基于STM32的简易计算器设计毕业设计论文1.docx

基于STM32的简易计算器设计毕业设计论文1.docx

《基于STM32的简易计算器设计毕业设计论文1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于STM32的简易计算器设计毕业设计论文1.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于STM32的简易计算器设计

摘要

单片机的出现是计算机技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心。

现在已经广泛的应用到我们日常生活的很多领域中，比如：

科技设备、电子设备、通信工程、汽车产业，工业等。

本设计的简易计算器就是利用STM32单片机作为核心控制器制作而成的。

最近学习了STM32多功能开发板，想通过STM32开发板来做一个项目。

现如今计算器的应用很广泛，大到科研计算，小到算术结账，日常生活中都免不了用到它。

所以选择制作一个简易的计算器来作为自己的毕业设计。

从而检查一下自己对这块板子的理解和自己的动手实践能力。

制作这个项目我还用到了微控制器、LCD液晶显示屏、触摸屏、FSMC。

每一个器件我都细心了解，熟练的应用它们，最终完成了我的毕业设计。

关键词：

STM32、单片机、触摸屏、计算器

Abstract

Theemergenceofthesinglechipmicrocomputeristheproductofthehighspeeddevelopmentofcomputertechnology,itisthecoreoftheembeddedcontrolsystem.Isnowwidelyusedinmanyareasofourdailylife,suchas:

scienceandtechnologyequipment,electronicequipment,communicationsengineering,automobileindustry,industry,etc.ThisdesignissimplecalculatorUSESSTM32MCUasthecorecontrollerismadeandbebecome.

RecentlylearnedSTM32multi-functiondevelopmentboard,wanttopasstheSTM32developmentboardtodoaproject.Nowadayscalculatorapplicationisveryextensive,bigtoscientificcomputing,smalltoarithmeticinvoicing,useitindailylifeareinevitable.Sochoosetomakeasimplecalculatorasagraduationdesignofitsown.Tocheckyourunderstandingoftheboardandtheirpracticalability.Ialsousedtomakethisprojecttothemicrocontroller,LCDliquidcrystaldisplayscreen,touchscreen,theFSMC.Icarefullyunderstandeachdevice,skilledapplicationofthem,finallycompletemygraduationdesign.

Keywords:

STM32，Microcontroller，Touch，Calculator.

目录

1引言 1

2.总体方案设计 2

2.1任务要求 2

2.1.1任务 2

2.1.2要求 2

2.2设计方案论证 2

2.2.1单片机的选型 2

2.2.2显示屏的选型 2

2.2.3外部存储器的选型 2

2.3系统总体设计 2

3系统硬件设计 4

3.1微控制器简介 4

3.2LCD液晶显示简介 4

3.3触摸屏模块简介 6

3.4FSMC简介 8

3.5整体系统硬件设计 10

3.5.1单片机设计 10

3.5.2电源部分设计 11

3.5.3单片机和触摸屏接口设计 12

4系统软件设计 13

4.1系统各个模块初始化 13

4.2显示模块程序设计 13

4.3触摸模块程序设计 14

4.4实现运算表达式的程序设计 15

5效果图展示 16

6总结 19

参考文献 20

附录 21

致谢 42

1引言

中国古代有四大发明闻名于世，当然最早的计算器也诞生于中国。

在中国古代，最早采用的一种用来计算的工具叫筹策，又称算筹。

这种算筹的制作材料有木头、兽骨等，但大多数是用竹子制成的。

大约二百七十枚一束，体积很小，利于人们随身携带。

直到现代，我们仍在使用的珠算盘，珠算盘是中国古代计算工具里的一项有利发明。

明代时候的珠算盘与我们现今用的就已经基本相同。

可见其实用性。

17世纪初，西方国家的计算工具取得了迅速的发展，在计算工具领域里出现了一些新的发明，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，这种计算尺得到了广泛的应用，它不仅能计算加减乘除，平方，开方运算，而且可以计算函数运算。

这些计算工具的使用与发展为现代计算器的发展奠定了良好的基础。

16世纪40年代，年仅19岁的伟大法国科学家帕斯卡引用算盘的原理，发明了第一部机械式计算机，在他发明的计算器中有一些相互关联的齿轮，一个齿轮转过十位，就会使另一个齿轮转过一位，这样，人们就可以像拨打电话号码那样，把数字拨进去，计算结果就会出现在显示界面上，但是这种计算器只能进行加减运算。

1694年，莱布尼兹在德国将它改造成可以进行乘除的计算器。

后来，一直到了20世纪50年代末，电子计算器才被发明出来。

本文设计的是一种基于STM32的简易计算器的设计，通过触摸屏进行人机交互，按键可以直接显示到触摸屏上，不需要传统的机械按键。

它与传统的机械按键不同，传统的机械按键需要占用大量的单片机I/O口，而触摸屏不同，它只需要通过SPI接口和单片机通信就可以。

2.总体方案设计

2.1任务要求

2.1.1任务

本设计的计算器完成一些简单数学的运算，加减乘除。

并将表达式和结果实时显示在液晶屏上。

2.1.2要求

1.基本功能

实现基本的四则运算，并能在触摸屏上显示表达式和结果。

2.拓展功能

能实现小数，负数的运算。

3.技术指标

能实时显示计算表达式和结果，能精确到小数点后六位。

2.2设计方案论证

2.2.1单片机的选型

单片机选用意法半导体基于ARMCortex-M3内核的STM32F103ZET6,意法半导体的单片机具有良好的性能，如：

低功耗，易开发，性价比高。

而且其体系和构架的相关资料丰富，用它能快速的开发出整个系统。

2.2.2显示屏的选型

如今的液晶显示屏种类多样，我们选用的是2.8寸的TFT液晶屏，320x480的分辨率，支持16位色，16位数据接口，该屏幕自带触摸控制功能，可以直接在屏幕上通过触摸来控制所显示的按键。

2.2.3外部存储器的选型

我们这里用的外部存储器是FSMC。

由于其每一个存储器模块都有其独立的片选控制，由于其每一个存储器模块都有独立的片选配置，因此它的每一个存储器模块都可以独立配置，而且它还具有接口方便，体积小，断电不丢失数据等特点，所以能在工业自动化控制方面和仪器仪表中得到广泛的应用。

2.3系统总体设计

根据设计要求和模块选型所确定的系统总体方案设计如图2.1所示，此系统主要是在触摸屏上显示数学表达式，所以硬件电路比较简单。

STM32最小系统和显示屏之间利用FSMC进行16位并行接口通信。

STM32系统开发板

触摸模块

FSMC模块

LCD显示模块

图2.1系统总体方案设计图

3系统硬件设计

3.1微控制器简介

为了进行大量浮点数的运算，并且能很好的支持彩屏的显示，我们选用了计算能力较强的基ARMCortex-M3系列的STM32F103ZET6作为微控制器。

Cortex-M3是ARM公司研发的一个系列，主要应用于微控制开发领域，采用的架构是ARMv7-M，它包括16位所有的Thumb指令集，还包括基本的32位Thumb-2指令集架构。

Thumb-2在Thumb指令集架构上进行了多方面的改进，它与Thumb比较，不仅具有超高的代码密度，而且还可以提供16/32位指令的超高性能。

ARM的Cortex-M3处理器是现在比较高端的嵌入式ARM处理器，它为实现MCU的需要提供了诸多便捷，例如：

低成本的平台，引脚数目缩减，还把系统的功耗降低了，并且同时还提供了超高的计算性能和先进的中断响应。

基于AVRCortex-M3的RISC处理器是32位，它能供应多余的代码效率，在一般8位和16位系统的存储结构上发挥了ARM内核的超高性能。

本设计采用意法半导体公司生产的STM32F103ZET6就是基于ARMCortex-M3内核的，它具有很多优点，如：

低成本、低功耗、高性能。

最高频率能够达到72MHz，大于512K字节的闪存和64K字节的SRAM，2个高级控制定时器，4个通用的定时器，112个GPIO端口，2个基本定时器，又包括先进和标准的通信接口多个：

4个SPI接口，多达3个I2C接口，2个I2S接口，1个SDIO接口，5个USART接口，1个USB接口和1个CAN接口。

这些各式各样的外设配置，能够把STM32F103系列的微控制器应用于多种场合：

（1）空调通风暖气系统，警报系统，和语音视频对讲等等。

（2）电机驱动和应用设计。

（3）PC游戏外设和GPS平台。

（4）医疗机械设备和手持设备。

（5）工业领域：

可编程控制器（PLC），变频器，扫描仪和打印机。

3.2LCD液晶显示简介

薄膜晶体管即TFT，即每个液晶的像素点都是依靠在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，这样就能够达到高对比度、高亮度、高速度、显示屏幕画面，是至今为止最优秀的LCD彩色显示设备之一，其效果非常接近于CRT显示器，是目前大部分台式机子和笔记本电脑上的主要显示设备。

TFT的每个像素点都是依靠集成在自身上的TFT来管理，是有源像素点。

所以，不但可以把速度极大提高，而且也可以把其亮度和对比度大大的提高，同时达到超高水平的还有分辨率。

TFT-LCD的液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，又叫作“真彩”（TFT）。

TFT液晶把每个像素都按有一个半导体开关，每个像素都能够通过点脉冲来控制，所以每个节点都是相对独立的，而且能够连续控制，这样既提升了显示屏的反应速度，同时还能够精确的控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更为逼真。

TFT是薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件。

TFT液晶显示器把每个像素点上都按有一个场效应开关管，这样会比较容易实现真彩色、高分辨率的液晶显示器件。

现在的TFT型液晶大多数都能够实现18bit以上的彩色（218色），甚至有的还会达到24bit彩色；在分辨率上，实现了SVGA（800×600）、VGA（640×480）、SXGA（1280×1024）、XGA（1024×768）、SXGA（1280×1024），甚至把UXGA（1600×1200）都已转换为现实。

TFT优点：

TFT的亮度好，对比度高，层次感强。

缺点是高耗电且高成本。

TFT型的液晶显示器主要构造有：

导光板、萤光管、滤光板、偏光板、配向膜、玻璃基板、薄模式晶体管、液晶材料等等。

我们这里使用的TFTLCD模块是ILI9486型号的，其有下面一些特点：

（1）显示屏2.8寸。

（2）分辨率是320x480。

（3）自身携带触摸屏，能够用来当作控制输入。

（4）16位的真彩显示。

（5）通用的接口为显示部分是16位的并行接口，触摸控制模块是SPI接口。

这个模块使用的是显尚光电的DS