Arduinoで作る電卓 - 16x2 LCDと4x4キーパッドで四則演算

必要な部品と材料

部品	数量
Arduino Uno（互換機可）	1
16×2 キャラクターLCD（HD44780互換）	1
4×4 マトリックスキーパッド	1
9V電池（またはUSB給電）	1
ブレッドボード & ジャンパーワイヤー	1式

プロジェクト概要

Arduino Uno、16×2 LCD、4×4キーパッドを用いて、四則演算（加減乗除）が可能なスタンドアロン電卓を作ります。LiquidCrystal ライブラリと Keypad ライブラリを使用することで、比較的簡単に実装できます。Arduinoプログラミングの基礎（変数、条件分岐、ループ、関数、ライブラリ利用）を学ぶのに最適なプロジェクトです。

必要な材料

• Arduino Uno（どのバージョンでも可）
• 16×2 LCDディスプレイ
• 4×4 キーパッド
• 9V電池
• ブレッドボードとジャンパーワイヤー

ピン接続

Arduinoピン	接続先
D0 〜 D7	キーパッド 1〜8番ピン（行/列）
D8	LCD RS (ピン4)
D9	LCD Enable (ピン6)
D10	LCD D4 (ピン11)
D11	LCD D5 (ピン12)
D12	LCD D6 (ピン13)
D13	LCD D7 (ピン14)
5V	LCD VDD (ピン2), キーパッド共通
GND	LCD VSS/VEE/RW (ピン1,3,5), キーパッド共通

注意: 一部のArduinoボードでは、ピン0(D0)とピン1(D1)に配線があるとスケッチアップロード時にエラーになることがあります。その場合はアップロード時にキーパッドを外してください。

コード解説

主な処理フロー：

1. setup()：LCD初期化、起動メッセージ表示
2. loop()：キーパッド入力をポーリングし、DetectButtons() でキー判定
3. 数字キー：入力中の数値を桁上げして構築（Number = Number*10 + digit）
4. 演算子キー（A:+, B:-, C:*, D:/）：第一オペランド Num1 確定、演算子 action 記録、入力バッファクリア
5. # キー：第二オペランド Num2 確定、計算フラグ result=true
6. * キー：全クリア（リセット）
7. CalculateResult()：演算子に応じて四則演算実行
8. DisplayResult()：LCDに式と結果を表示

完全なArduinoスケッチ

/* Arduino Keypad Calculator */
#include <LiquidCrystal.h>
#include <Keypad.h>

const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;

char keys[ROWS][COLS] = {
  {'7','8','9','D'},
  {'4','5','6','C'},
  {'1','2','3','B'},
  {'*','0','#','A'}
};

byte rowPins[ROWS] = {0, 1, 2, 3};
byte colPins[COLS] = {4, 5, 6, 7};

Keypad kpd = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

const int rs = 8, en = 9, d4 = 10, d5 = 11, d6 = 12, d7 = 13;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

long Num1, Num2, Number;
char key, action;
boolean result = false;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print("DIY Calculator");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("-CircuitDigest");
  delay(2000);
  lcd.clear();
}

void loop() {
  key = kpd.getKey();
  if (key != NO_KEY) DetectButtons();
  if (result == true) CalculateResult();
  DisplayResult();
}

void DetectButtons() {
  lcd.clear();
  if (key == '*') { Number = Num1 = Num2 = 0; result = false; return; }

  if (key >= '0' && key <= '9') {
    if (Number == 0) Number = key - '0';
    else Number = Number * 10 + (key - '0');
  }

  if (key == '#') { Num2 = Number; result = true; }

  if (key == 'A' || key == 'B' || key == 'C' || key == 'D') {
    Num1 = Number;
    Number = 0;
    if (key == 'A') action = '+';
    if (key == 'B') action = '-';
    if (key == 'C') action = '*';
    if (key == 'D') action = '/';
    delay(100);
  }
}

void CalculateResult() {
  if (action == '+') Number = Num1 + Num2;
  if (action == '-') Number = Num1 - Num2;
  if (action == '*') Number = Num1 * Num2;
  if (action == '/') Number = (Num2 != 0) ? Num1 / Num2 : 0; // ゼロ除算ガード
}

void DisplayResult() {
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(Num1);
  lcd.print(action);
  lcd.print(Num2);
  if (result) { lcd.print(" ="); lcd.print(Number); }
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(Number);
}

※元コードの冗長な if 連なりを簡潔化しています。動作は同等です。

回路図

学習ポイント

• Keypad ライブラリによるマトリックスキーパッドのスキャンとデバウンス処理
• LiquidCrystal ライブラリによる4ビットモードLCD制御
• 状態管理（入力中/演算子入力済み/計算実行）と変数の役割分担
• 文字入力から数値変換（key - '0'）と桁上げロジック
• ゼロ除算等のエラーハンドリングの重要性