基于STM32的简易电子计算器设计与实现

四川师范大学成都学院通信工程学院基于STM32的简易电子计算器设计与实现---实验综合设计报告学生姓名陶龑学号2016301033所在学院通信工程学院专业名称嵌入式系统课程设计班级2014级软件班指导教师刘强成绩四川师范大学成都学院二○一六年十一月基于STM32的简易电子计算器设计与实现内容摘要：电子计算器即将传统意义上的计算器进行电子化和数字化，为其减少时间误差和体积，并提供更多的扩展实用功能，从而使电子计算器的应用更加广泛。在经过资料的查找与收集后，本论文以该理念设计了一款基于STM32芯片作为核心控制器，使用Keil5平台，以C语言为基础进行软件编程的简易电子计算器，其内在TFT-LCD液晶屏进行输出，以四个按键进行输入，从而实现显示输入数据以及加减乘除运算的基本功能。通过软件程序的编写、硬件电路原理的实现、电子计算器正常工作的流程、原理图仿真实现、硬件实物的安装制作与硬件实物的调试过程，该简易电子计算器现可用于日常生活和工作中。关键词：简易电子计算器STM32C语言Keil5DesignandimplementationofMultiFunctionElectronicClockbasedonSTM32Abstract:Thetraditionalelectroniccalculatorcalculatorforelectronicanddigital,toreducethetimeerrorandvolume,andprovidemoreextendedutilityfunction,sothatthemoreextensiveapplicationofelectroniccalculators.Aftersearchingandcollectingdata,inthispaper,theconceptofadesignbasedonSTM32chipasthecorecontroller,usingKeil5platform,simpleelectroniccalculatorbasedonClanguagesoftwareprogramming,theTFT-LCDLCDscreenforinputandoutput,withfourkeys,soastorealizethedisplayofinputdataandthebasicthefunctionofadd,subtract,multiplyanddivideoperations.Throughthesoftwareprogram,hardwarecircuitprincipleoftheelectroniccalculatorrealization,normalworkprocessandtheprincipleofgraphsimulation,hardwareinstallationandhardwaredebuggingprocess,thesimpleelectroniccalculatorisusedindailylifeandwork.Keywords:SimpleelectroniccalculatorSTM32languageCKeil5目录前言...............................................................01设计要求..........................................................12设计目的与作用....................................................13所用设备及软件....................................................14系统设计方案......................................................14.1系统总体设计.................................................14.2简要阐述系统工作原理.........................................25系统硬件设计......................................................35.1系统整体设计.................................................35.2各单元电路设计...............................................35.2.1电源电路.............................................35.2.2LCD液晶显示电路.....................................35.2.3简易电子计算器电路...................................45.2.4按键电路.............................................45.2.5蜂鸣器电路...........................................45.2.6复位电路.............................................45.2.7串口电路.............................................56系统软件设计......................................................56.1主程序设计...................................................56.2子程序设计...................................................66.2.1显示模块.............................................66.2.2按键处理模块.........................................76.2.3实时简易电子计算器万年历模块.........................77仿真调试分析......................................................88设计中的问题及解决方法............................................99学习心得..........................................................9附录..............................................................11附录1：主程序代码..............................................11附录2：系统总体结构电路原理图..................................18参考文献...........................................................19基于STM32的简易电子计算器设计与实现前言最早的计算工具诞生在中国。中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹。这种算筹多用竹子制成，也有用木头、兽骨充当材料的，约二百七十枚一束，放在布袋里可随身携带。直到今天仍在使用的珠算盘，是中国古代计算工具领域中的另一项发明，明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。17世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展。英国数学家纳皮尔发明了“纳皮尔算筹”，英国牧师奥却德发明了圆柱形对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可以计算三角函数、指数函数和对数函数。这些计算工具为现代计算器的发展奠定了良好的基础。1642年，年仅19岁的法国伟大科学家帕斯卡引用算盘的原理，发明了第一部机械式计算器。在他的计算器中有一些互相联锁的齿轮，一个转过十位的齿轮会使另一个齿轮转过一位，人们可以像拨电话号码盘那样，把数字拨进去，计算结果就会出现在另一个窗口中，但是只能做加减计算。1694年，莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。此后，到了20世纪50年代末，电子计算器问世。而现在我们所说的计算器一般是指“电子计算器”，该名词由日文传入中国。计算器是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片，结构简单，功能较弱，但由于它使用方便、操作简单、价格低廉，因而广泛运用于商业交易中，也是必备的办公用品之一。随着电子技术的飞速发展，为了进行大量的运算，电子计算器应用于各个领域，从而使电子计算器的应用更为广泛，不仅改变传统意义的手持计算器功能，使计算器支持彩屏的显示，界面更友好，可扩展性能更强，为生活和工作带来了便捷。本设计的简易电子计算器以STM32微控制器芯片作为核心控制器，由于其基于ARMCortex-M3处理器，可用于满足大部分通用型应用的需求，故选用STM32。具体需要硬件的调试以及软件程序的编写和实现来完成。1设计要求具有通过四个按键来选择的功能；具有彩屏显示以及界面功能；具有显示输入的第一位数字和第二位数字的功能；具有除法保留小数位数的功能；具有基本的加减乘除功能；2设计目的与作用设计目的：简易电子计算器设计首要的工作是结合以往所学C语言的编写理论和编写规则来编写简易电子计算器的软件部分，编写时要结合STM32开发板的管脚功能和其他硬件电路，如输入模块和TFT-LCD液晶显示屏。利用开发板硬件电路实现软硬件结合，能够掌握简易电子计算器的设计、组装与调试方法。设计作用：通过对简易电子计算器的设计与实现，巩固和加深嵌入式系统应用的知识面，更近一步了解STM32的具体使用，并能够掌握简易电子计算器的设计思路，提高及灵活运用所学知识。在设计与实现的过程中，熟悉软硬件设计的方法、内容及步骤，提高动手实践能力、提高科学的思维能力，对于论文的编写，培养书写综合实验报告的能力。3所用设备及软件本次设计采用的设备为STM32开发板，以及keilMDK软件和C语言的编写。4系统设计方案4.1系统总体设计本设计采用意法半导体基于Cortex-M3的STM32F103，意法半导体的板子具有良好的性价比、低功耗、易开发等特点，而且其体系和架构资料丰富，用它能够快速的开发出整个系统。显示屏的选择，现有的液晶显示屏的种类很多，本设计选用的是2.8寸带触摸的彩屏，分辨率为320x240，支持16位色，这个就足够本设计使用了。可把数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到LCD液晶显示模块，实现简易电子计算器用户操作界面的显示，在开发板上可使用四个独立按键进行光标上下左右的移动，根据软件程序的设置，开发板加减乘数的计算功能。系统整体框图如图4.1所示：图4.1系统整体框图4.2简要阐述系统工作原理整个系统用STM32单片机作为中央控制器，由单片机执行采集内部RTC值，简易电子计算器信号通过单片机I/O传给LCD显示屏，单片机模块控制驱动模块驱动显示模块，通过显示模块来实现信号的输出、LCD显示屏的显示及相关的控制功能。系统设有按键模块用于对数字进行调整。系统流程图如图4.2所示：图4.2系统流程图STM32电源简易电子计算器电路复位电路蜂鸣器电路串口电路LCD液晶显示模块独立按键处理模块5系统硬件设计5.1系统整体设计本数字简易电子计算器设计计时采用开发板自带RTC模块，使用4个独立按键实现对时间的调整，1个按键进行复位操作，蜂鸣器对于整点报时及闹铃进行响应。系统总体结构电路原理图见附录2。5.2各单元电路设计该多功能数字简易电子计算器电路原理设计是基于最小系统包括电源电路、复位电路、按键电路、计算电路、LCD液晶显示电路、蜂鸣器电路、串口电路。5.