实验报告：基于ATmega16单片机的简易计算器设计
1. 实验背景
计算器是日常生活和工作中不可或缺的工具，通过按键输入即可实现基本的四则运算。通过本实验，我们将利用ATmega16单片机、矩阵键盘和LCD1602显示屏，设计并实现一个简易计算器。该项目不仅能加深对单片机的理解，还能锻炼程序设计和硬件调试能力。
2. 实验目的
- 掌握矩阵键盘的扫描原理和实现方法。
- 熟悉LCD1602显示屏的控制与数据输出。
- 实现基本的四则运算（加、减、乘、除）。
- 提高单片机系统设计和调试能力。
3. 系统概述
3.1 系统组成
- ATmega16单片机：核心控制器，负责键盘输入的读取、运算逻辑的处理和显示控制。
- 矩阵键盘：用于输入数字和运算符。
- LCD1602显示屏：用于显示输入的数字、运算符和计算结果。
3.2 系统原理
系统通过矩阵键盘扫描获取用户输入的数字和运算符，并在LCD1602显示屏上显示。用户输入两个操作数和一个运算符后，单片机根据输入执行相应的运算，并将结果显示在LCD1602上。
4. 硬件设计
4.1 硬件连接
- 矩阵键盘：矩阵键盘的行连接到ATmega16的PB0-PB3，列连接到PB4-PB7。
- LCD1602显示屏：LCD1602的数据线和控制线连接到单片机的PORTD和其他I/O口。
4.2 硬件配置
- I/O口配置：
- PORTB的高四位配置为输入，用于接收矩阵键盘的列信号。
- PORTB的低四位配置为输出，用于发送矩阵键盘的行信号。
- PORTD配置为输出，用于驱动LCD显示屏。
5. 软件设计
5.1 功能模块
- 初始化模块：初始化LCD显示屏和矩阵键盘。
- 键盘扫描模块：扫描矩阵键盘，获取用户输入的按键值。
- 运算处理模块：根据输入的运算符和操作数，进行加、减、乘、除运算。
- 显示模块：在LCD1602显示屏上显示输入的数字、运算符和计算结果。
5.2 系统流程
- 系统初始化：系统上电后，初始化LCD显示屏和矩阵键盘，显示初始信息。
- 键盘输入：扫描矩阵键盘，获取用户输入的数字和运算符。
- 运算处理：根据输入的运算符，进行相应的四则运算，并计算结果。
- 结果显示：将输入的数字、运算符和计算结果显示在LCD1602显示屏上。
6. 详细实现
6.1 矩阵键盘扫描原理
矩阵键盘由行和列组成，通过对行和列的电平进行扫描，可以确定按键的位置。具体过程如下：
- 将矩阵键盘的行线依次置低电平，同时读取列线的状态。
- 若某列线为低电平，则表示该列对应的按键被按下。
- 根据行和列的组合，确定按键的值。
6.2 LCD1602显示控制
LCD1602通过控制命令和数据线实现显示字符的功能。具体过程如下：
- 初始化LCD显示屏，设置显示模式。
- 通过命令和数据接口，发送需要显示的字符数据。
- 根据运算过程中的输入和计算结果，实时更新显示内容。
6.3 运算逻辑处理
根据用户输入的操作数和运算符，执行相应的运算：
- 用户输入第一个操作数，并存储到变量中。
- 输入运算符，标记当前运算类型。
- 输入第二个操作数，并存储到变量中。
- 根据运算符，执行对应的加法、减法、乘法或除法运算。
- 将计算结果显示在LCD1602上。
6.4 主程序流程
- 初始化LCD显示屏和矩阵键盘。
- 进入循环，持续检测键盘输入。
- 根据键盘输入，更新显示和运算状态。
- 完成运算后，显示结果并等待下一次输入。
7. 总结
通过本实验，我们成功设计并实现了一个基于ATmega16单片机的简易计算器。该项目不仅加深了对单片机硬件和软件的理解，还提高了系统设计和调试的能力。通过矩阵键盘输入和LCD显示的结合，简化了计算器的实现，同时也展示了单片机在嵌入式系统中的强大功能。
资源
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
