基于单片机的计算器设计

(南昌理工学院电子与信息学院 江西 南昌 330013)

基于单片机的计算器设计

缪星星

(南昌理工学院电子与信息学院江西南昌330013)

设计以实现基本四则运算与常用三角函数计算作为基础功能的计算器，并在此基础之上，添加数据采集与数据分析功能。

单片机；计算器；液晶；串口

一、引言

在现实生活中，数学计算常常伴随我们左右，一个简单廉价的计算器可以极大的方便人们生产生活中的计算问题，那么在满足常规数学计算的同时，提供简单数据分析，将赋予计算器全新的生命，这将使计算器更好的成为人们的生产力工具，使用现有技术，解决和方便人们生活中的问题是本设计的最大意义。

二、总体设计

系统由下位机系统和上位机系统两个系统组成，下位机系统由单片机最小系统，串口通信模块，按键输入模块，LCD液晶显示模块组成，上位机系统为PC端桌面程序。下位机系统主要完成对用户输入的数学表达式的计算，并在计算完成后自动将相关数据通过单片机串口模块，上传至上位机系统。上位机系统则实时接收下位机发送数据，内部使用相关算法，对上传数据进行统计分析，系统结构为：

系统工作原理见图2-1：

图1 系统工作原理框图

三、硬件设计

下位机系统使用串口数据线与PC端口连接，按下系统电源按键，系统开始运行，首先进行各模块进行初始化工作，系统初始化完成后，系统进入等待状态等待用户的按键输入，当硬件电路感知到用户输入时，LCD液晶屏中会对用户输入进行实时显示，当用户按下“=”键时，系统程序会对用户输入的表达式进行处理，计算出表达式结果，同时通过串口模块将表达式及结果数据上传至PC上位，PC上位机接收串口数据，对数据进行相关处理显示。

图2 硬件设计电路图

四、软件设计

系统软件设计，是指通过软件编程的方式协调系统各硬件电路运行，通过软硬结合的方式，实现系统功能。它是整个系统稳定，可靠运行的重要保障。

本设计中下位机系统程序包括，键盘按键扫描，LCD液晶显示，单片机串口通信，数学表达式计算，主程序控制等模块构成。系统上电后，在主程序中首先完成各功能模块的初始化工作，随后主程序中进入while(1)大循环，循环调用按键扫描模块，对用户输入进行监控，当有键按下，在键盘扫描模块中将会获取按键键值，同时主程序中会将键值放入表达式缓冲区中进行保存，并调用LCD液晶显示模块将用户按键值在LCD1602液晶屏中进行显示，当用达式输入完毕按下“=”键，主程序中将会调用数学表达式计算模块，首先从表达式缓冲区中读取用户输入表达式，通过计算模块的符号栈处理，将用户输入中缀表达式转换为后缀表达式，存储在后缀表达式缓冲区中，随后计算模块通过计算栈对后缀表达式进行计算求值，得出表达式计算结果，并通过LCD液晶显示模块，将计算结果在LCD中进行显示，最后主程序调用单片机串口通信模块，将表达式缓冲区的内容与表达式计算结果发送到PC上位机系统中，上述步骤执行完成，主程序重新回到按键扫描模块中执行，扫描等待用户下一次的表达式输入计算。主程序中当用户按下清屏按键，主程序会调用LCD液晶显示模块，对LCD液晶显示进行清除，同时会将各缓冲区内存空间进行初始化操作，完成清屏后回调到按键扫描模块，等待用户下一次按键输入。

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