四则运算计算器设计

一：设计要求

1. 矩阵键盘上一共按键个数16个，操作数（0~9:10个按键），操作符（+/-/*/:4个按键），赋值号（结果:1个按键），四则运算最起码需要15个按键。
多余的1个按键可以设置一些清除功能/其它运算功能。

2. 数码管显示限制
显示有一定的限制，显示设备拓展：TFT/VGA/HDMI/LCD…
123 + 234 = 357 999999+1=1000000
9999 * 9999 = 99,980,001 24位计算结果：16,777,216
可以在超出计算/显示范围时，设置计算ERROR功能。

3. 计算问题
正常计算：
1+1=2 2*2=4
异常计算：
1++(1+) ++1(0+1) 1+1+1(1+1=2+1=3)
…

二：设计分析

1. 按键的键值数据显示在数码管上
参考练习3。
show_data[23:0]={show_data[19:0], key_data[3:0]}; //数码显示按键键值数据

2. 表示操作数（表示操作数和显示键值数据保持一致）
key_data[3:0]=1 key_data[3:0]=2 key_data[3:0]=3
显示时：show_data[23:0]=24’h000123
1 12 123
num1（第一个操作数）=num1 * 10 + key_data;
num1=1 num1=12 num1=123
无论操作数多/少，表示方式一样。

3. 正常显示情况下，计算过程
1+1=2
首先确定第一个操作数1（显示和表示），然后确定操作符+（不显示:显示全0），再次确定第二个操作数1（显示和表示），最后输出计算结果（1+1=2）。

三：设计架构

四：计算模块逻辑分析和实现

1. 一次计算过程：
num1(第一个操作数) opcode(操作符) num2(第二个操作数) =(赋值号)
result(计算结果)

2. 当一次计算结果结束后，考虑重复计算可能：
• 第二次计算时会将第一次计算结果作为第一个操作数；
1+1=2*4=8
• 第二次计算时，不使用上次计算结果，重新输入第二次第一个操作数会覆盖之前的计算结果。
1+1=2 5/4=1

3. 第一次计算过程和重复计算
• 首先划分操作数（num1和num2）和操作数（opcode）；可以将矩阵键盘按键0~9设置为操作数，abcd设置为操作符(+ - * /)，e/f任意一个设置为赋值号。
• 产生第一个操作数（num1）
判断矩阵键盘上的按键是否按下，然后判断按键键值数据，如果键值数据<10，可以认为是操作数。
• 产生操作符（opcode）
判断矩阵键盘上的按键是否按下，然后判断按键键值数据，如果键值数据>=10&&<14，可以认为是操作符。
• 产生第二个操作数（num2）
判断矩阵键盘上的按键是否按下，然后判断按键键值数据，如果键值数据<10，可以认为是操作数。
• 产生赋值号（=）
判断矩阵键盘上的按键是否按下，然后判断按键键值数据，如果键值数据=14/15，可以认为是赋值号。
• 判断当前具体是哪一种运算
10 : result = num1 + num2; //+
11 : result = num1 - num2; //-
12 : result = num1 * num2; //*
13 : result = num1 / num2; ///
• 对计算结果进行转码（对10求余）
result / 100000 % 10 //十万位（显示在数码管最高位）
• 1~7过程完成一次计算过程，后续考虑重新计算。
第二次计算时会将第一次计算结果作为第一个操作数；
1+1=2*4=8
第二次计算时，不使用上次计算结果，重新输入第二次第一个操作数会覆盖之前的计算结果。
1+1=2 5/4=1

4. 采用FSM实现

5. 仿真测试结果

6. 下板验证