{"id":15060347,"url":"https://github.com/igor-240340/hardwarecalculatorfromscratch","last_synced_at":"2026-02-16T04:38:39.324Z","repository":{"id":251554540,"uuid":"834309661","full_name":"igor-240340/HardwareCalculatorFromScratch","owner":"igor-240340","description":"DIY hardware calculator on AVR MCU ATmega328P written in assembly from scratch","archived":false,"fork":false,"pushed_at":"2025-08-02T13:11:13.000Z","size":85588,"stargazers_count":1,"open_issues_count":0,"forks_count":0,"subscribers_count":1,"default_branch":"dev","last_synced_at":"2025-08-02T14:26:19.409Z","etag":null,"topics":["assembly-language","atmega328p","avr","binary-arithmetic","calculator","diy","diy-calculator","floating-point","hardware","hardware-calculator-from-scratch","hd44780","homebrew-calculator","ieee-754","keypad-matrix","lcd-library","lcd1602","mm74c922"],"latest_commit_sha":null,"homepage":"","language":"Assembly","has_issues":true,"has_wiki":null,"has_pages":null,"mirror_url":null,"source_name":null,"license":null,"status":null,"scm":"git","pull_requests_enabled":true,"icon_url":"https://github.com/igor-240340.png","metadata":{"files":{"readme":"README.md","changelog":null,"contributing":null,"funding":null,"license":null,"code_of_conduct":null,"threat_model":null,"audit":null,"citation":null,"codeowners":null,"security":null,"support":null,"governance":null,"roadmap":null,"authors":null,"dei":null,"publiccode":null,"codemeta":null,"zenodo":null}},"created_at":"2024-07-26T22:54:20.000Z","updated_at":"2025-08-02T13:10:12.000Z","dependencies_parsed_at":"2024-08-28T17:40:59.241Z","dependency_job_id":"57c24976-79b5-4dfa-ac77-5ca9eda3a070","html_url":"https://github.com/igor-240340/HardwareCalculatorFromScratch","commit_stats":null,"previous_names":["igor-240340/hardwarecalculatorfromscratch"],"tags_count":0,"template":false,"template_full_name":null,"purl":"pkg:github/igor-240340/HardwareCalculatorFromScratch","repository_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/repositories/igor-240340%2FHardwareCalculatorFromScratch","tags_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/repositories/igor-240340%2FHardwareCalculatorFromScratch/tags","releases_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/repositories/igor-240340%2FHardwareCalculatorFromScratch/releases","manifests_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/repositories/igor-240340%2FHardwareCalculatorFromScratch/manifests","owner_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/owners/igor-240340","download_url":"https://codeload.github.com/igor-240340/HardwareCalculatorFromScratch/tar.gz/refs/heads/dev","sbom_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/repositories/igor-240340%2FHardwareCalculatorFromScratch/sbom","scorecard":null,"host":{"name":"GitHub","url":"https://github.com","kind":"github","repositories_count":278411316,"owners_count":25982379,"icon_url":"https://github.com/github.png","version":null,"created_at":"2022-05-30T11:31:42.601Z","updated_at":"2022-07-04T15:15:14.044Z","status":"online","status_checked_at":"2025-10-05T02:00:06.059Z","response_time":54,"last_error":null,"robots_txt_status":"success","robots_txt_updated_at":"2025-07-24T06:49:26.215Z","robots_txt_url":"https://github.com/robots.txt","online":true,"can_crawl_api":true,"host_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub","repositories_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/repositories","repository_names_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/repository_names","owners_url":"https://repos.ecosyste.ms/api/v1/hosts/GitHub/owners"}},"keywords":["assembly-language","atmega328p","avr","binary-arithmetic","calculator","diy","diy-calculator","floating-point","hardware","hardware-calculator-from-scratch","hd44780","homebrew-calculator","ieee-754","keypad-matrix","lcd-library","lcd1602","mm74c922"],"created_at":"2024-09-24T22:57:16.947Z","updated_at":"2025-10-05T05:22:16.110Z","avatar_url":"https://github.com/igor-240340.png","language":"Assembly","funding_links":[],"categories":[],"sub_categories":[],"readme":"# Hardware Calculator From Scratch\nEnglish version is located in [en](https://github.com/igor-240340/HardwareCalculatorFromScratch/tree/en) branch.\n\n[Страница](https://hackaday.io/project/197623-hardware-calculator-from-scratch) проекта на Hackaday.\n\nЭтот репозиторий содержит полный код прошивки для калькулятора, построенного на базе микроконтроллера AVR ATmega328P.\n\nhttps://github.com/user-attachments/assets/c9621d69-dfed-499c-8f88-36c1198a2822\n\n## Обзор\n\nКалькулятор построен на основе двух кастомных библиотек:\n\n- **float32avr.asm** - Программная эмуляция плавающей точки.\n- **lcd1602.asm** - Библиотека для работы с ЖК-дисплеем LCD1602 на базе контроллера HD44780.\n\nРепозиторий библиотеки `float32avr.asm` с документацией находится [здесь](https://github.com/igor-240340/Float32AVR).\n\nРепозиторий библиотеки `lcd1602.asm` находится [здесь](https://github.com/igor-240340/LCD1602-HD44780-AVR).\n\nЭтот репозиторий содержит только копии последних версий указанных библиотек.\n\n## Документация\n\nОсновной источник информации по устройству калькулятора и его разработке - учебное пособие, в котором описана вся теория, стоящая за калькулятором (основы машинной арифметики, программная эмуляция плавающей точки, ввод/вывод и др.). Его можно скачать [здесь](docs/Hardware%20Calculator%20From%20Scratch.%20The%20Tutorial.odt).\n\nТакже, есть симуляция калькулятора в Proteus, которую можно найти [здесь](docs/HardwareCalculatorFromScratch.pdsprj):\n\n![Proteus Schematic](docs/proteus_schematic.png)\n\n### Дополнительная информация\nЕще есть архив, в котором собраны абсолютно все артефакты, созданные за время разработки калькулятора: диаграммы, иллюстрации, таблицы, заметки и пр. Архив находится [здесь](https://archive.org/details/hardware-calculator-from-scratch.-7z_202504). Там хаос, но можно найти что-то полезное и интересное.\n\nВот список программ для открытия некоторых файлов в этом архиве по их расширениям:\n- **.odt**: LibreOffice Writer.\n- **.ods**: LibreOffice Calc. Эти таблицы содержат симуляцию разрядной сетки и макросы для двоичной арифметики, написанные на BASIC. Возможно, они будут работать в Excel, но я не проверял, поэтому рекомендую открывать таблицы в LibreOffice Calc.\n- **.drt**: Блок-схемы. Открывать в ИС Дракон. Это более удобная нотация взамен классическим блок-схемам. Программу ИС Дракон можно скачать [здесь](https://cloud.mail.ru/public/ecbde70c784a/%D0%98%D0%A1%20%D0%94%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD).\n- **.xmind**: Приложение Xmind для майнд-мэппинга.\n- **.drawio**: Открывать в draw.io.\n\n## Архитектура и принцип работы\n\nНиже дана общая блок-схема:\n\n![Block Diagram](docs/block_diagram.png)\n\n### Ввод чисел\n\nЭнкодер считывает нажатые клавиши и выдает 4-битный код в диапазоне от 0x0 до 0xF. Таблица ASCII-кодов клавиш хранится в RAM. Младший полубайт адреса начала таблицы содержит ноль. Когда клавиша нажата, ее 4-битный код подставляется в младший полубайт адреса таблицы, давая доступ к ASCII-коду клавиши, хранящемуся по этому адресу.\n\nДля предотвращения ввода некорректных числовых строк реализован конечный автомат для обработки нажатий клавиш. Диаграмма состояний представлена ниже:\n\n![State Diagram](docs/state_diagram.png)\n\nТекущее состояние хранится в стеке как адрес метки, на которую программа должна перейти при следующем прерывании клавиатуры.\n\n### Конвертация операндов\n\nПосле ввода первого операнда и нажатия клавиши оператора числовая строка преобразуется в формат с плавающей точкой одинарной точности. Арифметический оператор сохраняется как ASCII-код клавиши оператора.\n\nПосле ввода второго операнда он также преобразуется в `float`, считывается первый операнд, анализируется оператор, и вызывается одна из четырех подпрограмм библиотеки эмуляции операций с плавающей точкой.\n\nРезультат нормализуется до одного значащего десятичного разряда перед запятой и преобразуется в строку в экспоненциальном формате.\n\n### Вывод на экран\n\nБиблиотека `lcd1602.asm` реализует самый простой режим взаимодействия с контроллером дисплея - 8-битная шина с синхронным ожиданием busy-флага. Также реализованы вспомогательные подпрограммы управления курсором и очистки экрана.\n\n### Ошибки вычислений\n\nВ отличие от коммерческих калькуляторов, числа в этом калькуляторе представлены в формате двоичной плавающей точки, а не в двоично-десятичном формате (BCD). Поэтому точность результата зависит не только от доступной разрядности.\n\nИсточники ошибок включают:\n\n- **Особенности формата двоичной плавающей точки**:\n  - Не все десятичные числа можно точно представить в двоичном формате даже при бесконечной разрядной сетке. Классический пример - число 0.1. Проще говоря, если исходное десятичное число можно разложить в сумму степеней двойки и разрядности достаточно, то такое число будет представлено точно в двоичном виде (при условии, что алгоритм конвертации даёт в общем случае наилучшее приближение, т.е. сам не является источником ошибок). В остальных случаях мы получим только приближение к исходному десятичному числу.\n  - При вычислениях, из-за ограниченной разрядной сетки, в общем случае, неизбежно происходит округление.\n- **Конвертация десятичной числовой строки в формат бинарной плавающей точки**: Поскольку алгоритм конвертации реализует наивную схему, которая не использует арифметику с произвольной точностью, а использует ту же самую плавающую точку одинарной точности, что и для арифметический действий, может произойти округление при промежуточных вычислениях во время конвертации, которое приводит к искажению исходного десятичного числа, введенного пользователем (даже если исходное число точно представимо в двоичном виде).\n- **Конвертация числа в формате плавающей точки в десятичную строку**: Хотя любое двоичное число в `float` может быть представлено точно в десятичном виде, в этом калькуляторе, также как и в случае преобразования строки в число, используется наивная схема, базирующаяся на бинарной плавающей точке одинарной точности, поэтому возможно округление при промежуточных вычислениях, которое приводит к искажению десятичного представления исходного двоичного числа.\n\n## Принципиальная схема\n\n![Photo 4](docs/schematic.png)\n\n## Сборка\nПроект был разработан в устаревшей версии AVR Studio 4 и не проверялся в Microchip Studio for AVR.\n\n[Здесь](https://archive.org/details/avr.7z) можно скачать все архивные инструменты, необходимые для сборки.\n\n## Дополнительно (другие проекты, связанные с машинной арифметикой)\nРеализация арифметики с фиксированной точкой (двоичная, десятичная) находится [здесь](https://github.com/igor-240340/FixedPointArithmetic).  \nРеализация двоично-десятичной арифметики (BCD) находится [здесь](https://github.com/igor-240340/BCDArithmetic).  \nРеализация вычисления элементарных функций (sin/cos/sqrt) находится [здесь](https://github.com/igor-240340/FunctionApproximation).  \nРеализация генератора случайных чисел находится [здесь](https://github.com/igor-240340/RandomNumberGeneration).  \n","project_url":"https://awesome.ecosyste.ms/api/v1/projects/github.com%2Figor-240340%2Fhardwarecalculatorfromscratch","html_url":"https://awesome.ecosyste.ms/projects/github.com%2Figor-240340%2Fhardwarecalculatorfromscratch","lists_url":"https://awesome.ecosyste.ms/api/v1/projects/github.com%2Figor-240340%2Fhardwarecalculatorfromscratch/lists"}