III目錄TOC\o"1-3"\h\u10894內(nèi)容提要 -1-19476Abstract -2-14229目錄 -3-28419第一章緒論 -5-236371.1課題的研究背景及意義 -5-54391.1.1研究背景 -5-299081.1.2研究意義 -5-205521.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -5-173491.2.1國外研究現(xiàn)狀 -5-149631.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 -6-314661.3存在問題 -6-174591.4本論文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排 -7-8122第二章設計方案 -8-83652.1系統(tǒng)概述 -8-302522.1.1系統(tǒng)功能分析 -8-296572.1.2系統(tǒng)構成 -8-109542.2方案確定 -8-140122.2.1單片機的選擇 -8-323872.2.2輸入、輸出模塊的選擇 -9-10891第三章系統(tǒng)硬件設計 -10-25073.1STM32F103ZET6開發(fā)板 -10-147663.1.1開發(fā)板資源 -11-9173.1.2單片機電路設計 -13-75603.2HX8357DN電阻式觸摸顯示屏 -14-212723.2.1介紹 -14-318413.2.2工作原理 -14-261213.1.3接線 -15-28218第四章系統(tǒng)軟件設計 -17-258804.1主程序設計 -17-300474.2觸摸屏校準程序設計 -18-15443第五章實物展示 -19-15569第六章總結與展望 -21-177206.1總結 -21-124276.2展望 -21-14955致謝 -22-27887參考文獻 -23-緒論課題的研究背景及意義1.1.1研究背景計算器的發(fā)展歷程可以追溯到公元前的古代，當時人們主要使用的是手動計算工具，比如算盤、算珠和籌算等。1642年前，帕斯卡計算器的前身——帕斯卡加發(fā)器誕生，這是第一部機械計算器。1672年前后，萊布尼滋發(fā)明了步進計算器，這是第一個可以進行四種運算（加減乘除，乘方，開方）的計算器。1694年，萊布尼斯改進了步進計算器的設計，使其能夠進行乘除運算。17世紀，英國數(shù)學家約翰·內(nèi)皮爾發(fā)明了納皮倫算籌，這是一種機械式計算器，可以進行乘法和除法運算，這是第一次將計算機器引入到科學和工程領域，為現(xiàn)代計算機的發(fā)展奠定了基礎。此后，1820年前后，銷輪計算器和計算時鐘的發(fā)明，使得計算器的功能得到了進一步的提升。到19世紀末，20世紀初，電子計算器開始出現(xiàn)，這標志著計算器發(fā)展的新階段。20世紀50年代末，電子計算器開始普及，大大提高了工作的效率和便利性。現(xiàn)在，隨著科技的不斷發(fā)展，計算器的功能已經(jīng)非常強大，從手持式到軟件形式的計算器，功能多樣，使用方便，已經(jīng)成為人們?nèi)粘９ぷ骱蛯W習中不可缺少的工具。1.1.2研究意義計算器是日常工作和學習生活中的常用工具，人們利用它代替了許多復雜計算，包括加減乘除以及其他運算。它的需求廣泛，在計算器的發(fā)展上存在著很大的空間和市場意義。單片機在我國的各行各業(yè)得到了廣泛使用，單片機的出現(xiàn)是計算機制造技術高速發(fā)展的產(chǎn)物，它是嵌入式控制系統(tǒng)的核心。如今，它已經(jīng)廣泛應用到我們生活中的各個領域，如：電子、科技、通信、汽車、工業(yè)等。有著經(jīng)濟廉價的優(yōu)勢，用單片機可以很方便的實現(xiàn)計算器的設計。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀國外計算器的研究主要集中于開發(fā)更加智能化和個性化的計算器。例如，基于自然語言處理的計算器可以理解自然語言學生的問題，并提供相應解答。此外，基于機器學習的計算工具可以通過學習歷史用戶的行為模式，預測用戶下步操作，并提供相關建議。基于單片機的計算器在國外已經(jīng)有了廣泛的研究和應用。隨著單片機技術的不斷發(fā)展，計算器的功能和性能也在不斷提升。在國外，基于單片機的計算器已經(jīng)成為一種成熟的技術，廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)、教育和科研等領域。單片機技術的進步使得計算器具備更強大的計算能力和更豐富的功能，例如支持多種算法、進行復雜的數(shù)據(jù)處理和分析等。同時，國外的研究人員也在不斷探索基于單片機的計算器的智能化和便攜化，以更好地滿足用戶的需求。在算法優(yōu)化方面，國外的單片機計算器已經(jīng)可以實現(xiàn)高效的算法優(yōu)化，從而提高計算速度和精度。例如，采用并行計算、流水線技術等優(yōu)化算法，可以在單片機上實現(xiàn)高速的計算和處理。在小型化設計方面，國外的單片機計算器已經(jīng)實現(xiàn)了小巧、輕便的設計，方便用戶攜帶和使用。通過采用先進的集成電路技術和緊湊的電路設計，單片機計算器可以做到非常小巧，甚至可以嵌入到其他設備中。在智能化方面，國外的單片機計算器已經(jīng)具備了初步的智能化功能。例如，采用人工智能技術實現(xiàn)自動識別和分類計算、自動完成計算任務等。此外，國外的研究人員也在探索將深度學習等技術應用于單片機計算器中，以提高其智能化水平。在社會影響方面，基于單片機的計算器已經(jīng)成為數(shù)字化、智能化社會的重要組成部分。它不僅提高了生產(chǎn)效率和生活品質(zhì)，還為工業(yè)自動化、智能家居等領域的發(fā)展提供了重要的技術支持。同時，基于單片機的計算器的普及和應用也促進了相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和就業(yè)機會的增加。國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)在基于單片機的計算器領域的研究和應用也取得了顯著的進展。隨著國內(nèi)微電子技術和單片機技術的不斷發(fā)展，計算器的功能和性能也在逐步提升。在國內(nèi)，基于單片機的計算器在許多領域都得到了廣泛應用。在工業(yè)控制領域，計算器被用于實現(xiàn)自動化控制和數(shù)據(jù)處理，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在智能家居領域，計算器被用于實現(xiàn)智能化家居設備和系統(tǒng)的控制和監(jiān)測，提高了生活便利性和舒適度。在教育領域，計算器被用于輔助教學和實驗，幫助學生更好地理解和掌握相關知識。在技術方面，國內(nèi)的單片機計算器已經(jīng)具備了較高的計算能力和處理速度。研究人員通過算法優(yōu)化和硬件設計，不斷提高計算器的性能和精度。同時，國內(nèi)的單片機計算器也在逐步實現(xiàn)小型化和便攜化，以滿足用戶在不同場景下的使用需求。在智能化方面，國內(nèi)的單片機計算器已經(jīng)具備了一定的智能化功能。研究人員通過引入人工智能和機器學習等技術，實現(xiàn)了自動分類、自動識別和智能控制等功能。這使得計算器能夠更好地適應復雜環(huán)境和任務，提高用戶的使用體驗和效率。在社會影響方面，基于單片機的計算器在國內(nèi)的應用已經(jīng)越來越廣泛，對經(jīng)濟社會的發(fā)展產(chǎn)生了積極的影響。它促進了相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和就業(yè)機會的增加，推動了數(shù)字化、智能化的進程。同時，基于單片機的計算器的普及和應用也提高了人們的生活品質(zhì)和技術素養(yǎng)，推動了社會的進步和發(fā)展。然而，與國外相比，國內(nèi)在基于單片機的計算器領域的研究和應用還存在一定的差距。國內(nèi)的單片機技術和芯片設計相對落后，高性能、高可靠性的計算器產(chǎn)品還需要進口或委托加工。此外，國內(nèi)在單片機計算器的智能化和便攜化方面的研究和應用還需要進一步加強。存在問題基于單片機的計算器在應用中確實存在一些問題，這些問題主要集中在計算能力、設計難度、軟件編程、資源限制以及用戶體驗等方面。首先，計算能力的問題。由于基于單片機的計算器的性能受到單片機的性能限制，因此其計算速度和精度可能無法滿足一些復雜數(shù)學運算和大量數(shù)據(jù)處理的需求。這使得在處理大規(guī)?？茖W計算、圖像處理或高級數(shù)據(jù)分析時，基于單片機的計算器可能會顯得力不從心。其次，設計難度和成本的問題?；趩纹瑱C的計算器設計需要考慮單片機選型、電路設計、軟件編程等多個方面，這增加了設計的難度和成本。同時，由于單片機種類繁多，設計者需要根據(jù)具體需求選擇合適的單片機，這也會增加設計的復雜性。此外，為了降低成本，設計者可能需要采用更低成本的制造工藝和材料，這可能會對計算器的性能和可靠性產(chǎn)生影響。再者，軟件編程難度的問題?；趩纹瑱C的計算器軟件編程需要考慮單片機的特性和指令集，這增加了編程的難度。同時，為了提高計算器的性能和可靠性，需要優(yōu)化軟件的算法和數(shù)據(jù)結構，這需要較高的編程技巧和經(jīng)驗。對于普通用戶來說，使用基于單片機的計算器可能需要較長時間的學習和適應。另外，資源限制的問題?；趩纹瑱C的計算器受到單片機的資源限制，如內(nèi)存容量、IO口數(shù)量等。這可能導致計算器在處理復雜任務時出現(xiàn)資源不足的問題，例如內(nèi)存溢出或IO口資源沖突等。為了解決這些問題，設計者需要合理分配資源，優(yōu)化程序結構，避免資源沖突和浪費。然而，這也會增加設計的復雜性和成本。最后，用戶體驗的問題?；趩纹瑱C的計算器通常需要用戶具備一定的技術知識，這可能會影響用戶的使用體驗。同時，由于計算器性能和成本的限制，一些高端功能可能無法在基于單片機的計算器上實現(xiàn)，從而影響用戶體驗。此外，基于單片機的計算器的操作界面可能不如高端電子計算器或計算機那么直觀和易用，這也會增加用戶的學習成本和使用難度。本論文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排本課題設計了一個能夠進行簡單計算的計算器，具體研究內(nèi)容如下：1、電路設計：包括電源電路，單片機電路，按鍵電路，顯示電路等。2、編寫程序：實現(xiàn)加減乘除運算和液晶顯示功能，程序應具備對輸入的數(shù)字進行判斷和存儲、進行四則運算、顯示運算結果等功能。3、Proteus仿真：在Proteus軟件中搭建電路，配置元件數(shù)，實現(xiàn)單片機與按鍵、液晶顯示屏的連接，進行聯(lián)合調(diào)試，使程序能夠在Proteus環(huán)境中正常運行，并驗證計算器功能。本論文章節(jié)安排如下：第一章為緒論，根據(jù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結出目前計算器設計出現(xiàn)的問題，從而引出設計該計算器的意義，并對論文的結構和各部分主要內(nèi)容進行說明。第二章為設計方案，根據(jù)設計要求提出設計方案，說明系統(tǒng)的組成部分及工作流程，詳細闡述了各個模塊的確定依據(jù)。第三章為系統(tǒng)硬件設計，通過對系統(tǒng)硬件各模塊的介紹和選型，搭建系統(tǒng)硬件電路，完成系統(tǒng)在硬件方面的實現(xiàn)。第四章為系統(tǒng)軟件設計，在實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的基礎上，對軟件系統(tǒng)進行設計及游湖，其中包括：主程序和觸摸屏驅動程序的設計，完成論文的軟件系統(tǒng)設計。第五章為實物展示，基于硬件的搭建和軟件的設計，實現(xiàn)計算器的功能，通過實物演示，證明論文的完整性和真實性。第六章為總結與展望，總結在設計過程中所有的收獲及遇到的問題；指出系統(tǒng)的不足，并展望未來的改進方式。設計方案2.1系統(tǒng)概述本論文設計的計算器采用STM32單片機,要求完成數(shù)學表達式的計算，并實時顯示表達式和結果。四則運算的基本功能，要實時顯示表達式的結果。當輸入錯誤表達式時，提示用戶糾正。擴展功能有：實現(xiàn)小數(shù)、負數(shù)運算；實現(xiàn)平方、n次方、平方根、n次方根運算；實現(xiàn)三角函數(shù)、log、ln等一些常用數(shù)學函數(shù)運算。2.1.1系統(tǒng)功能分析1、數(shù)據(jù)輸入：輸入模塊可以準確識別用戶輸入的數(shù)據(jù)和運算符號。2、數(shù)據(jù)分析、處理、運算：STM32單片機可以對數(shù)據(jù)進行分析計算，得出最終結果。3、數(shù)據(jù)輸出：輸出模塊可以將計算得出的結果實時顯示。2.1.2系統(tǒng)構成該計算器由單片機和輸入、輸出模塊三個主要組成部分構成，如下圖所示：輸入模塊輸入模塊輸出模塊單片機圖2.1如圖所示，各部分模塊承擔工作如下：輸入模塊：由液晶顯示屏構成，用于用戶輸入數(shù)據(jù)及運算符；單片機：用于對輸入的數(shù)據(jù)及運算符進行分析、處理、運算；輸出模塊：由液晶顯示屏構成，用于實時輸出顯示最終的運算結果。2.2方案確定如上所述，本設計由輸入模塊、單片機模塊、輸出模塊組成，各部分的選擇需要考慮到系統(tǒng)的功能需求、經(jīng)濟成本等，具體選擇情況如下：2.2.1單片機的選擇單片機是一種集成電路芯片，它采用了超大規(guī)模集成電路技術，將具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（CPU）、存儲器以及多種輸入輸出接口集成在一起、單片機控制中心控制所有信號的輸入、處理和輸出，是系統(tǒng)的核心部分。對于計算器設計的單片機選擇有以下兩種方案：(1)采用51系列單片機，該系列單片機以馮諾依曼結構為主要特征，擁有位處理器、雙重功能的地址區(qū)間、乘法和除法指令等顯著特征，有著易于上手和豐富的開發(fā)資料等優(yōu)點，但是AD、EEPROM等功能需要擴展，增加了硬件和軟件負擔，同時輸出能力有限，高電平時無輸出能力，運行速度也較慢。(2)采用STM32系列單片機，該單片機是由STMicroelectronics（意法半導體）公司推出的一款基于ARMCortexTM-M內(nèi)核的高性能、低功耗、低電壓的32位RISC核微控制產(chǎn)品。采用哈佛架構，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，且有4GB存儲空間，最高主頻可72MHz，擁有高達512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM，112個GPIO口，4個通用定時器，2個高級控制定時器，2個基本定時器，還包含標準和先進的通信接口；多達2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、一個USB接口和1個CAN接口。方案最終確定：對比兩個系列單片機的功能，處理速度等優(yōu)缺點，STM32擁有較高的處理速度以及豐富的外設資源，功能滿足本設計，因此決定選用STM32f103單片機作為處理器模塊。2.2.2輸入、輸出模塊的選擇本設計中，輸入，輸出模塊均由一塊觸摸顯示器完成，相比于按鍵矩陣，觸摸顯示器可以輕松實現(xiàn)復雜的用戶界面，可以集成其他功能，如手寫輸入、多點觸控等，而按鍵矩陣的功能則受到了物理空間的限制。適用于本設計的觸摸顯示器有以下三款：(1)電阻式觸摸顯示屏，通過壓力感應實現(xiàn)觸摸功能。兩層透明的導電層之間被隔離物隔開，當觸摸時，兩層導電層在觸摸點位置接觸，從而檢測觸摸位置。電阻式觸摸顯示屏成本較低，適用于簡單的應用，同時在耐磨性和抗刮性方面表現(xiàn)良好，但響應速度較慢，對手指的壓力敏感度較高，容易出現(xiàn)無處的情況，且不支持多點觸摸。(2)電容式觸摸顯示屏，利用電容效應工作，表面覆蓋一層透明的導電材料，當觸摸屏幕是，會改變屏幕表面的電容分布，從而改變了電容值，檢測出觸摸位置。電容式觸摸顯示屏反應速度較快，且支持多點觸控，適應了現(xiàn)代交互方式的發(fā)展趨勢。但是其成本較高，且透光率交叉，易出現(xiàn)反光現(xiàn)象。(3)紅外線式觸摸顯示屏，是在顯示器前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣，當觸摸屏幕時，會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。其具有不受電流、電壓和靜電干擾的優(yōu)點，同時成本較低，安裝方便。但是其不適合曲面顯示器，且壽命受到紅外二極管壽命的影響，可能被光干擾。方案最終確定：對比三種觸摸顯示屏的工作原理及優(yōu)缺點，電阻式觸摸顯示屏雖然響應速度慢于電容式觸摸顯示屏和紅外線式觸摸顯示屏，但其成本較低，且足以滿足本設計的功能要求，因此選擇電阻式觸摸顯示屏作為本設計的輸入、輸出模塊。系統(tǒng)硬件設計該系統(tǒng)的硬件主要包含兩大部分：STM32開發(fā)板，電容觸摸顯示屏。3.1STM32F103ZET6開發(fā)板該開發(fā)板的核心是STM32F103ZET6單片機，其特點如下:(1)采用了Cortex-M3內(nèi)核，內(nèi)置128KB的Flash，可以提供高速運算能力和低功耗特性。(2)擁有多個定時器，可以實現(xiàn)定時?計數(shù)和PWM等功能。(3)具有ADC/DAC模塊，可以實現(xiàn)模擬信號的采集和輸出。(4)內(nèi)置了中斷控制器，可以實現(xiàn)多種中斷類型的處理。(5)具有時鐘控制器，可以控制系統(tǒng)時鐘的輸出和分頻，從而滿足不同應用的需求。(6)具有外部存儲器接口，可實現(xiàn)擴容。如圖3.1所示為開發(fā)板實物圖。圖3.1圖3.1如圖3.2所示為開發(fā)板封裝圖。圖3.2圖3.23.1.1開發(fā)板資源3.1.1.1開發(fā)板LED燈開發(fā)板擁有兩個LED，用于系統(tǒng)運行指示和程序調(diào)試等，通過控制GPIO（通用輸入輸出）引腳的電平狀態(tài)來實現(xiàn)LED的亮滅控制。在硬件連接方面，通常將LED的長腳作為正極，短腳作為負極，連接到開發(fā)板上的GPIO引腳上。通過編寫相應的程序代碼，可以控制這個GPIO引腳輸出高電平或低電平，從而控制LED的亮滅。其原理圖如圖3.3所示。圖3.3開發(fā)LED燈電路原理圖圖3.3開發(fā)LED燈電路原理圖3.1.1.2開發(fā)板自定義按鍵開發(fā)板按鍵模塊共四個按鍵，可用于參數(shù)調(diào)節(jié)控制等。按鍵通過IO口與微控制器連接，通過檢測按鍵的按下狀態(tài)來實現(xiàn)功能控制。其原理圖如圖3.4所示。圖3.4自定義按鍵電路原理圖圖3.4自定義按鍵電路原理圖3.1.1.3USB轉TTL下載電路開發(fā)板內(nèi)置了一鍵下載電路，采用CH340芯片，主要用于將固件燒寫到STM32微控制器上。這種下載方式通過USB轉TTL模塊實現(xiàn)，該模塊能夠將電腦的USB信號轉換為STM32微控制器能夠識別和處理的TTL信號，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。其原理圖如圖3.5所示。圖3.5USB轉TTL下載電路原理圖圖3.5USB轉TTL下載電路原理圖3.1.1.4EEPROM模塊開發(fā)板中的EEPROM模塊是通過SPI口擴展的，使用了24C02型號的EEPROM芯片。這種EEPROM芯片的容量為2Kb，即256個字節(jié)。在進行數(shù)據(jù)讀寫操作時，可以通過I2C通信協(xié)議來實現(xiàn)與EEPROM的交互。可以存儲重要數(shù)據(jù)，如密碼、觸摸屏校準系數(shù)等。其原理圖如圖3.6所示。圖3.6EEPROM模塊電路原理圖圖3.6EEPROM模塊電路原理圖3.1.1.5LCD觸摸屏接口LCD觸摸屏接口可用于液晶顯示項目開發(fā)，顯示圖像和文字，可通過編程控制顯示內(nèi)容，包括顏色、大小、位置等信息。同時還具有觸摸功能等。其原理圖如圖3.7所示。圖3.7LCD觸摸屏接口原理圖圖3.7LCD觸摸屏接口原理圖3.1.1.6晶振電路開發(fā)板內(nèi)置了8MHz的晶振電路，STM32的時鐘信號通過兩種方法完成，其一就是內(nèi)部方式，通過芯片里面的振蕩電路，產(chǎn)生時鐘信號：其二就是外部方式，時鐘信號從外部導入。假若沒有時鐘來完成時鐘驅動單片機則無法工作。這類電路是拿來配合外面晶體來進行振蕩，假若時鐘運行時為0的話則無法工作。誠然超過單片機工作所需頻率時同樣會導致單片機無法正常工作，所以通常選用石英晶體振蕩器。這個電路在加大電量約為10ms延遲后振蕩器開始起振，在引腳處會出現(xiàn)5V的正弦波時鐘信號是，振蕩頻率主體是通過石英晶振的頻率確定。其原理圖如圖3.8所示。圖3.8晶振電路原理圖圖3.8晶振電路原理圖3.1.1.7復位電路開發(fā)板內(nèi)置復位電路，復位電路的可靠性直接影響微控制器系統(tǒng)的可靠性，stm32微控制器通常由主動復位、復位按鈕和電源按鈕以及復位方法供電，優(yōu)點是可以在接通電源后開機進入復位狀態(tài)，當出現(xiàn)問題時，可以立即重置。其原理圖如圖3.9所示。圖3.9復位電路原理圖圖3.9復位電路原理圖3.1.1.8電源電路開發(fā)板中的電源電路設計是確保單片機穩(wěn)定運行的基礎，同時也關系到整個系統(tǒng)的功耗管理，可以提供5V和3.3V電壓，其原理圖如圖3.10所示。圖3.10電源電路原理圖圖3.10電源電路原理圖3.1.2單片機電路設計STM32F103ZET6開發(fā)板的最小電路主要包括電源、單片機本身、復位電路和時鐘電路。首先，電源是基礎，為整個系統(tǒng)提供必要的電能。其次，單片機本身是核心部件，STM32F103ZET6是一款具有高性能ARMCortex-M3內(nèi)核的微控制器單元，具備豐富的外設接口和存儲資源，如512KBFlash存儲器和64KBSRAM。復位電路用于在系統(tǒng)啟動或發(fā)生錯誤時將單片機恢復到初始狀態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。時鐘電路則為單片機及其外設提供準確的時鐘信號，確保數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)臏蚀_性。此外，STM32F103ZET6還支持多種通信接口，包括USB、CAN、SPI、I2C等，這些接口使得它能夠輕松地與外部設備進行數(shù)據(jù)交換和通信。它的硬件資源豐富，包括但不限于ADC、DAC、PWM計時器等，適用于各種精密控制和測量應用。STM32F103ZET6開發(fā)板的最小電路設計需要考慮電源、單片機核心、復位和時鐘電路的基本組成，并根據(jù)具體的應用需求選擇合適的外設接口和通信協(xié)議。通過合理的電路設計，可以充分發(fā)揮stm32f103zet6的強大功能，滿足各種復雜應用場景的需求單片機電路原理圖如圖3.11所示。圖3.11單片機電路原理圖圖3.11單片機電路原理圖3.2HX8357DN電阻式觸摸顯示屏3.2.1介紹HX8357DN是一款TFT移動單芯片驅動器，具有320RGBx480點的分辨率和16M顏色顯示能力。它設計用于提供一個單芯片解決方案，結合了門極驅動器、源極驅動器和電源電路，以驅動TFT面板。此外，HX8357D支持高分辨率液晶顯示控制，適用于各種顯示設備和嵌入式應用中。它的顯示控制界面包括MIPI-DBI串行數(shù)據(jù)傳輸接口、MIPI-DPI并行視頻（RGB）接口以及MIPI-DSI接口（用于顯示串行接口版本1）。此外，HX8357D還配備了觸摸屏功能，使得用戶界面更加直觀和互動。這種屏幕的特性還包括高分辨率和亮度，可以顯示精確的細節(jié)。它們具有電容式觸摸，方便使用。它們每行可以顯示多個字符。HX8357DN3.5英寸TFT液晶顯示器可以制造為適合小型可穿戴設備或大型投影儀。它們可以與用于面部識別和辦公設備的智能家居系統(tǒng)集成。它們具有多種接口類型，例如MPU或RS232。由于堅固的玻璃結構以及相當高的工作溫度范圍，因此它們堅固耐用。壽命。HX8357DN3.5英寸TFT液晶顯示器最長可以工作幾千小時?？偟膩碚f，HX8357DN屏幕是一款性能優(yōu)秀的顯示器，無論是色彩表現(xiàn)還是觸控體驗都十分出色，能夠滿足各種應用場景的需求。3.2.2工作原理TFT電阻式觸摸屏的工作原理是基于電阻的變化來識別觸摸位置的。其主要由兩層導電玻璃或塑料組成，這兩層之間夾著一個絕緣層。當手指或其他物體觸摸屏幕時，會打破上下兩層間的絕緣，形成一個電路，這個電路的電阻會發(fā)生變化。具體來說，電阻式觸摸屏的工作過程如下：在沒有觸摸的狀態(tài)下，電阻式觸摸屏的兩層導電層之間是絕緣的，不會發(fā)生電流流動。當手指或其他物體觸摸屏幕時，會打破上下兩層導電層之間的絕緣，形成一個電路，電阻就會發(fā)生變化。電阻的變化會導致電流流過電路，這個電流的大小取決于電阻的變化量。觸摸屏控制器會檢測到這個電流的變化，并根據(jù)電流的變化量計算出觸摸點的位置。最后，觸摸屏控制器會將計算出的觸摸點位置轉換為對應的X軸和Y軸坐標，然后將這兩個坐標發(fā)送給主機，主機就可以根據(jù)這兩個坐標來確定觸摸點的位置了。其原理圖如圖3.12所示。圖3.12TFT電阻式觸摸屏原理圖圖3.12TFT電阻式觸摸屏原理圖3.1.3接線HX8357DN屏幕與STM32F103ZET6開發(fā)板的接線如圖3.13所示。HX8357DNSTM32F103ZET6功能GNDGND接地CSCS芯片選擇DOUTMISO串行數(shù)據(jù)輸出DINMOSI串行數(shù)據(jù)輸入CLKSCK串行時鐘線路VCC3.3V供電電壓RESETRESET復位圖3.13接線圖圖3.13接線圖1.GND：將STM32F103的GND引腳連接到HX8357DN屏幕的GND引腳。2.CS：將HX8357DN屏幕的CS（ChipSelect）引腳連接到STM32F103的CS端口。這個引腳用于選擇哪個設備正在與STM32F103通信。3.DIN：將HX8357DN屏幕的DIN引腳連接到STM32F103的MOSI（MasterOutSlaveIn）引腳。4.DOUT：將HX8357DN屏幕的DOUT引腳連接到STM32F103的MISO引腳。5.SCL：將HX8357DN屏幕的SCL（SerialClockLine）引腳連接到STM32F103的SCK（SerialClock）引腳。6.VCC：將HX8357DN屏幕的VCC引腳連接到電源的正極。7.RST：將HX8357DN屏幕的RST（Reset）引腳連接到STM32F103的RESET端口。這個引腳用于重置屏幕。需要注意的是，STM32F103的SPI接口只支持8位和16位的數(shù)據(jù)傳輸，而HX8357DN屏幕需要9位的SPI接口。因此，需要修改STM32F103的SPI驅動代碼，以支持9位的數(shù)據(jù)傳輸。另外，需要確保STM32F103開發(fā)板具有足夠的存儲空間來運行程序，因為修改SPI驅動代碼可能會增加程序的大小。其原理圖如圖3.14所示。圖3.14HX8357DN電路原理圖圖3.14HX8357DN電路原理圖系統(tǒng)軟件設計4.1主程序設計圖4.1顯示了主要的程序控制流程。圖4.1主程序流程圖圖4.1主程序流程圖當系統(tǒng)通電時，程序會對所有的硬件進行初始化，直到電供應平穩(wěn)時，顯示計算器界面。第一步，用戶輸入第一個按鍵后，系統(tǒng)會判斷是否為字符，如果是則進行下一步；第二步，用戶按下第二個按鍵，系統(tǒng)會判斷數(shù)據(jù)類型：若為退格鍵，則清除一位，系統(tǒng)返回第一步；若為數(shù)字型，系統(tǒng)提高字符的位數(shù)后寫入自動保存為低位；若為符號，系統(tǒng)進行各種運算，進行下一步；若為小數(shù)點，系統(tǒng)改變數(shù)字類型，并返回第一步，若為進制轉換按鍵，則進入進制轉換功能。第三步，用戶按下第三個按鍵后，系統(tǒng)判斷數(shù)據(jù)類型：若為退格鍵，系統(tǒng)返回第二步；若為字符型，按下=鍵，輸出結果，程序結束；若為小數(shù)點，系統(tǒng)自動判斷為乘0；若為其他按鍵，則無效。4.2觸摸屏校準程序設計圖4.2展示了觸摸屏校準程序的流程。圖4.2觸摸屏校準流程圖圖4.2觸摸屏校準流程圖電阻式觸摸屏的四點校準法是一種常見的校準方法，主要用于確保觸摸屏的準確性和響應性。我們可以總結出四點校準法的基本流程如下：（1）確定基準點：在LCD顯示屏上設定四個基準點，這些點的位置是預先設定好的，用于后續(xù)的坐標采集.（2）采集坐標數(shù)據(jù)：使用觸摸屏在LCD顯示屏上點擊這四個基準點，記錄下每個點對應的觸摸屏采集坐標（x,y）。（3）算法計算：根據(jù)收集到的四個點的坐標數(shù)據(jù)，通過特定的算法計算出觸摸屏的校準矩陣。這個矩陣能夠將觸摸屏的實際位置轉換為屏幕坐標系統(tǒng)中的位置。（4）保存校準結果：如果校準效果滿意，則需要保存校準結果，以便在未來使用時能夠快速應用。實物展示打開電源開關，屏幕顯示初始界面，如圖5.1所示。圖5,1初始界面圖5,1初始界面輸入第一個操作數(shù)，如圖5.2所示。圖5.2輸入第一個操作數(shù)圖5.2輸入第一個操作數(shù)輸入運算符號，如圖5.3所示。圖5.3輸入運算符號圖5.3輸入運算符號輸入第二個操作數(shù)，如圖5.4所示。圖5.4輸入第二個操作數(shù)圖5.4輸入第二個操作數(shù)輸入等號后，輸出結果，如圖5,5所示。圖5.5輸出結果圖5.5輸出結果根據(jù)實物展示結果，通過硬件的搭建和軟件的設計，以及系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試，基本實現(xiàn)了計算器的功能。總結與展望基于STM32的科學計算器項目，通過集成硬件和軟件部分，實現(xiàn)了人機交互、數(shù)據(jù)運算等功能。計算器不僅支持基本的四則運算，還能進行更復雜的數(shù)學運算，如開方、平方、冪函數(shù)、對數(shù)、倒數(shù)等。此外，引入了HX8537DN電阻式觸摸顯示屏作為輸出輸入設備，提高了用戶界面的可視化程度。6.1總結1.優(yōu)點：（1）高性能和強大的運算能力：本設計采用STM32F103ZET6單片機，工作頻率較高，運算能力強，這使得該計算器能夠快速處理復雜的數(shù)學運算和函數(shù)計算。此外，STM32系列是32位單片機，其運算能力遠比其他單片機強，適合于性能高、耗電量低、成本低的嵌入式應用開發(fā)。（2）豐富的功能和高級數(shù)學運算支持：本設計不僅支持基本的加減乘除等四則運算，還支持開方、平方、冪函數(shù)、三角函數(shù)（正弦、余弦、正切）、對數(shù)、倒數(shù)、進制轉換等常見的計算器功能。（3）靈活的顯示模式和人機交互設計：本設計通過觸摸屏進行人機交互，按鍵直接顯示在觸摸屏上，不需要傳統(tǒng)的機械按鍵，提高了操作的便捷性和直觀性。2.缺點：較高的資源消耗、可能的復雜性導致的開發(fā)難度增加、以及對于初學者或非專業(yè)人士來說，編程和調(diào)試過程可能較為困難。此外，由于STM32單片機的性能較強，對于一些簡單的計算任務，使用這樣的硬件可能會顯得有些過度，從而影響到整體的成本效益比。6.2展望1、首先，從技術發(fā)展的角度來看，STM32系列單片機因其強大的處理能力和豐富的外設支持，已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的重要選擇。從應用領域的擴展來看，STM32不僅在傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)領域有著廣泛的應用，還逐漸滲透到AI和物聯(lián)網(wǎng)等新興領域。例如，NanoEdgeAIStudio為STM32開發(fā)者提供了一個無需專門數(shù)據(jù)科學技能即可使用的自動化機器學習（ML）環(huán)境，這表明基于STM32的科學計算器未來有可能集成更多智能化的功能，如自動化的數(shù)學問題求解、數(shù)據(jù)分析等。2、從用戶交互方式的創(chuàng)新來看，觸摸屏技術的發(fā)展使得基于STM32的科學計算器能夠提供更加直觀和便捷的操作體驗。未來，隨著手勢識別、語音控制等技術的進步和成熟，基于STM32的科學計算器可能會進一步優(yōu)化人機交互方式，使得操作更加自然和高效。3、從能源管理的角度來看，低功耗設計是未來科技產(chǎn)品發(fā)展的一個重要趨勢。基于STM32的科學計算器通過采用高效的電源管理和優(yōu)化算法，可以實現(xiàn)更長的電池續(xù)航時間，這對于便攜式科學計算器來說是一個重要的優(yōu)勢。參考文獻[1]王巖,辛妍貝.基于單片機的多功能計算器的設計與實現(xiàn)電氣工程自動化[J].電氣傳動自動化,2019,41(03):64-66.[2]郭占苗,吳沛.基于STC89C52單片機多功能計算器設計與仿真[J].微型電腦應用,2018,34(09):112-115