基于單片機的計算器設計

(南昌理工學院電子與信息學院 江西 南昌 330013)

基于單片機的計算器設計

繆星星

(南昌理工學院電子與信息學院江西南昌330013)

設計以實現(xiàn)基本四則運算與常用三角函數(shù)計算作為基礎功能的計算器，并在此基礎之上，添加數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析功能。

單片機；計算器；液晶；串口

一、引言

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

二、總體設計

系統(tǒng)由下位機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)兩個系統(tǒng)組成，下位機系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)，串口通信模塊，按鍵輸入模塊，LCD液晶顯示模塊組成，上位機系統(tǒng)為PC端桌面程序。下位機系統(tǒng)主要完成對用戶輸入的數(shù)學表達式的計算，并在計算完成后自動將相關數(shù)據(jù)通過單片機串口模塊，上傳至上位機系統(tǒng)。上位機系統(tǒng)則實時接收下位機發(fā)送數(shù)據(jù)，內(nèi)部使用相關算法，對上傳數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，系統(tǒng)結構為：

系統(tǒng)工作原理見圖2-1：

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

三、硬件設計

下位機系統(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)開始運行，首先進行各模塊進行初始化工作，系統(tǒng)初始化完成后，系統(tǒng)進入等待狀態(tài)等待用戶的按鍵輸入，當硬件電路感知到用戶輸入時，LCD液晶屏中會對用戶輸入進行實時顯示，當用戶按下“=”鍵時，系統(tǒng)程序會對用戶輸入的表達式進行處理，計算出表達式結果，同時通過串口模塊將表達式及結果數(shù)據(jù)上傳至PC上位，PC上位機接收串口數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行相關處理顯示。

圖2 硬件設計電路圖

四、軟件設計

系統(tǒng)軟件設計，是指通過軟件編程的方式協(xié)調(diào)系統(tǒng)各硬件電路運行，通過軟硬結合的方式，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。它是整個系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠運行的重要保障。

本設計中下位機系統(tǒng)程序包括，鍵盤按鍵掃描，LCD液晶顯示，單片機串口通信，數(shù)學表達式計算，主程序控制等模塊構成。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，隨后主程序中進入while(1)大循環(huán)，循環(huán)調(diào)用按鍵掃描模塊，對用戶輸入進行監(jiān)控，當有鍵按下，在鍵盤掃描模塊中將會獲取按鍵鍵值，同時主程序中會將鍵值放入表達式緩沖區(qū)中進行保存，并調(diào)用LCD液晶顯示模塊將用戶按鍵值在LCD1602液晶屏中進行顯示，當用達式輸入完畢按下“=”鍵，主程序中將會調(diào)用數(shù)學表達式計算模塊，首先從表達式緩沖區(qū)中讀取用戶輸入表達式，通過計算模塊的符號棧處理，將用戶輸入中綴表達式轉換為后綴表達式，存儲在后綴表達式緩沖區(qū)中，隨后計算模塊通過計算棧對后綴表達式進行計算求值，得出表達式計算結果，并通過LCD液晶顯示模塊，將計算結果在LCD中進行顯示，最后主程序調(diào)用單片機串口通信模塊，將表達式緩沖區(qū)的內(nèi)容與表達式計算結果發(fā)送到PC上位機系統(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式輸入計算。主程序中當用戶按下清屏按鍵，主程序會調(diào)用LCD液晶顯示模塊，對LCD液晶顯示進行清除，同時會將各緩沖區(qū)內(nèi)存空間進行初始化操作，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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