基于stm32计算器毕业论文.doc
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摘要
单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物,它是嵌入式控制系统的核心,如今,它已广泛的应用到我们生活中的各个领域,电子、科技、通信、汽车、工业等。
我们这次设计的科学计算器就是利用STM32单片机制作而成。
计算器(calculator)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。
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于Cortex-M3系列的STM32单片机作为微控制器。
STM32系列是32位单片机,运算能力远比其他单片机强,基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。
时钟频率高达72MHz,远远高于51、AVR等单片机。
从闪存执行代码,STM32功耗36mA,是32位市场上功耗最低的产品,相当于0.5mA/MHz。
关键词:
STM32、单片机、触摸屏、计算器
Abstract
Monolithicintegratedcircuitoccursisaproductoftherapiddevelopmentofcomputertechnology,itisthecoreoftheembeddedcontrolsystem,today,ithasbeenwidelyappliedtoallareasofourdailylife,electronics,technology,telecommunications,automotive,industrial,etc.OurscientificcalculatorofthisdesignistousetheSTM32microcontrollerproducedby.
Calculator(Calculator)generallyreferstothe"Calculator",thenounbytheJapanesecametoChina.Calculatorsarehandheldmachinethatcandothemath,withintegratedcircuitchips,simplestructure,lessfunctional,butbecauseofitseaseofuse,simpleoperationandlowcost,whicharewidelyusedincommercialtransactions,isoneoftheessentialofficesupplies.
Keywords:
STM32,microcontroller,touch,calculator
目录
摘要 2
Abstract 3
目录 4
第一章 引言 6
第二章 总体方案设计 7
2.1 任务与要求 7
2.1.1任务 7
2.1.2要求 7
2.2 方案论证 7
2.2.1单片机系统的选型 7
2.2.2显示屏的选型 8
2.2.3外部存储器的选型 8
2.3 系统总体设计 8
第三章 系统硬件设计 9
3.1 微控制器简介 9
3.2 触摸屏模块简介 10
3.2.1显示部分简介 10
3.2.2触摸部分简介 12
3.3 AT24C02简介 13
3.4 整体系统硬件设计 15
3.4.1单片机系统设计 16
3.4.2电源部分设计 16
3.4.3单片机和PC机通信设计 17
3.4.4单片机和触摸屏接口设计 17
第四章 系统软件设计 20
4.1 系统各个模块初始化 20
4.2 显示模块程序设计 21
4.3 触摸模块程序设计 25
4.4 实现运算表达式的程序设计 27
第五章 总结 32
致谢 34
参考文献 35
附录 36
第一章引言
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。
本文设计的是一种基于STM32科学计算器的设计,通过触摸屏进行人机交互,按键直接显示在触摸屏上,不需要传统的机械按键,并且可以在需要键盘的时候才调出来。
传统的机械按键需要占用单片机大量的I/O口,而触摸屏只需要通过SPI接口和单片机通信。
第二章总体方案设计
2.1任务与要求
2.1.1任务
完成数学表达式的计算,包括括号、三角函数、log、ln等一些常用的数学函数,并将表达式和结果实时显示出来。
2.1.2要求
1.基本功能
实现基本的四则运算,并在触摸屏上显示表达式和结果。
当输入错误的表达式时,能显示出相对应的错误,提示用户纠正。
2.扩展功能
实现小数、负数的运算。
实现平方、n次方、平方根、n次方根的运算。
实现三角函数、log、ln等一些常用的数学函数的运算。
3.技术指标
精确到小数点后6位。
计算的范围为-3.4×10-38~3.4×1038。
实时显示计算表达式和结果。
2.2方案论证
2.2.1单片机系统的选型
单片机系统选用意法半导体基于Cortex-M3的STM32F103ZET6,意法半导体的单片机具有良好的性价比、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。
2.2.2显示屏的选型
现有的液晶显示屏的种类很多,我们选用的是2.8寸带触摸的彩屏,320×240的分辨率,支持16位色,16位数据接口,这个就足够我们使用了。
有了触摸的控制,就可以省掉传统的机械按键,直接在屏幕上显示按键。
2.2.3外部存储器的选型
外部存储器我们选用Atmel公司的AT24C02,是基于I2C-BUS的存储器件,遵循二线制协议,由于其具有接口方便,体积小,数据掉电不丢失等特点,在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。
2.3系统总体设计
根据设计要求和模块选型系统总体方案设计如图1。
本系统主要是在触摸屏上显示各种信息文本,所以硬件电路比较简洁,不需要很多硬件。
PC机通过RS232串行接口和STM32进行数据通信,STM32和显示屏通过16位并行接口通信,和触摸板通过SPI接口进行通信。
STM32最小系统
PC机
触摸屏
24C02
图1
第三章系统硬件设计
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于Cortex-M3系列的STM32F103ZET6作为微控制器。
Cortex-M3是ARM公司研发的一个系列,针对于微控制开发领域,采用ARMv7-M架构,它包括所有的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2指令集架构。
Thumb-2在Thumb指令集架构(ISA)上进行了大量的改进,它与Thumb相比,具有更高的代码密度并提供16/32位指令的更高性能。
ARM的Cortex-M3处理器是最新一代的嵌入式ARM处理器,它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗,同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。
ARM的Cortex-M3是32位的RISC处理器,提供额外的代码效率,在通常8和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。
我们采用的意法半导体公司生产的STM32F103ZET6就是基于ARMCortex-M3内核的,具有高性能、低成本、低功耗等特点,最高主频可达72MHz,高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM,112个GPIO端口,4个通用定时器,2个高级控制定时器,2个基本定时器,还包含标准和先进的通信接口:
多达2个I2C接口、3个SPI接口、2个I2S接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。
这些丰富的外设配置,使得STM32F103大容量增强型系列微控制器适合于多种应用场合:
●电机驱动和应用控制
●医疗和手持设备
●PC游戏外设和GPS平台
●工业应用:
可编程控制器(PLC)、变频器、打印机和扫描仪
●警报系统、视频对讲、和暖气通风空调系统等
3.2触摸屏模块简介
3.2.1显示部分简介
TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。
其英文全称为:
ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay。
TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同,它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管(TFT),可有效地克服非选通时的串扰,使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关,因此大大提高了图像质量。
TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。
TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳,但也存在着比较耗电和成本过高的不足。
TFT型的液晶显示器主要的构成包括:
萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。
我们这里使用的一种TFTLCD模块有如下特点:
1.显示屏2.8寸的大小。
2.320×240的分辨率。
3.16位真彩显示。
4.自带触摸屏,可以用来作为控制输入。
5.通用的接口,显示部分为16位并行接口,触摸控制部分为SPI接口。
该模块采用的是显尚光电的DST2001PHTFTLCD,DST2001PH的控制器为ILI9320。
TFTLCD模块采用80并口方式与外部连接,采用16位数据线该模块的80并口有如下一些信号线:
CS:
TFTLCD片选信号。
WR:
向TFTLCD写入数据。
RD:
从TFTLCD读取数据。
D[15:
0]:
16位双向数据线。
RST:
硬复位TFTLCD。
RS:
命令/数据标志(0,读写命令;1,读写数据)。
TFTLCD模块的RST信号线直接接到STM32的复位脚上,并不由软件控制,这样可以省下来一个IO口。
另外我们还需要一个背光控制线来控制TFTLCD的背光。
所以,我们总共需要的IO口数目为21个。
模块的控制器为ILI9320,该控制
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