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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

1. 掌握矩阵键盘的扫描原理和实现方法。
2. 熟悉LCD1602显示屏的控制与数据输出。
3. 实现基本的四则运算（加、减、乘、除）。
4. 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

1. 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。
2. 矩阵键盘：用于输入数字和运算符。
3. 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

1. 矩阵键盘：矩阵键盘的行连接到ATmega16的PB0-PB3，列连接到PB4-PB7。
2. 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

1. 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

1. 初始化模块：初始化LCD显示屏和矩阵键盘。
2. 键盘扫描模块：扫描矩阵键盘，获取用户输入的按键值。
3. 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。
4. 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

1. 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。
2. 键盘输入：扫描矩阵键盘，获取用户输入的数字和运算符。
3. 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。
4. 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：

1. 将矩阵键盘的行线依次置低电平，同时读取列线的状态。
2. 若某列线为低电平，则表示该列对应的按键被按下。
3. 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：

1. 初始化LCD显示屏，设置显示模式。
2. 通过命令和数据接口，发送需要显示的字符数据。
3. 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：

1. 用户输入第一个操作数，并存储到变量中。
2. 输入运算符，标记当前运算类型。
3. 输入第二个操作数，并存储到变量中。
4. 根据运算符，执行对应的加法、减法、乘法或除法运算。
5. 将计算结果显示在LCD1602上。

6.4 主程序流程

1. 初始化LCD显示屏和矩阵键盘。
2. 进入循环，持续检测键盘输入。
3. 根据键盘输入，更新显示和运算状态。
4. 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