(完整word版)基于STM32的简易计算器

1、基于STM32的简易计算器.总体方案设计1.任务要求(1) 在开发板的显示屏上设计并显示一个简易的计算器界面，包括结果显 示窗、09数字键、+、一、X、十、 X2、/ =、Del等按键；(2) 可使用开发板上的键盘或触摸屏输入上述按键，并在显示窗中显示计 算结果；(3) 支持基本的整数加减乘除运算；2.设计方案选用3.5寸的TFT-LCD电阻同时通过移设计的整体思路：选用意法半导体基于ARM Cortex M3内核的 STM32F103ZET芯片来处理计算器中加减乘除运算， 触摸屏模块来进行控制输入并同时将输入参数及运算结果显示出来， 植emWin优化计算器界面，使计算器在视觉上效果上更为人性

2、化。二.系统硬件设计系统主要器件包括ALIENTEK精英STM32F103V开发板，3.5寸TFTLCD触 摸屏。1. 最小系统开发板1.1微控制器Cortex-M3采用ARMV7构架，不仅支持Thumb-2指令集，而且拥有很多新 特性。较之ARM7 TDMI Cortex-M3拥有更强劲的性能、更高的代码密度、位带 操作、可嵌套中断、低成本、低功耗等众多优势。STM32的优异性体现在如下几个方面：1.超低的价格。以8位机的价格，得到32位机，是STM32最大的优势。2.IIS、3.F107、F207、F217等8个系列上百种型号，具有 QFN LQFP BGA等封装可供选超多的外设。STM3

3、2拥有包括：FSMC TIMER SPI、IIC、USB CANSDIO ADC DAC RTC DMA等众多外设及功能，具有极高的集成度。丰富的型号。STM32仅M3内核就拥有F100、F101、F102、F103 F105、择。同时STM32还推出了 STM32L和STM32V等超低功耗和无线应用型的 M3芯片。4. 优异的实时性能。84个中断，16级可编程优先级，并且所有的引脚都 可以作为中断输入。5. 杰出的功耗控制。STM32各个外设都有自己的独立时钟开关，可以通过 关闭相应外设的时钟来降低功耗。6. 极低的开发成本。STM32的开发不需要昂贵的仿真器，只需要一个串口 即可下载代码，

4、并且支持SWffn JTAG两种调试口。SW调试可以为你的设计带 来跟多的方便，只需要2个IO 口，即可实现仿真调试。MCU部分原理图如图1-1所示：口盟 UPPAD 345JM ADCPAI 35T?r JgUiAKTZ RY PA3 (T yrsLO £ 閃 四曲斗3CfV_m* PAE IM i7蚯丁L TX PAJ I讥空K卫 EX PiUD LQIUffllKGBt LEDTTniMli klOLCD HLPBO46T 5CKPBIT MESOBOOTpai4£titoWESJLDOpajLJ3tituHlLK.JlKLF聲屮PSEUSEK SCLPfl4屈DC

5、SDAffirrBSEPPffin肝KfMOTEIMPQ9E40mz住PBIOffiTXPSILF Cfpan刃bJLJ SLKFBilTL穷1 述J旳rbi4SrLJ MU5JfttiyOVJX-PCOOV DLKti*ov niPCZ2SPCJ2SvnPC444CV DSKF45OV DSPCSSSPCT甲a)©D0PCSSDfiOZDLK&5KO I>2KEOillaKO DJFCIIIII5D£O SCKPCI2IDPCI57YI£PAIT. IQi 空F !里 賢b空FAM何PAO-KUF VSAXRjCTiADCT&15jCHin

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9、啊2C_S<1/USA1T5 ffln-lX2 赵VTiJiX_=Ei2-ni5P5Z,l*rC2_UaAlU5ART3_CKTIMlflMNffOAEC3j5raiMr_E ?31J-SmjCKr&2CEI；5ABT3.CT5TDJLCHLN ?31|-FL；_MIMUiA£TJ _RI5TnL_aCN ii5-yjn2ZyvMins2_s&TiMi_rajwpformc_aj& 莊 IdJAL PF2FTLICJ12 PF3raK_JJ PTAFSMC JJ PTSYShtJJ PMADO冲 TSMEjqrSin PTAKJJNTSMOMG THAK

10、5_lHtF&K_NK)UTt PFTADCm?斑 JC CDCOT：FSiK_D2PW114)fS5KJ51PDIL匕aODO匚畑PD2Ll&OV SO.P031肿FSMC NDEPEM|$FSBC NTPD3LE9tirU JbfcCaJPOfl122RSlfiT KEPD?Hi尸綿kHhpoe?7fSMC DJ?D9POlfl甘roil90PDl：M卩D13i2FEIBC DOPDIJ15r"bL D】PO15S$BOOTJIJt1.2?C&ADC123_KQ =tl ADcnaKii KiADCl3JS；KSADC123_CJIJK4AKL2JN14K

11、3-ADCL2JNb nS2_UC£TIMBA3IL SDLO.m ?CT<T：SJ_HCKTIMS_C?IZSniD' JD? ?CB TD.E CEB SDB'DC- " iOTBCSlCBJ SM<DI iCUhXL血_TX SDK>_IH kiipablOxdkCd? Kll-UAJtTJIXBDIO.CEK15-TAMTB!cftTCKl40g_WPC15-0SO2 OCTP=llFSSLKre 比 ?rnfSMC_Afi PFiy亦肛A PFWfSMC_A3 PTlSrfSMC AP?DOFS1BC-D2?DITSiBC_Di?

12、DtT&ijJlRT；AK丁 EjmmiQJZMDPDJKMCjCUC -阻沁忙_ywE=TOio*ArT沖西IC_XELT5yiCCE2 nBT51BC_D3 nwmicZDiJ?DiaTSJ.lC_D5pdiitsxkZaw FDIifSit_A? H5IJrT$K_Al fC3T®5FDI'RMC JlliiOfiC蛍二SSOi应 上上上启I 1 kdnyrJRpbf|UJrJ300711STSBlTLoJZETfl <VCG WC3.3M复位电路POflF£MC_AlOPGlPEMt_ALLreiF!iMC_AL2KfJF$Mt_AL3P&am

13、p;iraJCJLLqP&STSMCJUT ?wmK： DmpGS 附粹ic皿 PGIOTSMCJXEJJ raJCJEJ WnT&ICJJCEiJK1AE1jC_JE4PG13TSMC J24PG14FS?_J23PGL3VCC3JSIVCC3JMF】t汕gm匸5*応乍门甘屯t】口 口" RL图1-1MCU部分原理图STM32F103的复位电路如图1-2所示:RESET CC5Lh* RF 珂 FT TRFSFTCIO i KtEj图1-2CMCJN<RCJXTONDHBSTv：*e-VrttVT®AVS SA111 旺01 Pfc?)12rEJi?

14、£1KFl'O4?£>LEDL3=TB3E?E-FSMC D4別FSMC D5兰曰KyifJM?E0FSMC D?E】rSJ.K D6?£】mK D9FEHfSMC DJDPEMfK Oil?EJ宓 t D121DjTKJ121PiJjFF4li?F5IE=T519页2D?FSLIGHT SENSOR21?r?T MQSI1:jWLli1 tt?J-19IfcsSTWiiffLJ巧?FL?MPGOF5MC Alfl37?Gfir?&2EE?GiB9旳， FC5KTJEQKiTXKF C时NKf cr1¥ PW125 ?G0IM ?G

15、IWEtE DO127PG12KMC NeIHPG JOViw re】fifCLrktJ2 poasHKJ D 百IH232J璋 SBET2 VDPAaiEHiVOCJ JMG5D；1VEDA电* 22-VCCJ.l 因为STM32是低电平复位，所以设计的电路也是低电平复位的，这里的 R2 和C10构成了上述复位电路。1.3电源电路STM32F10板载的电源供电部分，如图1-3所示:DC POWER INGNDGNDDC_rNdP OWERSS14BSTswGNDFBENC32103Vll6 JR37VCC3.3卒D3.SS14L14,7uHVBTXHiyn 二.20ikF100可UlOend

16、沁VCC5GNDVEIN牡邙louFOUT JNOUTGXDAMSl 117-3.31/02 VOL TAP2 TAPL 1/02 /QlBUTTONlOOOniAGNDGNDTOS E图1-3图中，有两个稳压芯片：MP2359和AMS117, DC-IN用于外部直流电源流入， 范围是DC6-24V输入电压经过 MP2359DC-DC芯片转换为5V电压输出，其中 D4是防反接二极管，避免外部直流电源极性相反的时候，烧坏开发板，K1为开发板的总电源开关，F1为1000ma自恢复保险丝，用于保护USBAMS117为3.3V 稳压芯片，给开发板供电。2.TFT-LCD电阻触摸屏2.1电阻触摸屏原理电

17、阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层， 表面涂有一层透明氧 化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理，光滑防擦 的塑料层，它的内表面也涂有一层涂层，在它们之间有许多细小的（小于1/1000 英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。 当手指触摸屏幕时，两层导电层在 触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和丫两个方向上产生信号，然后送 触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，丫）的位置，再根据获得的 位置模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本原理。电阻触摸屏的优点；精度高、价格便宜

18、、抗干扰能力强、稳定性好 电阻触摸屏的缺点：容易被划伤、透光性不太好、不支持多点触摸TFT-LCD模块原理图如图2-1所示:LCD CS4LCD ES5jC'DVkTtALCD RD7LCD DO9LCD D10TTETlr11LCD D?11LCD DJLCD D5uLCD ue1)LCD D7«LCD Dfi17LTD WIfiLCD UlO1?LCD Dll:oLCD D1221LCD DBT1LCD DI4LCD D5LCP RST aGNDGNDLEDKfi LEDKj LEDE4 LEDfG LEDIC LEDElLEDAJCY-VTCCiJX-VCC3.1VuD

19、 lOVCCLCD CS LCDWK13 LEDKj6 U LEDK5 討互 LEDKJ Ji LEDK2 药W LEEHAX-Y-2-X.35UlVCCCLK4 CSY+ DIN托 T_CLK 巧LesX- BUSY Y- DOLT CWDIN* VCC 讯 WrfXFr2(U614 T MOSIUTS I： TMI5011 CEWlrCA101图2-1LCD EST5 L CD 刖：LCD Dj 9LCD D5rrLCTriF7 IT g開KP PhLCD Dimj-B-Ui：； rr BL E ” VCC3 J 35 5535T M15C F 丁 Pen刃TCSBLCDCSRSUHEDE

20、STDBODBlDB：DB3DBJDfijDEdDfi7DBSDG9DBIODBllBitDfiiaDBI4DB15Cf®BLW3JVDD玷GESDGNDBL VDDMISO期owT PENMOT<CLK.TFTTTD*!4 LCD RD-gLCDt«a LCD D210 LCD W12 LCD DtiU LCETtugle LCD DIOIS LCD DI：20 LCD D1422 GND21 VCCl：6 GNEJS BL rDDJO i MOSl?2 TRUST54 rCLXj LCD R5TIDR1VCC3.3I匚BL -DD £I£DKI

21、R4LEHK：LEDAIKT BL CIKR1.K2 BACKLIGHI VOLTAGE SELTFT-LCD模块采用2*17的2.54公排针与外部连接，接口定义如图2-2所示:LCD CSLCDLCD收LCD RST5LCD DI7LCD m9LCD D511LCD D'713LCD D915LCD Dll17LCD DH19LCD DU丿1BL CTKVCC335GND?7r Nuso月T PENhT CS3SCSRSWRRDRSTDBODBlDB2DB3DB4DB5DB6DB7DBSDB9DBIODBllDB12DEBDB14DB15GXDBLVDD3 3VDD3JGNDGNDB

22、L TODhusoSIOSIT PENMOt'csCLX2 LCD ES4LCD血6LCD DOSLCD D210LCD D412LCD be14LCDg16LCDbO13LCD D1220LCD D1422GNDiiVCC3326GND23BL VDDA)T MOSIj2厂BUSY弭T CLKTFT T E C图2-2从图2-2中可以看出，TFT-LCD模块采用16位的并方式与外部连接，之所以不采用8位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其在显示图片的时候，如 果用8位数据线，就会比16位的方式慢一倍以上，所以选择16位接口。TFT-LCD片选信号线。 向TFT-LCD写入数据。 从

23、TFT-LCD读取数据。位双向数据线。TFT-LCD 模块采用8080并行接口方式，使得MCI可以快速的访问，该模块 的8080并口有如下信号线：CSWRRDD15:0:16RST :硬复位 TFT-LCDRS :命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。2.2触摸屏控制芯片从图2-1中可以看出，TFT-LCD模块的触摸屏控制芯片为 XPT2046 XPT2046 是一款4导线制触摸屏控制器，内含12位分辨率125KHZ转换速率逐步逼近型 A/D转换器。XPT2046支持从1.5V到5.25V的低电压I/O 口接口。XPT能通过执 行两次A/D转换查出被按的屏幕位置，除此之外，还可以测量加

24、在触摸屏上的压 力。内部自带2.5V参考电压可以作为辅助输入、温度测量和电池监测模式之用， 电池监测的电压范围可以从 0V到6V。3.FSMC简介大容量，且引脚数目在100脚以上的STM32F103E片都带有FSM（接口，本 次实验所采用的开发板的主芯片为 STM32F103ZET6是带有FSM® 口的。FSMC即灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器和16位PC存储 卡连接，STM32的 FSMC接口支持包括 SRAM NAND FLASHINOR FLASH口 PSRAM 等存储器。FSMC匡图如图3-1所示：F3MC_A125:O FSMC_D(1 5:01 FSMC_N

25、OE F3MC_NWE FSM 匚 NWAITFSMC NCE3:2FSMCJhT3:2FSMC_ME4dJ FSMC_ML (orNADV FSMC_NBL1:0 FSMC_CLKFSMCJNTRFSMC_NCE4_1 FSMC-NCE4-2 FSMC_NIORD FSMC_NIOWFt FSMC_NI0S16FSMC_NPEGF5MC CDNOFVP 合 RAM卜公用信号 MM口佶号图3-1从图3-1中我们可以看出，STM32勺FSM(将外部设备分为3类：NOR/PSRAM NANDS备、PC卡设备。它们共用地址数据总线等信号，它们具有不同的CS以区 分不同的设备。本次实验所使用的 TFT

26、-LCD就是用FSMC_NE做片选，其实就是 讲TFT-LCD当成SRAM来控制，之所以TFT-LCD可以被当成SRAMS备来使用，是 因为一般的外部SRAM勺控制有：地址线(如 A0-A18)、数据线(D0-D15、写 信号(WE)、读信号(RS)、片选信号(CS)，如果SRAMfc持字节控制，那么还有UBLB 信号。而TFT-LCD的信号包括：RS D0-D15 WR RD CS RST和 BL等，其中 正在操作的LCD的时候需要用到的就只有：RS D0-D15 WR RD和 CS其操作 时序和SRAM勺控制完全类似，唯一不同的是TFT-LCD有 RS信号，但没有地址信 号。TFT-LCD

27、通过RS信号来决定传送的数据是数据还是命令，本质上可以理解 为一个地址信号，比如把 RS接在A0上面，那么当FSM®制器写地址0时候， 会使得A0变为0,对TFT-LCD来说，就是写命令。而FSMC写地址时候，A0将会 变为1,对TFT-LCD来说就是写数据了。这样，就可以把数据和命令区分开了。 此次实验选择的开发板是将 RS连接在A10上面。STM32勺FSM(支持8/16/32位数据宽度，这里用到的LCD是 16位宽度，所 以在设置的时候选择16位宽度，STM32勺FSM(将外部存储器划分为固定大小为 256M字节的四个存储块，如图 3-2 :地址存储块支持的存储器类型>

28、WAND闪存NOR/ PS RAMPC卡图3-2从图中可以看出，FSMC总共管理1GB的空间，拥有4个存储块(Bank),此 次实验用到的是存储块1。STM32的FSMC#储块1(Bank1被分为4个空间，每个区管理64M字节空间， 每个区都有独立的寄存器对所连接的存储器进行配置。Banki的256M字节空间由28根地址线(HADDR27:0)寻址，其中 HADDR25:0来自外部存储器地址 FSMC_A25:0而HADDR26:27对4个区进行寻址，Bank1存储区选择表如图3-3 所示：Banki所选区片选信号地址范围HADDR27:2625:0第1区FSMC NE10X6000, 000

29、0"63FF, FFFF00FSMC_A25:0第3区FSMC NE20X6400, 0000"67FF, FFFF01第3区FSMC NE30X6S00, 0000-6BFF, FFFF10第4区FSMC NE40X6C00, OOOOGFFF, FFFFn图3-3其中需要注意HADDR25:0的对应关系：当Bank1接的是16位宽度存储器的时候：HADDR25:1严FSMC_A24:0; 当Bank1接的是8位宽度存储器的时候：HADDR25:1严FSMC_A25:0;不论外部接8/16位宽设备，FSMC_A0永远接在外部设备地址 A0。此次实验使 用的是Bank1的第

30、4区，即HADDR27:26=11进行配置对应第4去的寄存器组, 来适应外部设备。4. AT24C02简介图4-1PB6 r2Cl_SCL TIM4-CH1P B7j?crsnArsivrc_ADV/TiMi_CH2AT24C02是一个2K串行CM0S2PRC，内部含有256个8位字节，该器件通 过IIC总线接口进行操作。本次实验需要先向24C02读取数据判断触摸屏是否已 经校准过了，如果没有校准，则执行校准程序，校准过后再进入电阻触摸屏测试 程序，如果已经校准了，就直接进入电阻触摸屏程序。STM32F10与24C02电路 连接如图4-1所示：rnc SC11卩B61361 IK SDA 1P

31、B7137管脚名称及功能：A0 A1 A2:器件地址选择SDA串行数据或地址 SCL串行时钟WP:写保护VCC 1.8V6.0VGND:地.系统软件设计1.系统整体流程如果还系统在复位或者上电之后，开始执行各个模块之间的初始化，其中主要的是 触摸屏初始化，初始化之后，单片机需要进行检测触摸屏是否已经校准， 未进行校准，将进入校准模式进行校准，首次校准完成，之后再进行使用计算器时是不需要进入校准，有就是说单片机只需要进行一次校准， 之后的测试将跳过 此阶段。校准阶段完成后，将进入计算器主界面，开始输入第一个参数，也就是 需要进行运算的数字，之后选择需要对数字进行的操作方式符号“+”、“ - ”、

32、此次设计的计算器是可以RST键清除内容，便可“*”、“/”、“a7和“rf” ，然后输出第二个参数，按下“=”键得出想要 的结果。若还需要在此结果上进行计算， 可以在得出结果后，直接再次选择需要 进行的操作方式，再输入下一个参数，即可得到结果， 支持连续计算操作。若需要重新计算，按下界面上的 开始新的计算。触摸屏模块流程图如3-1所示:图3-1程序运算表达式流程图如图3-2所示:图3-22. 软件实现方法2.1主函数程序中主函数主要是包括延时函数初始化、中断优先级分配、 LCD初始化函 数、定时器初始化、内存管理初始化、 GUI时钟使能、GUI初始化以及计算器主 界面。由于移植了 emwin设

33、计界面，需要用到定时器定时查询触摸，内存分配以 及使能GUI时钟。主函数代码如图3-3所示：inc main 1( VO id)delayinit():HVTC Pri-oritytjrQupCQnfig (NVTC Pri rxryGrOup 2> ;T£TLCD_lnit();TP_Init (j ;TIM3_Int_Init 099,71)；TIMe_IrLt_lPLlt ( 999, 719)；iiiy_iaeirinit (SRAMIH;nCC_AHEPeriphClockCnid (ECC_AHBFeriph_CRC.ENABLE ;|WM_SBtCzBateFla

34、gS (WM_CF_KEMDEV> ;GUI_lnit ();GUI-SetBlcColoi (GUI_BLACK);GUIClear(:Guz_s*tcoiar(gui_hhitefGUI-SetTextMode(GUI_TM_TRANS);GUISetFont(C GUI_Font24_AS CII);图3-32.2触摸按键函数在程序初始化各个模块之后，开始检测触摸按键函数，是否有按键按下来执 行相应的操作。触摸屏检测到相应的键值的方法是： 在使用触摸屏时，通过手指 触摸所要的键值，由于手指触摸需要一定的区域，所以通过触摸屏上的坐标来划 分一定范围给每一个键值，这样就可以通过手指触摸

35、到某一块区域来确定触摸到 哪个键值。触摸按键函数代码（仅以数字1为例）如图3-4所示：if (tp dev.Xf 01 >100££tF dev,y01<42Qif (tc_dev.x 0<120fiitE：_dev* v|0 >400e-；j+；1+;fe=l； displaynumJoer (:图3-42.3基本计算方法实现函数在使用计算器计算时，需要判断当前是采用加减乘除哪种运算，在程序中通过当手指触摸到其中一个运算符号（如“+”），使用一个标识位来进行标识，然后在进行运算时候，通过这个标识位来判断是进行哪种运算。最后在运算完成 之后，清除相应

36、的标志位，以免影响下一次判断。计算方法实现代码（仅以加法为例）如图 3-5所示：if （tpdev. X （0 O£4tp_dev. y 0 Jif(cp dev,X0J<12O£irF dev.y0>135)a=l;e=0; f+； if (f=l displayadl); attendl=attend; attend=0;j=O；1=0;elsedisplayadd ;| attendl=re3ul匸； =；1=0;void, displaysqual void) if (e=lja=0;GUI_Clear;GUISerBkColor(GUI_3LACK;G

37、UISetTextHode (OTT_TM_TRAN5); GUI5erFonu(fiGUI Fan匸24 ASCII J;图3-5图中a是加法符号标识位，当按下“ +”时，标志位a将置1。attend是输 入的第一个参数，在判断有运算符号按下后，atte nd将第一个参数赋值给attend1 ,然后attend继续存储第二个参数，以免第二个参数将第一个参数覆盖。 函数dis playequal （）是计算实现函数，通过按下“=”来调用此函数，当有“=” 按下时，执行相应的运算，并同时将相应的运算标志位清零，如上图所示，标志 位a被清零。2.4连续计算方法实现在一般情况下，计算器的使用都需要用

38、到连续计算，也就是算到一个数之后， 需要对算出来的数继续计算。在本次实验中实现这种方法的基本思路是： 在进行 连续计算时，需要判断这次计算是否是第一次，因此需要设定一个标志位来判别， 本次程序中采用标志位f来进行判别，当有任何一种计算符号（+、-、*、/、rf、 “被按下，标志位f就进行加1,程序代码如图3-6 （仅以“ + ”为例）：dev.xO>£ ttpdev.y<210 >if(tp dev.x0<lZ0itp dev»v0>1S5>图3-6在接下来的计算中需要对标志位f的状态执 也就是进行第一次计算，操作与上面介绍的 样的，当标

39、志位 f大于1时，也就是正在进行a+士；a*l;e=0;f+;口号,在判断是否是第一次计算之后， 行不同的操作，当标志位f为1时， 基本计算方法实现函数的操作是 连续计算，此时的操作是，将上一次计算的结果 result赋予给attend1,然后进行 输入第二操作数，因为此时是按下计算符号，attend的值还未输入，此时的上一 次计算结果为第一操作数。第二操作数输入之后，按下“=”键便可得到相应的 答案，程序代码如图3-7 （仅以“ +”为例）：if (f=1)displayed且(> attendl-attend; attend=O;3=0;1=0;a=l；elsedisplayadd();resuit=at