课程设计—模拟计算器设计.docx

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1、课程设计模拟计算器设计 嵌 入 式 课 程 设 计 课题：基于uCOS/uCGUI的模拟计算器实现报告：张昌世自动化091 109031027 小组成员：刘锋自动化091 109031023 陈奇英自动化091 109031001 彭桂贤自动化091 109031002 指导老师：陈才 摘要： 计算器这一小小的程序机器实际上是从计算机中割裂出来的衍生品，但因其方便快捷的操作模式，已经被广泛应用于工程、学习、商业等日常生活中，极大的方便了人们对于数字的整合运算。现今的计算器已经不仅仅停留在传统的硬件上，而是越来越软件化，它可以在手机里，在电脑上，在许许多的的电子产品上。所以有必要在自己平时学习的

2、开发板上做个带界面显示的计算器来证明下自己的能力。 引言： 简单的计算器包括09的数字输入键，小数点输入键，+、-*、/、=运算键等，还可以加入其他运算：如三角运算（sin,cos,tan,cot等），一些当木运算（平方，开方，阶乘等）。由于条件和能力有限，所以就做个能实现四则运算的简易计算器。 计算器的程序设计实际上富有一定的难度，虽然乍一想很简单，只要实现下加减乘除运算，然后显示出来就可以了，但实际上运算结果跟图像界面的数据交换，还有浮点数的处理等都很折腾人。通过本次设计，体会到了学习的不易，还有自己能力上的不足！ 一、课题描述： 在STM32开发板上实现简易的计算器。计算器界面显示在TF

3、T彩屏上，采用触摸屏上模拟按钮来实现数据与运算符的输入。最后把运算的结果显示在彩屏。最基本要求：有加减乘除运算，有带小数点的运算。 二、课题分析 a)、硬件要求： 处理器选择：STM32F103ZE,这款处理器具有512K的flash,64K的RAM，足够大的空间，可以让程序员的可以有更大的发挥空间，而不用为节省空间而上脑筋。 TFT彩屏：带触摸的TFT彩屏，3.2寸，分辨为240*320的真彩彩屏。 JLink仿真器：使用JLink v8仿真器，仿真器能够下载程序、在线仿真，便于程序编写与错误检查。 b)、软件要求： 操作系统：使用uC/OS嵌入式实时操作系统。由于触屏要实时响应，所以需要使

4、用操作系统，并给触屏专门建立一个任务。CPU其他的操作组成一个任务。程序在两个任务中相互切换。 图形软件：使用uCGUI嵌入式图形界面软件。uCGUI是个小型的图形软件，包括有基本的图形显示，还有许多图形控件，如：按钮，编辑框，窗口，滚动条等等，而我们的计算器的制作就要用到其中的按钮、编辑框和窗口3个控件。 固件库：STM32编程，可以使用固件库，ST公司提供STM32处理器的固件库，以方便程序员编程，缩短了项目的编程周期。 c)、设计方案： 界面布局： 1个编辑框：位于彩屏左上角，占整屏的1/5左右，用于数据输入显示，运算 符的输入显示。编辑框内最大输入和显示的长度为10，这就限制了数据的范

5、 围。 11个数子按钮：位于左下角开始向上向右的按钮队列，分别为：1，2， 3，4，5，6，7，8，9，0，.。可以输 入操作者任意想要的数据，进行运算。 6个运算符按钮：位于屏幕偏右的数来第一列和第二列的位子上。实现加减乘 除倒数平方6个运算，对应的按钮分别为：+，-，*，/， 1/X,X2。 2个操作按钮：位于屏幕右侧数来第一列的位子上。功能分别为等号和清楚。 对应着=和clear两个按钮。等号得到计算得到的结果，清除键清楚编 辑框上的数字和取消当前运算操作的功能 1个说明按钮：位于屏幕的右上角。对应About按钮，点击该按钮，就会跳出 一个对话框，上面显示本课程设计的小组成员们名字。 1

6、个对话框：当点击About按钮时，就会跳出来，对话框上显示四个课程设 计小组成员的姓名，还有一个“OK“按钮，点击“OK”按钮就会结束当前的 对话框，关闭对话框。 功能说明： 1、数字键被按下去时，在编辑框内显示输入的数，这里需要注意的是，编辑 框内的内容时字符串的形式，例如按下12时，并不是表示数字12，而是字符 串“12”，先是按下1键，再按下2键，按下第二个键的时候不能将编 辑框的第一个数覆盖掉，而是要接到第一个数后面。 2、当运算符按钮被按下时，把按下去之前的编辑框的字符串转化成负浮点数 形式保存在var中，然后将编辑框显示+,如果运算符被按下了两次，表示之 前已经有两个变量要进行了计

7、算，直接显示结算结果。 3、当按下1/X，和X2时，并不增加变量的个数，只是将原先变量运算后 的结果覆盖原先变量，参加后续的计算。 4、按下About键是，会跳出一个对话框，该对话框支持移动，故可以将其拖 到屏幕任意位子，点下对话框上的OK键，就会关闭对话框。之后再点下 About键后对话框优惠弹出来。 三、相关介绍说明 a)、STM32F103ZT6E介绍： ARM 32位Cortex-M3 微处理器，72MHz频率, 512kB Flash, 64kB SRAM,灵活的静态存储器控制器存储器：SRAM, PSRAM, NOR 和NAND Flash,PLL, 内置的RC正当频率为8MHz

8、和32kHz, 实时时钟,嵌套中断控制器, 节电模式, JTAG 和SWD两种模式,4个同步16位计时器与输入捕获, 输出比较和PWM波,2个16位的高级定时器, 2个16位的基本定时器, 2 个16位的看门狗定时器,系统时钟定时器, 3个SPI/I2S模块, 2个I2C模块, 5个USART模块, 一个USB 2.0 全速接口,一个CAN 2.0B Active, 3个112位16通道A/D 控制器, 2个12位的D/A 控制器, 1个SDIO接口, 快速的I/O 口。b)、uCOS介绍： C/OS-II是一种可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务操作系统内核。它被广泛应用

9、于微处理器、微控制器和数字信号处理器。 C/OS-II的前身是C/OS，最早出自于1992 年美国嵌入式系统专家Jean brosse 在嵌入式系统编程杂志的5 月和6 月刊上刊登的文章连载，并把 C/OS的源码发布在该杂志的B B S 上。 C/OS 和C/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将C/OS-II嵌入到开发的产品中。 C/OS-II 具有执行

10、效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至2KB 。C/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上。严格地说uC/OS-II只是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理，文件系统，网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放，这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。 uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核，并在这个内核之上提供最基本的系统服务，如信号量，邮箱，消息队列，内存管理，中断管理等。 uC/OS-II以源代码的形式发

11、布，但并不意味着它是开源软件。你可以将其用于教学和私下研究（peaceful research）；但是如果你将其用于商业用途，那么你必须通过Micrium获得商用许可。 c)、uCGUI简介 UCGUI是一种嵌入式应用中的图形支持系统。它设计用于为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立于处理器与LCD控制器的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境, 并适用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真实显示或虚拟显示。它的设计架构是模块化的，由不同的模块中的不同层组成，由一个LCD 驱动层来包含所有对LCD的具体图形操作。 UCGUI可以在任何的CPU上运行，因为它是100%的标准C代码编

12、写的。UCGUI能够适应大多数的使用黑白或彩色LCD的应用，它提供非常好的允许处理灰度的颜色管理。还提供一个可扩展的2D图形库与占用极少RAM的窗口管理体系。 UCGUI的设计目标是为使用LCD作为图形显示装置的应用提供高效的/与LCD控制器独立与处理器独立的图形用户接口。它适合于单任务环境与多任务环境，如私用的操作系统或是商业的RTOS(实时操做系统。UCGUI以C源码形式提供，并适用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真实显示或虚拟显示。它包含以下特性： 1 适用任何8/16/32位CPU, 只要有相对应的标准C编译器. 2 任何的控制器的LCD显示器(单色,灰度,颜色), 只要有适合的

13、LCD驱动可 用. 3 在小模式显示时无须LCD控制器. 4 所有接口支持使用宏进行配制. 5 显示尺寸可定制. 6 字符和位图可在LCD显示器上的任意起点显示,并不仅局限于偶数对齐 的地址起点. 7 程序在大小和速度上都进行了优化. 8 编译时允许进行不同的优化.、 9 对于缓慢一些的LCD控制器, LCD显存可以映射到内存当中, 从而减 少访问次数到最小并达到更高的显示速度. 10清晰的设计架构. 11支持虚拟显示, 虚拟显示可以比实际尺寸大(即放大). 四、代码分析 a）、uCOS部分代码 建立两个任务 /*OS两个任务堆栈区*/ OS_STK MainTask1StkMAXSTKSIZ

14、E; OS_STK Task1StkMAXSTKSIZE; /*两个任务函数*/ void MainTask1(void *pdata); void Task1(void *pdata); /*主函数，建立两个任务*/ int main() OSInit(); /OS初始化 OSTaskCreate(MainTask1,(void *)0,&MainTask1StkMAXSTKSIZE-1,1); /建立任务 OSTaskCreate(Task1,(void *)0,&Task1StkMAXSTKSIZE-1,2); OSStart(); /*任务一：初始化板子，初始化液晶，建立计算器图像界面

15、*/ void MainTask1(void *pdata) pdata=pdata; BSP_Init(); /硬件初始化 GUI_Init(); /GUI初始化 GUI_SetBkColor(GUI_BLACK); /设置彩屏背景颜色为黑色 GUI_Clear(); GUI_TOUCH_Calibrate(0,0,320,296,3854); GUI_TOUCH_Calibrate(1,0,240,249,3906); /屏幕校准 / GUI_CURSOR_Show(); /显示光标 WidgetCreate(); /建立控件 GUI_Exec(); /显示控件 for(;) KeyCal

16、lback(edit); /响应控件 /*任务二：专门为触屏和控件的更新而建立的任务*/ void Task1(void *pdata) pdata=pdata; for(;) WM_Exec(); /更新窗口 GUI_TOUCH_Exec(); /更新触屏 OSTimeDly(10); b)、计算器图形界面的相关代码 /*GUI相关变量*/ EDIT_Handle edit; BUTTON_Handle num0,num1,num2,num3,num4,num5,num6,num7,num8,num9;/数字 09， BUTTON_Handle numPoint,numPlus,numSub

17、,numMul,numDiv;/小数点，加号，减号，除号，乘号 BUTTON_Handle clear,inverse,square,equal,about; /清除，倒数，平方，等于 /*图形界面函数*/ void WidgetCreate(void) /*画计算器边框*/ GUI_SetPenSize(3); /设置之前宽度为3个像素 GUI_SetColor(GUI_RED); /设置边框颜色为红色 GUI_DrawLine(7,0,7,239); /画边框 GUI_DrawLine(311,0,311,239); GUI_DrawLine(7,238,311,238); GUI_Dra

18、wLine(7,1,311,1); edit=EDIT_Create(15,5,225,50,e,10,WM_CF_SHOW);/创建编辑框 EDIT_SetFont(edit,&GUI_Font32B_ASCII); /设置编辑框内容字体大小num7=BUTTON_Create(15,60,50,35,7,WM_CF_SHOW);/创建数字7的按钮BUTTON_SetFont(num7,&GUI_Font24_ASCII); /设置字体24号BUTTON_SetText(num7,7); /按钮上显示7 BUTTON_SetTextColor(num7,0,GUI_WHITE); /设置字体

19、颜色BUTTON_SetBkColor(num7,0,GUI_DARKBLUE); /设置按钮背景颜色 num4=BUTTON_Create(15,105,50,35,4,WM_CF_SHOW);/创建数字4的按钮BUTTON_SetFont(num4,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num4,4); BUTTON_SetTextColor(num4,0,GUI_WHITE); BUTTON_SetBkColor(num4,0,GUI_DARKBLUE); num1=BUTTON_Create(15,150,50,35,1,WM_CF_SHOW); /创建

20、数字1的按钮BUTTON_SetFont(num1,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num1,1); BUTTON_SetTextColor(num1,0,GUI_WHITE); BUTTON_SetBkColor(num1,0,GUI_DARKBLUE); num0=BUTTON_Create(15,195,110,35,0,WM_CF_SHOW);/创建数字0的按钮BUTTON_SetFont(num0,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num0,0); BUTTON_SetTextColor(num0,0,GUI_

21、WHITE); BUTTON_SetBkColor(num0,0,GUI_DARKBLUE); num8=BUTTON_Create(74,60,50,35,8,WM_CF_SHOW); /创建数字8的按钮BUTTON_SetFont(num8,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num8,8); BUTTON_SetTextColor(num8,0,GUI_WHITE); BUTTON_SetBkColor(num8,0,GUI_DARKBLUE); num5=BUTTON_Create(74,105,50,35,5,WM_CF_SHOW); /创建数字5的

22、按钮BUTTON_SetFont(num5,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num5,5); BUTTON_SetTextColor(num5,0,GUI_WHITE); BUTTON_SetBkColor(num5,0,GUI_DARKBLUE); num2=BUTTON_Create(74,150,50,35,2,WM_CF_SHOW); /创建数字2的按钮BUTTON_SetFont(num2,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num2,2); BUTTON_SetTextColor(num2,0,GUI_WHIT

23、E); BUTTON_SetBkColor(num2,0,GUI_DARKBLUE); num9=BUTTON_Create(133,60,50,35,9,WM_CF_SHOW); /创建数字9的按钮 BUTTON_SetFont(num9,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num9,9); BUTTON_SetTextColor(num9,0,GUI_WHITE); BUTTON_SetBkColor(num9,0,GUI_DARKBLUE); num6=BUTTON_Create(133,105,50,35,6,WM_CF_SHOW);/创建数字6的按钮

24、 BUTTON_SetFont(num6,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num6,6); BUTTON_SetTextColor(num6,0,GUI_WHITE); BUTTON_SetBkColor(num6,0,GUI_DARKBLUE); num3=BUTTON_Create(133,150,50,35,3,WM_CF_SHOW); /创建数字3的按钮 BUTTON_SetFont(num3,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(num3,3); BUTTON_SetTextColor(num3,0,GUI_WHI

25、TE); BUTTON_SetBkColor(num3,0,GUI_DARKBLUE); numPoint=BUTTON_Create(133,195,50,35,.,WM_CF_SHOW);/创建小数点.的按钮 BUTTON_SetFont(numPoint,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(numPoint,.); BUTTON_SetTextColor(numPoint,0,GUI_WHITE); BUTTON_SetBkColor(numPoint,0,GUI_DARKBLUE); numDiv=BUTTON_Create(192,60,50,35,

26、/,WM_CF_SHOW);/创建除号/的按钮 BUTTON_SetFont(numDiv,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(numDiv,/); numMul=BUTTON_Create(192,105,50,35,*,WM_CF_SHOW);/创建乘号*的按钮 BUTTON_SetFont(numMul,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(numMul,*); numSub=BUTTON_Create(192,150,50,35,-,WM_CF_SHOW);/创建减号-的按钮 BUTTON_SetFont(numSub,

27、&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(numSub,-); numPlus=BUTTON_Create(192,195,50,35,+,WM_CF_SHOW); /创建加好+的按钮 BUTTON_SetFont(numPlus,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(numPlus,+); clear=BUTTON_Create(251,60,50,35,c,WM_CF_SHOW); /创建清除键clear的按钮 BUTTON_SetFont(clear,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(clea

28、r,clear); BUTTON_SetBkColor(clear,0,GUI_YELLOW); inverse=BUTTON_Create(251,105,50,35,i,WM_CF_SHOW); /创建倒数1/X的按钮 BUTTON_SetFont(inverse,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(inverse,1/X); square=BUTTON_Create(251,150,50,35,s,WM_CF_SHOW);/创建平方X2的按钮 BUTTON_SetFont(square,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText

29、(square,X2); equal=BUTTON_Create(251,195,50,35,=,WM_CF_SHOW);/创建等号=的按钮 BUTTON_SetFont(equal,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(equal,=); BUTTON_SetBkColor(equal,0,GUI_YELLOW); about=BUTTON_Create(249,20,57,30,a,WM_CF_SHOW); /创建说明信息about 的按钮 BUTTON_SetFont(about,&GUI_Font24_ASCII); BUTTON_SetText(abo

30、ut,About); BUTTON_SetBkColor(about,0,GUI_LIGHTGRAY); c)、按键响应代码 /*按钮响应函数*/ void KeyCallback(EDIT_Handle obj) /*重画边框，因为控件在最上层，会把下层的图案覆盖掉*/ GUI_SetPenSize(3); GUI_SetColor(GUI_RED); GUI_DrawLine(7,0,7,239); GUI_DrawLine(311,0,311,239); GUI_DrawLine(7,238,311,238); GUI_DrawLine(7,1,311,1); switch (GUI_W

31、aitKey() case 0: if(operaFlag=1) /如果是刚操作完运算符号后的数，先把编辑框清掉 EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf!=0) /保证不会出现001这样的情况 EDIT_AddKey(obj,0); break; case 1: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+

32、1)!=.)/保证不会出现.123这样的情况 EDIT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,1); break; case 2: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+1)!=.) EDIT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,2); break; case 3: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); ope

33、raFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+1)!=.) EDIT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,3); break; case 4: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+1)!=.) EDIT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,4); break; c

34、ase 5: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+1)!=.) EDIT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,5); break; case 6: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+1)!=.) ED

35、IT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,6); break; case 7: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+1)!=.) EDIT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,7); break; case 8: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL); operaFlag=0; EDIT_GetText(obj,editBuf,10); if(*editBuf=0)&(*(editBuf+1)!=.) EDIT_SetText(obj,NULL); EDIT_AddKey(obj,8); break; case 9: if(operaFlag=1) EDIT_SetText(obj,NULL);