsigned char keycode) { static unsigned long result = 0; //用于保存运算结果 static unsigned long addend = 0; //用于保存输入的加数 if ((keycode>=0x30) && (keycode<=0x39)) //输入0-9的数字 { addend = (addend*10)+(keycode-0x30); //整体十进制左移，新数字进入个位 ShowNumber(addend); //运算结果显示到数码管 } else if (keycode == 0x26) //向上键用作加号，执行加法或连加运算 { result += addend; //进行加法运算 addend = 0; ShowNumber(result); //运算结果显示到数码管 } else if (keycode == 0x0D) //回车键，执行加法运算(实际效果与加号相同) { result += addend; //进行加法运算 addend = 0; ShowNumber(result); //运算结果显示到数码管 } else if (keycode == 0x1B) //Esc键，清零结果 { addend = 0; result = 0; ShowNumber(addend); //清零后的加数显示到数码管 } } /* 按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数，需在主循环中调用 */ void KeyDriver() { unsigned char i, j; static unsigned char backup[4][4] = { //按键值备份，保存前一次的值 {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1} }; for (i=0; i<4; i++) //循环检测4*4的矩阵按键 { for (j=0; j<4; j++) { if (backup[j] != KeySta[j]) //检测按键动作 { if (backup[j] != 0) //按键按下时执行动作 { KeyAction(KeyCodeMap[j]); //调用按键动作函数 } backup[j] = KeySta[j]; //刷新前一次的备份值 } } } } /* 按键扫描函数，需在定时中断中调用，推荐调用间隔1ms */ void KeyScan() { unsigned char i; static unsigned char keyout = 0; //矩阵按键扫描输出索引 static unsigned char keybuf[4][4] = { //矩阵按键扫描缓冲区 {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF} }; //将一行的4个按键值移入缓冲区 keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | KEY_IN_1; keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | KEY_IN_2; keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | KEY_IN_3; keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | KEY_IN_4; //消抖后更新按键状态 for (i=0; i<4; i++) //每行4个按键，所以循环4次 { if ((keybuf[keyout] & 0x0F) == 0x00) { //连续4次扫描值为0，即4*4ms内都是按下状态时，可认为按键已稳定的按下 KeySta[keyout] = 0; } else if ((keybuf[keyout] & 0x0F) == 0x0F) { //连续4次扫描值为1，即4*4ms内都是弹起状态时，可认为按键已稳定的弹起 KeySta[keyout] = 1; } } //执行下一次的扫描输出 keyout++; //输出索引递增 keyout = keyout & 0x03; //索引值加到4即归零 switch (keyout) //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚 { case 0: KEY_OUT_4 = 1; KEY_OUT_1 = 0; break; case 1: KEY_OUT_1 = 1; KEY_OUT_2 = 0; break; case 2: KEY_OUT_2 = 1; KEY_OUT_3 = 0; break; case 3: KEY_OUT_3 = 1; KEY_OUT_4 = 0; break; default: break; } } /* 数码管动态扫描刷新函数，需在定时中断中调用 */ void LedScan() { static unsigned char i = 0; //动态扫描的索引 P0 = 0xFF; //显示消隐 switch (i) { case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break; case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break; case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break; case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break; case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break; case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break; default: break; } } /* T0中断服务函数，用于数码管显示扫描与按键扫描 */ void InterruptTimer0() interrupt 1 { TH0 = 0xFC; //重新加载初值 TL0 = 0x67; LedScan(); //调用数码管显示扫描函数 KeyScan(); //调用按键扫描函数 } 8.6练习题1、理解单片机最小系统三要素电路设计规则。 2、掌握函数间相互调用的方法和规则。 3、学会独立按键和矩阵按键的电路设计方法和软件编程思路。 4、用一个按键实现一个数码管数字从F~0递减的变化程序。 5、用矩阵按键做一个简易减法计算器。
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