Multiplikations-Taschenrechner - Programmieren mit Arduino

Lesezeit: 6 Minuten

Das Tastenfeld soll dazu verwendet werden um Multiplikationen durchzuführen und das Ergebnis soll im Seriellen Monitor und auf einem LCD angezeigt werden.

So sieht es aus:

Schließe das LCD an:

➨LCD

Normalerweise wäre eine komplexe Verkabelung zum Betrieb eines LCDs nötig. Der ➨I2C-Bus regelt über einen eigenen Mikroprozessor die Kommunikation der Datenleitungen untereinander. Es werden deshalb nur vier Anschlüsse benötigt.

Auf der Rückseite befindet sich ein Drehpotentiometer, mit dem die Helligkeit des LCDs eingestellt wird.

Benötigte Bibliotheken:

Benötigte Bauteile:

LCD 1602
Lautsprecher
Tastenpad 3×4
Leitungsdrähte

Baue die Schaltung auf.
(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)

Das Tastenfeld besteht aus Reihen und Spalten, die von unten nach oben in einem ➨zweidimensionalen Array angeordnet werden:

# include "Adafruit_Keypad.h"
# include "LiquidCrystal_I2C.h"

int LAUTSPRECHER = 13;

// Größe des Tastenfeldes
// 3 Spalten
const byte SPALTEN = 3;

// 4 Zeilen
const byte REIHEN = 4;

// die Ziffern/Zeichen:
// Array 3 x 4
char Tasten[REIHEN][SPALTEN] =
{
  { '#', '0', '*' },
  { '9', '8', '7' },
  { '6', '5', '4' },
  { '3', '2', '1' }
};

// die Pins für die 3 Spalten
byte SpaltenPins[SPALTEN] = { 3, 4, 5 };

// die Pins für die 4 Zeilen
byte ReihenPins[REIHEN] = { 6, 7, 8, 9 };

// TastenFeld → Name des Keypads
// -> Zuordnung der Pins zu den REIHEN und SPALTEN des Arrays
Adafruit_Keypad Tastenfeld = Adafruit_Keypad(makeKeymap(Tasten), ReihenPins, SpaltenPins, REIHEN, SPALTEN);

/*
  LCD initialisieren
  0x27 -> I2C-ID
  20 -> Anzahl der Zeichen pro Zeile
  4 -> Anzahl der Zeilen
*/
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

// setzt die Position der Spalte auf dem LCD
int PositionSpalte = 0;

// char-Array für die eingegebenen Zeichen
char Zeichen[50];

// Position des eingegebenen Zeichens im char-Array
int Position = 0;

// beinhaltet die vollständige Rechnung
String Rechnung;

Wenn dir die ID des verwendeten Displays nicht bekannt ist, kannst du sie mit folgendem ➨Programm herausfinden.

Der setup-Teil. Beachte die Kommentare.

void setup()
{
  Serial.begin(9600);

  // Tastenfeld starten
  Tastenfeld.begin();

  // LCD einschalten, Startbildschirm zeigen
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Mal-Rechner");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("--------------------");
  lcd.setCursor(0, 2);
}

Der loop-Teil: Beachte die Kommentare

void loop()
{
  String GleichZeichen = " = ";
  lcd.setCursor(Position, 2);

  // Tastenfeld abfragen
  Tastenfeld.tick();

  while (Tastenfeld.available())
  {
    /*
      wenn eine Aufgabe ausgegeben wurde
      LCD löschen, Anzeige neu aufbauen
    */
    if (Rechnung != "")
    {
      Rechnung = "";
      lcd.clear();
      Position = 0;
      lcd.setCursor(0, 0);
      lcd.print("Mal-Rechner");
      lcd.setCursor(0, 1);
      lcd.print("--------------------");
      lcd.setCursor(0, 2);

      // char-Array Zeichen leeren
      for (int i = 0; i  sizeof(Zeichen); i ++)
      {
        Zeichen[i] = NULL;
      }

      Position = 0;
      PositionSpalte = 0;
    }

    // gedrückte Taste lesen
    keypadEvent Taste = Tastenfeld.read();

    // wenn die Taste losgelassen wurde
    // Wert abgefragter Taste zu char umwandeln
    if (Taste.bit.EVENT == KEY_JUST_RELEASED)
    {
      // eingegebenes Zeichen an der aktuellen Position speichern
      Zeichen[Position] = (char)Taste.bit.KEY;

      // Ton ausgeben
      tone(LAUTSPRECHER, 1000);
      delay(50);
      noTone(LAUTSPRECHER);

      // Zeichen anzeigen
      // # soll nicht angezeigt werden
      if (Taste.bit.KEY != 35)
      {
        Serial.print(Zeichen[Position]);
        lcd.print(Zeichen[Position]);
      }

      // nächstes Zeichen -> Position erhöhen
      Position ++;

      // Ausgabe LCD eine Position weiter
      PositionSpalte ++;

      // # (ASCII-Code = 35) gedrückt → Rechnung ausführen
      if (Taste.bit.KEY == 35)
      {
        // char-Array in String umwandeln
        Rechnung = String(Zeichen);

        // letztes Zeichen ist # → muss entfernt werden
        Rechnung = Rechnung.substring(0, Position - 1);

        // Position des Malzeichens bestimmen
        // Zählung beginnt mit 0
        int MalZeichen = Rechnung.indexOf('*');

        // erster Faktor: von 0 bis zur Position des Malzeichens
        String FaktorEins = Rechnung.substring(0, MalZeichen);

        /*
          zweiter Faktor: von der Position hinter dem Malzeichen
          bis zum vorletzten Zeichen
          das letzte Zeichen ist # → soll entfernt werden
        */
        String FaktorZwei = Rechnung.substring(MalZeichen + 1, Rechnung.length());

        /*
           Produkt berechnen
           damit dürfen die beiden Faktoren nicht größer als
           32768 sein
           long Produkt = FaktorEins.toInt() * FaktorZwei.toInt();
           Zahlen nach long umwandeln
        */
        long ErsterFaktor = FaktorEins.toInt();
        long ZweiterFaktor = FaktorZwei.toInt();
        long Produkt =  ErsterFaktor * ZweiterFaktor;

        // String Rechnung "zusammenbauen"
        Rechnung = FaktorEins + " * " + FaktorZwei + GleichZeichen + String(Produkt);

        // Rechnung anzeigen
        RechnungAusgeben();
      }
    }
  }
}

Ergänze das Programm mit der Funktion RechnungAusgeben().

void RechnungAusgeben()
{
  // Ausgabe Serieller Monitor
  Serial.println("\n" + Rechnung);

  // Ausgabe LCD
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.noCursor();
  lcd.print("Mal-Rechner");
  lcd.setCursor(0, 1);

  lcd.print("--------------------");
  lcd.setCursor(0, 2);

  /* Länge der Rechnung bestimmen
     das LCD hat nur 20 Zeichen
     wenn es mehr als 20 sind → Zeilenumbruch beim =-Zeichen
  */
  int Laenge = Rechnung.length();

  if (Laenge > 20)
  {
    // Position des =-Zeichen bestimmen
    int GleichZeichen = Rechnung.indexOf('=');

    // Rechnung bis =-Zeichen anzeigen
    lcd.print(Rechnung.substring(0, GleichZeichen + 1));

    // Zeilenumbruch
    lcd.setCursor(0, 3);
    lcd.print(Rechnung.substring(GleichZeichen + 2, Rechnung.length()));
  }

  // wenn Laenge  20 Zeichen
  else lcd.print(Rechnung);
}

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