基于STM32的简易计算器Word文档格式.doc

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以8位机的价格，得到32位机，是STM32最大的优势。

2.超多的外设。

STM32拥有包括：

FSMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等众多外设及功能，具有极高的集成度。

3.丰富的型号。

STM32仅M3内核就拥有F100、F101、F102、F103、F105、F107、F207、F217等8个系列上百种型号，具有QFN、LQFP、BGA等封装可供选择。

同时STM32还推出了STM32L和STM32W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，并且支持SWD和JTAG两种调试口。

SWD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：

图1-1MCU部分原理图

1.2复位电路

STM32F103的复位电路如图1-2所示：

图1-2

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

STM32F103板载的电源供电部分，如图1-3所示：

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USB。

AMS117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Y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，Y）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、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：

图2-1

TFT-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：

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模块采用8080并行接口方式，使得MCU可以快速的访问，该模块的8080并口有如下信号线：

CS：

TFT-LCD片选信号线。

WR：

向TFT-LCD写入数据。

RD：

从TFT-LCD读取数据。

D[15:

0]:

16位双向数据线。

RST：

硬复位TFT-LCD。

RS：

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STM32F103芯片都带有FSMC接口，本次实验所采用的开发板的主芯片为STM32F103ZET6，是带有FSMC接口的。

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、NANDFLASH、NORFLASH和PSRAM等存储器。

FSMC框图如图3-1所示：

图3-1

从图3-1中我们可以看出，STM32的FSMC将外部设备分为3类：

NOR/PSRAM、NAND设备、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-LCD就是用FSMC_NE4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SRAM设备来使用，是因为一般的外部SRAM的控制有：

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SRAM支持字节控制，那么还有UB\LB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的控制完全类似，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FSMC控制器写地址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的FSMC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的FSMC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：

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存储块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。

Bank1的256M字节空间由28根地址线（HADDR[27:

0]）寻址，其中HADDR[25:

0]来自外部存储器地址FSMC_A[25:

0]，而HADDR[26:

27]对4个区进行寻址，Bank1存储区选择表如图3-3所示：

图3-3

其中需要注意HADDR[25:

0]的对应关系：

当Bank1接的是16位宽度存储器的时候：

HADDR[25:

1]→FSMC_A[24:

0];

当Bank1接的是8位宽度存储器的时候：

1]→FSMC_A[25:

不论外部接8/16位宽设备，FSMC_A[0]永远接在外部设备地址A[0]。

此次实验使用的是Bank1的第4区，即HADDR[27:

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

AT24C02是一个2K串行CMOSE2PROM，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。

STM32F103与24C02电路连接如图4-1所示：

图4-1

管脚名称及功能：

A0A1A2：

器件地址选择

SDA：

串行数据或地址

SCL：

串行时钟

WP：

写保护

VCC：

1.8V~6.0V

GND：

地

三．系统软件设计

1.系统整体流程

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，如果还未进行校准，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“+”、“-”、“*”、“/”、“√”和“㎡”，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，此次设计的计算器是可以支持连续计算操作。

若需要重新计算，按下界面上的“RST”键清除内容，便可开始新的计算。

触摸屏模块流程图如3-1所示：

开始

是否校准

否

主界面

进行校准

是

图3-1

程序运算表达式流程图如图3-2所示：

显示结果

输入第二个参数

开方

平方

除

乘

减

加

输入第一个参数

图3-2

2.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：

2.2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：

图3-4

2.3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：

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，attend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displayequal（）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（+、-、*、/、㎡、√）被按下，标志位f就进行加1，程序代码如图3-6（仅以“+”为例）：

图3-6

在判断是否是第一次计算之后，在接下来的计算中需要对标志位f的状态执行不同的操作，当标志位f为1时，也就是进行第一次计算，操作与上面介绍的基本计算方法实现函数的操作是一样的，当标志位f大于1时，也就是正在进行连续计算，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）：

图3-7

2.5EMWIN相关函数

在本次实验中，为了使计算器界面在显示和操作上更为人性化，移植了EMWIN程序，因为用LCD本身的函数设计界面在显示效果上比使用了GUI设计要差了许多。

EMWIN源码移植到工程中的文件如图3-8所示：

图3-8

在工程中，EMWIN_Config是LCD接口以及emWin配置文件，其中GUI_X.c是GUI所依赖的外部配置，GUIConf.c是GUI初始化配置，GUIDRV_Template.c是GUI读点、画点、画线等函数配置，GUI_X_Touch_Analog.c，LCDConf_FlexColor_Template.c是LCD初始化配置。

EMWIN_LIB是STemWin函数库。

使用GUI函数显示的计算器主界面程序代码如图3-9所示：

图3-9

四．实验心得

本次实验中，由于本人能力有限，只设计了一个简单的计算器，只能够简单的“+”、“-”、“*”、“/”、“㎡”和“√”，而且在进行减法运算时，只能够大数减小数，未能做到显示负数，在进行开方和除法运算时，只能进行整数计算，无法显示小数部分。

在使用EMWIN设计界面时，也只是用到了它的基本显示函数，未能深入的使用到其它更为有效的函数。