- /**************************************************************************************
- * 四则运算计算器 *
- * 键盘使用:s1-s16分别为:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,+,-,*,/,(,),共16个键
- * k1-k3 分别为:= ~ .
- * 连接方法:P24连K1, J20连JP3, 插上LCD1602
- * 三步走策略,如下:
- * 1.输入,解决按键响应问题。2022.1.1解决!
- * 2.输出,解决显示问题。 2022.1.2解决!2022.1.3完善!
- * 3.运算,解决四则运算问题。
- (1)解决状态机问题。 2022.1.4解决!
- (2)确定状态机能工作 2022.1.5解决!
- (3)解决运算问题。 2022.1.6初成!
- * 4.排查,检测边界情况。 2022.1.6大致解决,仍有瑕疵!
- * *
- ***************************************************************************************/
-
- #include <reg51.h> //此文件中定义了51的一些特殊功能寄存器
- #include "stdio.h"
- #include "stdlib.h" //此文件中有内存池初始化函数
- #include <math.h>
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int
- #define MAX_LEN 10
- sbit EN=P2^7; //LCD的使能引脚
- sbit RS=P2^6; //LCD数据命令选择端
- sbit RW=P2^5; //LCD的读写选择端
-
- //19个键盘
- sbit K1=P2^4; //= 键
- sbit K2=P2^3; //~ 键
- sbit K3=P2^2; //. 键
- uchar KEY_CODE[]={ 0xee,0xde,0xbe,0x7e,//4X4矩阵键盘键值表,0-9, + - * / ( ), 共16个
- 0xed,0xdd,0xbd,0x7d,
- 0xeb,0xdb,0xbb,0x7b,
- 0xe7,0xd7,0xb7,0x77};
- //定义字符键值表
- uchar CHAR_TABLE[]={0x30,0x31,0x32,0x33,//这四个会在液晶显示器中显示0 1 2 3
- 0x34,0x35,0x36,0x37,//这四个会显示4 5 6 7
- 0x38,0x39,0x2b,0x2d,//这个四个会显示8 9 + -
- 0x2a,0x2f,0x28,0x29,//这个四个会显示* / ( )
- 0x3d,0x7e,0x2e}; //这三个会显示= ~ . 共19个
- //运算优先级表,不使用,太占内存
- /*uchar PRIORITY[]={'>','>','<','<','<','>',//先行后列,顺序为+ - * / ( )
- '>','>','<','<','<','>',
- '>','>','>','>','<','>',
- '>','>','>','>','<','>',
- '<','<','<','<','<','=',
- '>','>','>','>',' ','>'};*/
-
- void scanf_(uchar *var);//从矩阵键盘中获取值
- void print(uchar outStr);//打印字符串
- void delay5MS();
- void delay100MS();
- void writeCMD(uchar com);//写命令子程序
- void showOneChar(uchar dat);//写数据子程序
- void init();//初始化子程序,初始化液晶显示屏
- void clear();//清除显示屏上的显示
- //核心处理函数
- uchar stateChange(uchar inp);
- //比较优先级函数
- uchar cp_priority(uchar cur);
- //计算函数
- void calculate(uchar inp);
- //检查除法异常函数
- uchar jd_abnormal();
- //状态刷新函数,核心处理函数开头
- void rf_state();
- //获取状态类别
- uchar getClass(uchar var);
- //压栈函数
- void push_st(uchar inp);
- //更新tmp值
- void getTmp(uchar inp);
- //最终运算
- void last_cal(double op2, double op1, uchar opr);
- //显示最终结果
- void showAns();
- //建立堆栈
- uchar str[10];//符号堆栈
- double std[5];//数堆栈
- //栈顶位置
- int topd = -1;
- int topr = -1;
- //暂存数据
- double tmp = 0;
- //状态标志位
- uchar state = 0;//共8个状态,具体所指请看文档
- uchar current = 0;//指示当前状态,tmp处理使用
- uchar bracket = 0;//括号状态,0无或有右括号,1有左括号
- uchar negative = 0;//负号状态,0无符号,1有负号
- uchar point = 0;//点状态,0无点,1有点
- uchar pl = 0;//点位置,0初始位,值为当前是点后第几位
- uchar sfs = 0;//可能的除0异常状态,0表示当前可能异常,1代表没异常
-
-
- void main()
- {
- //准备工作,其中num为获取的键盘字符。
- uchar num=0xff;
- //app
- int ts = 0;
- init();
- //初始化堆栈
- //init_mempool(&str, sizeof(str));
- //init_mempool(&std, sizeof(std));
- while(1)
- {
- scanf_(&num);
- current = getClass(num);//(1)获取当前输入的状态
- if(stateChange(num))//当输入有效
- {
- //app处理满屏问题
- if(ts == 10)
- {
- init();
- ts = 0;
- }
- push_st(num);
- if(num != '=')//等号特殊,必须先输出
- print(num);
- state = current;//(1)更新state状态
-
- //app
- ++ts;
- }
- }
- }
- /**********从键盘获取值得函数类似于C语言的scanf()函数**************/
- void scanf_(uchar *var)
- {
- uchar temp,num;
- int i=1;
- temp=i;
-
-
- while(1){
- if(!K1)
- {
- delay100MS(); //延时,软件消除抖动。
- if(!K1)
- {
- while(!K1);
- *var = '=';
- break;
- }
- }
- else if(!K2)
- {
- delay100MS(); //延时,软件消除抖动。
- if(!K2)
- {
- while(!K2);
- *var = '~';
- break;
- }
- }
- else if(!K3)
- {
- delay100MS(); //延时,软件消除抖动。
- if(!K3)
- {
- while(!K3);
- *var = '.';
- break;
- }
- }
- P1 = 0x0f;//置行为高电平,列为低电平。这样用于检测行值。
- if(P1!=0x0f)
- {
- delay100MS(); //延时,软件消除抖动。
- temp=P1; //保存行值
- P1=0xf0; //置行为低电平,列为高电平,获取列
- if(P1!=0xf0)
- {
- num=temp|P1; //获取了按键位置
- //P2=1;
- for(i=0;i<16;i++)
- if(num==KEY_CODE[i])
- {
-
- if(i==10)*var='+';//获取加号的值
- else if(i==11)*var='-';//获取减号的值
- else if(i==12)*var='*';//获取乘号的值
- else if(i==13)*var='/';//获取除号的值
- else if(i==14)*var='(';//获取左括号号的值
- else if(i==15)*var=')';//获取右括号的值
- else *var=i;//获取数值
-
- }
- break; //跳出循环,为了只获取一个值
- }
- }
- }
- }
- /******************显示函数***************************/
- void print(uchar arr)
- {
- uint t=0,j=0;
- uint location;
- if(arr == '=') location = 16;
- else if(arr == '~')location = 17;
- else if(arr == '.')location = 18;
- else if(arr == '+')location = 10;
- else if(arr == '-')location = 11;
- else if(arr == '*')location = 12;
- else if(arr == '/')location = 13;
- else if(arr == '(')location = 14;
- else if(arr == ')')location = 15;
- else{
- for(j=0;j<10;j++)
- if(arr == j)location = j;
- }
- showOneChar(CHAR_TABLE[location]);
-
- }
-
- /*********************短延时函数*************************/
- void delay5MS()
- {
- int n=3000;
- while(n--);
- }
- /*****************定义长点的延时程序**********************/
- void delay100MS()
- {
- uint n=10000;
- while(n--);
- }
- /*******************写命令子程序**************************/
- void writeCMD(uchar com)
- {
- P0=com; //com为输入的命令码。通过P2送给LCD
- RS=0; //RS=0选择指令寄存器
- RW=0; //RW=0为写
- delay5MS();
- EN=1; //LCD的使能端E置高电平,读取信息
- delay5MS();
- EN=0; //LCD的使能端E置低电平,执行指令
-
- }
- /*******************写数据子程序**************************/
- void showOneChar(uchar dat)
- {
- P0=dat; //写入数据
- RS=1; //RS=1选择数据寄存器
- RW=0; //RW=0为写
- EN=1; //读取信息
- delay5MS();
- EN=0; //执行指令
-
- }
- /*******************初始化函数**************************/
- void init()
- {
- EN=0;
- writeCMD(0x38);//设置显示模式
- writeCMD(0x0e);//光标打开,不闪烁
- writeCMD(0x06);//写入一个字符后指针地址+1,写一个字符时整屏不移动
- writeCMD(0x01);//清屏显示,数据指针清0,所以显示清0
- writeCMD(0x80);//设置字符显示的首地址,指明了数据块的首地址为P0
- }
- /*********************清屏子程序**********************/
- void clear()
- {
- EN=0;
- writeCMD(0x01);
-
- }
- /*********************核心处理函数**********************/
- uchar stateChange(uchar inp)
- {
- //刷新所有状态
- rf_state();
- //状态机分类处理
- if(inp>=0&&inp<=9)//1类输入*********
- {
-
- if(4 != state && 7 != state)//有效,但要考虑可能的异常情况
- {
- //考虑除数异常状况
- if(inp == 0&&state==2&&str[topr]=='/')
- sfs = 1;
- else
- sfs = 0;
- //考虑点可能存在
- if(1 == point)
- pl++;
- //处理tmp入栈,注意负号,点存在,点位置-------------交给push函数了-------------------
- return 1;
- }
- }
- else if(inp=='+'||inp=='-'||inp=='*'||inp=='/')//2类输入*********
- {
- if((state==1||state==4||state==7)&&!jd_abnormal())//有效,
- {
- if(topr != -1)//当符号栈不空,才进入比较与计算
- calculate(inp);
- return 1;
- }
- }
- else if(inp=='(')//3类输入*********
- {
- if((state==0||state==2)&&bracket==0)//有效
- {
- bracket = 1;
- return 1;
- }
- }
- else if(inp==')')//4类输入*********
- {
- if(state==1&&bracket==1&&!jd_abnormal())//有效
- {
- //test,(数)没考虑
- calculate(inp);
- bracket = 0;
- return 1;
- }
- }
- else if(inp=='~')//5类输入*********
- {
- if(state==0||state==2||state==3)//有效
- {
- negative = 1;
- return 1;
- }
- }
- else if(inp=='.')//6类输入*********
- {
- if(state==1&&point==0)//有效
- {
- point = 1;
- return 1;
- }
-
- }
- else if(inp=='=')//7类输入*********
- {
- if(bracket==0&&(state==1||state==4)&&!jd_abnormal())//有效
- {
- print(inp);//等号特殊,先显示等号
- calculate(inp);//再进行计算
- return 1;
- }
- }
- return 0;//0为无效,1为有效
- }
- /********************比较优先级函数**********************/
- uchar cp_priority(uchar cur)//竖着输入,cur为当前有效输入
- {
- uchar res='=';
- if(cur=='+')//输入是加号
- {
- if(str[topr]=='+')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='-')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='*')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='/')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='(')
- res = '<';
- else if(str[topr]==')')
- res = '>';
- }
- else if(cur=='-')//输入是减号
- {
- if(str[topr]=='+')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='-')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='*')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='/')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='(')
- res = '<';
- else if(str[topr]==')')
- res = '>';
- }
- else if(cur=='*')//输入是乘号
- {
- if(str[topr]=='+')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='-')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='*')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='/')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='(')
- res = '<';
- else if(str[topr]==')')
- res = '>';
- }
- else if(cur=='/')//输入是除号
- {
- if(str[topr]=='+')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='-')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='*')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='/')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='(')
- res = '<';
- else if(str[topr]==')')
- res = '>';
- }
- else if(cur=='(')//输入是左括号
- {
- if(str[topr]=='+')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='-')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='*')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='/')
- res = '<';
- else if(str[topr]=='(')
- res = '<';
- else if(str[topr]==')')
- res = ' ';
- }
- else if(cur==')')//输入是右括号
- {
- if(str[topr]=='+')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='-')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='*')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='/')
- res = '>';
- else if(str[topr]=='(')
- res = '=';
- else if(str[topr]==')')
- res = '>';
- }
- else if(cur=='=')//遗漏情况
- res = '>';
- return res;//res为比较符号
- }
- /*********************计算函数**********************/
- void calculate(uchar inp)
- {
- //操作数和操作号
- double op1 = 0;
- double op2 = 0;
- uchar opr = '=';
- uchar cp = '=';
- cp = cp_priority(inp);
- if(cp == '>')//执行运算-------注意=情况没讨论------------------------------
- {
- if(inp == ')')//右括号情况特殊,
- {
- //对于括号内部,可能需要连环操作,如(1+2*3)=
- while(str[topr]!='(')
- {
- opr = str[topr--];//运算号出栈
- op1 = std[topd--];//运算数1出栈
- op2 = std[topd--];//运算数2出栈
- last_cal(op2, op1, opr);
- }
- //对于括号外部,左括号的到来容易造成堆积---如1+2*(7),留给最后等号处理--------------------
- topr--;
- //test
- //print(str[topr]);
- }
- else
- {
- opr = str[topr--];//运算号出栈
- op1 = std[topd--];//运算数1出栈
- op2 = std[topd--];//运算数2出栈
- last_cal(op2, op1, opr);
- }
-
- //test,error,can't go here------------因为在if中------------------------
- }
- if(cp == '=')//左括号和右括号临近时
- topr--;
- if(inp == '=')//最终结果可能需要多次运算,直到栈内剩下一个数
- {
- //test
- /*print('*');
- tmp=op2;
- showAns();
- print(opr);
- tmp=op1;
- showAns();
- print('*');*/
- while(topd!=0)//没到底,就算到底----------------------------------
- {
- opr = str[topr--];//运算号出栈
- op1 = std[topd--];//运算数1出栈
- op2 = std[topd--];//运算数2出栈
- last_cal(op2, op1, opr);
- }
- tmp = std[topd]; //到底了,输出结果
- showAns();
-
- }
- }
- /*********************检查除法异常函数**********************/
- uchar jd_abnormal()
- {
- if(sfs==1)
- {
- //数出栈--------------------------------------------------------
- topd--;
- //回复到前前状态
- sfs = 0;
- state = 2;
- //输入无效
- return 1;
- }
- return 0;//0为正常,1为异常
- }
- /*********************状态刷新函数**********************/
- void rf_state()
- {
- if(state!=1&&state!=5&&state!=6)//当上一个输入和数无关,重置和数相关的所有状态位和暂存数
- {
- negative = 0;
- point = 0;
- pl = 0;
- tmp = 0;//不知为何出错-----------旧版本编译器缺少处理浮点数的c51fs.lib文件----------------------------------------------------
- }
- }
- /*********************获取状态类别函数*********************/
- uchar getClass(uchar inp)
- {
- if(inp>=0&&inp<=9)
- return 1;
- else if(inp=='+'||inp=='-'||inp=='*'||inp=='/')
- return 2;
- else if(inp=='(')
- return 3;
- else if(inp==')')
- return 4;
- else if(inp=='~')
- return 5;
- else if(inp=='.')
- return 6;
- else if(inp=='=')
- return 7;
- return 0;
- }
- /*********************压栈函数*********************/
- void push_st(uchar inp)
- {
- if(current==1)//压数,注意考虑和数相关的negative,point,pl,tmp----------------------------------
- {
- getTmp(inp);//有效输入到当前为止的数是tmp
- if(state!=1&&state!=6)//当上一次输入的不是数字,说明上一次没存数,入栈
- {
- topd++;
- std[topd] = tmp;
- }
- else //当上一次输入的是数字,则覆盖上次的数
- std[topd] = tmp;
- }
- else if(current==2||current==3||current==4)//压符号[=-*/][(][)]
- {
- if(inp != ')')//右括号需要特殊处理
- {
- topr++;
- str[topr] = inp;
- }
- /*if(str[topr] ==')'&&str[topr-1]=='(')//当栈顶是右括号,并且临近为左括号,两者一起出栈
- {
- topr--;
- topr--;
- }*/
- }
-
- }
- /*********************压栈函数*********************/
- void getTmp(uchar inp)//考虑负号,点,点位置
- {
- uchar i = 1;
- double base = 1;
- char tpch[MAX_LEN*2];
- //tmp = abs(tmp);//可能有副作用------舍去---------------------------------
- sprintf(tpch, "%g", tmp);//判断栈顶数正负的准备
- if(point==0)//当不存在小数
- {
- if(tpch[0]>='0'&&tpch[0]<='9')
- tmp = tmp*10+inp;
- else
- tmp = tmp*10-inp;
-
- }
- else//当存在小数
- {
- //获取小数部分
- for(i=1; i<=pl; ++i)
- {
- base = base/10*1.0;
- }
- if(tpch[0]>='0'&&tpch[0]<='9')
- tmp = tmp+base*inp;
- else
- tmp = tmp-base*inp;
- //test-----fixed--------
- }
- if(negative == 1)//存在负号
- {
- if(tpch[0]>='0'&&tpch[0]<='9')
- tmp = (-1.0)*tmp;//abs副作用可能----确实,小数点后消失-----------------------
- }
-
- //test
- //if(topd == 0+0x30)
- test
- //test('*');
-
-
- }
- /*********************显示答案函数*********************/
- void showAns()
- {
- char bun[MAX_LEN*2];
- uint m = 0;
- tmp *= 1.0;//如果不乘以1.0,会出现小数点后面消失的情况
- sprintf(bun,"%g",tmp);
- while(1)
- {
- if(bun[m] == '\0')
- break;
- else
- {
- if(bun[m] == '.'||bun[m] == '-')
- print(bun[m]);
- else
- print(bun[m]-0x30);
- m++;
- }
- }
- }
- /*********************显示答案函数*********************/
- void last_cal(double op2, double op1, uchar opr)
- {
- //计算
- if(opr == '+')
- tmp = op2 + op1;
- else if(opr == '-')
- tmp = op2 - op1;
- else if(opr == '*')
- tmp = op2 * op1;
- else if(opr == '/')
- tmp = op2 / op1 * 1.0;
- //结果入栈
- topd++;
- std[topd] = tmp;
- }