如何使用Arduino设计并实现一个矩阵键盘控制的四则运算计算器，同时将计算结果显示在LCD液晶屏上？请提供详细的编程代码示例以及必要的硬件连接步骤。

设计一个基于Arduino的矩阵键盘控制四则运算计算器，我们需要以下几个步骤：

**硬件连接：**
1. **Arduino Uno**: 连接你的Arduino板到电脑上。
2. **LCD液晶屏**: 按照16x2或16x4这样的尺寸，通过I2C接口连接到数字I/O引脚（如A0-A5），VSS（地）、VDD（电源）。
3. **矩阵键盘**: 将每个按键连接到Arduino的数字引脚，行线接到Arduino的数字I/O口，列线接到另一个I/O口。例如，你可以使用Pins 2-7作为行，Pins 8-13作为列。

**软件编程：**
1. 首先安装必要的库：
- 对于LCD，你需要安装LiquidCrystal库：`#include <LiquidCrystal.h>`
- 对于矩阵键盘，可以使用如MatrixKeypad库：`#include <Keypad.h>`

2. 定义LCD和矩阵键盘实例：

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // LCD I2C pins (if using a 16x2)
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(matrix), makeKeys(row_pins, col_pins)); // Replace 'matrix' and 'row_pins'/'col_pins' with your key matrix and pin arrays

3. 编写函数处理按键输入，比如检测用户按下哪个数或运算符：

int getKeypress() {
    int row = keypad.getKey();
    if (row != NO_KEY) {
        return keypad.keyMap[row][keypad.keysyms[row].number];
    }
    return 0; // No key pressed
}

4. 主程序循环中处理按键输入，读取用户的运算符、数字，然后进行计算：

while (true) {
    char input = getKeypress();
    switch (input) {
        case '1': lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("1"); break;
        // ... similar cases for other digits and operators like '+', '-', '*', '/'
        default:
            break; // Ignore any non-digit or operator key
    }

    // Perform calculation when all four numbers are entered
    if (/* Check if all numbers are on the screen */) {
        int num1 = /* Get number from LCD */;
        int num2 = /* Get another number */;
        int result;

        switch (input) {
            case '+':
                result = num1 + num2;
                break;
            // ... handle other operations
        }
        lcd.clear();
        lcd.print("Result: ");
        lcd.print(result);
    }
}