基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)

(南昌理工學(xué)院電子與信息學(xué)院 江西 南昌 330013)

基于單片機(jī)的計(jì)算器設(shè)計(jì)

繆星星

(南昌理工學(xué)院電子與信息學(xué)院江西南昌330013)

設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)基本四則運(yùn)算與常用三角函數(shù)計(jì)算作為基礎(chǔ)功能的計(jì)算器，并在此基礎(chǔ)之上，添加數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析功能。

單片機(jī)；計(jì)算器；液晶；串口

一、引言

在現(xiàn)實(shí)生活中，數(shù)學(xué)計(jì)算常常伴隨我們左右，一個(gè)簡(jiǎn)單廉價(jià)的計(jì)算器可以極大的方便人們生產(chǎn)生活中的計(jì)算問題，那么在滿足常規(guī)數(shù)學(xué)計(jì)算的同時(shí)，提供簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)分析，將賦予計(jì)算器全新的生命，這將使計(jì)算器更好的成為人們的生產(chǎn)力工具，使用現(xiàn)有技術(shù)，解決和方便人們生活中的問題是本設(shè)計(jì)的最大意義。

二、總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)組成，下位機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)，串口通信模塊，按鍵輸入模塊，LCD液晶顯示模塊組成，上位機(jī)系統(tǒng)為PC端桌面程序。下位機(jī)系統(tǒng)主要完成對(duì)用戶輸入的數(shù)學(xué)表達(dá)式的計(jì)算，并在計(jì)算完成后自動(dòng)將相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)串口模塊，上傳至上位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)則實(shí)時(shí)接收下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，內(nèi)部使用相關(guān)算法，對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：

系統(tǒng)工作原理見圖2-1：

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

三、硬件設(shè)計(jì)

下位機(jī)系統(tǒng)使用串口數(shù)據(jù)線與PC端口連接，按下系統(tǒng)電源按鍵，系統(tǒng)開始運(yùn)行，首先進(jìn)行各模塊進(jìn)行初始化工作，系統(tǒng)初始化完成后，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)等待用戶的按鍵輸入，當(dāng)硬件電路感知到用戶輸入時(shí)，LCD液晶屏中會(huì)對(duì)用戶輸入進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)用戶按下“=”鍵時(shí)，系統(tǒng)程序會(huì)對(duì)用戶輸入的表達(dá)式進(jìn)行處理，計(jì)算出表達(dá)式結(jié)果，同時(shí)通過(guò)串口模塊將表達(dá)式及結(jié)果數(shù)據(jù)上傳至PC上位，PC上位機(jī)接收串口數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理顯示。

圖2 硬件設(shè)計(jì)電路圖

四、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，是指通過(guò)軟件編程的方式協(xié)調(diào)系統(tǒng)各硬件電路運(yùn)行，通過(guò)軟硬結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。它是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠運(yùn)行的重要保障。

本設(shè)計(jì)中下位機(jī)系統(tǒng)程序包括，鍵盤按鍵掃描，LCD液晶顯示，單片機(jī)串口通信，數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算，主程序控制等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)上電后，在主程序中首先完成各功能模塊的初始化工作，隨后主程序中進(jìn)入while(1)大循環(huán)，循環(huán)調(diào)用按鍵掃描模塊，對(duì)用戶輸入進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有鍵按下，在鍵盤掃描模塊中將會(huì)獲取按鍵鍵值，同時(shí)主程序中會(huì)將鍵值放入表達(dá)式緩沖區(qū)中進(jìn)行保存，并調(diào)用LCD液晶顯示模塊將用戶按鍵值在LCD1602液晶屏中進(jìn)行顯示，當(dāng)用達(dá)式輸入完畢按下“=”鍵，主程序中將會(huì)調(diào)用數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算模塊，首先從表達(dá)式緩沖區(qū)中讀取用戶輸入表達(dá)式，通過(guò)計(jì)算模塊的符號(hào)棧處理，將用戶輸入中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)換為后綴表達(dá)式，存儲(chǔ)在后綴表達(dá)式緩沖區(qū)中，隨后計(jì)算模塊通過(guò)計(jì)算棧對(duì)后綴表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算求值，得出表達(dá)式計(jì)算結(jié)果，并通過(guò)LCD液晶顯示模塊，將計(jì)算結(jié)果在LCD中進(jìn)行顯示，最后主程序調(diào)用單片機(jī)串口通信模塊，將表達(dá)式緩沖區(qū)的內(nèi)容與表達(dá)式計(jì)算結(jié)果發(fā)送到PC上位機(jī)系統(tǒng)中，上述步驟執(zhí)行完成，主程序重新回到按鍵掃描模塊中執(zhí)行，掃描等待用戶下一次的表達(dá)式輸入計(jì)算。主程序中當(dāng)用戶按下清屏按鍵，主程序會(huì)調(diào)用LCD液晶顯示模塊，對(duì)LCD液晶顯示進(jìn)行清除，同時(shí)會(huì)將各緩沖區(qū)內(nèi)存空間進(jìn)行初始化操作，完成清屏后回調(diào)到按鍵掃描模塊，等待用戶下一次按鍵輸入。

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