基于arduino的计算器设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.......................................................1

1.1设计背景及内容................................................1

1.2功能分析......................................................1

2方案设计...........................................................1

2.1ArduinoUNO开发板的选择方案..................................1

2.24乘4键盘的方案选择..........................................2

2.3显示器的选择..................................................2

2.4系统框图......................................................2

3产品硬件设计.......................................................3

3.1arduino的电路设计............................................3

3.2LCD1602显示器电路设计........................................4

3.34乘4键盘电路设计............................................4

4产品软件设计.......................................................5

4.1arduino程序开发环境..........................................5

4.2arduino软件开发流程..........................................5

5系统组装与调试.....................................................6

5.1系统组装......................................................6

5.2系统调试......................................................6

5.2.1系统软件调试............................................7

6产品使用说明.......................................................8

参考资料.............................................................9

附录1元器件清单...................................................10

附录2电路原理图....................................................11

附录3PCB设计图....................................................12

附录4作品实物照...................................................13

附录5软件程序代码.................................................14

III

湖南商职业技术学院毕业设计

基于arduino的计算器设计与制作

1产品功能分析

1.1设计背景及内容

计算器是当前社会人们通过自己的智慧创造出的一种可以进行不同数字间

加减乘除运算的通过电力发动的工具。人们拿在手里的那种便携的迷你计算机，

可以被称之为第一代计算机。这种计算机方便，在任何时候都可以使用。现在

社会流行的是第二代计算机，在手机电脑里都装配了，可以成为电子计算机，

着=这种计算机的变革对人们社会的进步有着很大的贡献。可以还是有着很多不

足。

（1）设计内容：

1）系统方案的选择；

2）硬件电路的组成及使用方法；

3）硬件、软件调试。

（2）设计要求及预期成果：

1）显示功能：采用1602LCD显示器显示，可以读取运算后的结果；

2）扩展功能：这种计算器可以进行小数点之间的计算。

1.2功能分析

这个计算器可以进行简单的数字之间的计算使人们的生活更加方便，比

如加减乘除这些简单的计算。而且它也可以进行带小数点的计算。

2方案设计

2.1ArduinoUNO开发板的选择方案

方案一：STC89C52单片机,功耗较高，5V供电，其次，stc单片机内集成

资源少,8位，运行速度慢,不方便且不符合设计要求。

方案二:Arduino的软件代码只需要会几种指令即可，只需要懂一点点C语

言就可以了，很容易操作，arduino使用起来更方便一些，更加容易操作。包含

硬件和软件。硬件有各种型号的Arduino主板，软件有ArduinoIDE。Arduino

1

湖南商职业技术学院毕业设计

单片机接线更容易，方便操作。更适用于该项目的制作。

综上所述，故选择方案二。

2.24乘4键盘的方案选择

方案一：4乘4键盘单片机外扩键盘，外扩键盘上没有显示数字，字母。

方案二：4乘4键盘薄膜键盘，薄膜键盘上显示数字符号字母更加便于运算

且价格实惠，故选方案二。

综上所述，故选择方案二。

2.3显示器的选择

方案一：采用0.96寸OLED显示器，由于OLED显示器屏幕太小不明显，LED

没有LCD用得久。

方案二;采用1602LCD显示器，LCD显示器的屏幕更大，寿命比LCD更长，

且价格跟LED显示器差不多，LCD的材料好一些。

综上所述，故选择方案二。

2.4系统框图

本设计由ArduinoUNO开发板电路+1602LCD显示器电路+4乘4键盘电路+电

源电路组成。

图1系统框图

2

湖南商职业技术学院毕业设计

3产品硬件设计

3.1arduino的电路设计

Arduino是一款方便快捷、方便操作的开源电子原型平台，包含硬件(各种

型号的Arduino板)和软件(ArduinoIDE)。

Arduino主要特性

能通过各种各样的传感器来感知环境

Arduino相比单片机简单很多，代码也简单一些，可以延伸其他很多方法

Arduino主要参数

数字I/O

模拟I/O

高级I/O

时间函数

数学库

随机数

位操作

Arduino引脚图如下图所示：

图2Arduino引脚图

3

湖南商职业技术学院毕业设计

3.2LCD1602显示器电路设计

LCD1602显示器价格实惠，辐射很低，应用的范围很广。

（1）特点

显示质量高

低辐射更有益于健康

可视面积大

应用范围广

画面柔和不伤眼效果好

数字式接口

机身薄，节省空间

功率消耗小，省电，不产生高温

（2）产品应用范围

液晶电视的液晶显示器

摄像器的液晶显示器

掌上游戏机

模块技术参数

工作的电压很低，并且辐射很小，没有闪烁就能和CMOS集成电路相配合。

（4）模块接口说明

RXD串口输入，电平为TTL电平

TXD串口输出，电平为TTL电平

GND接GND

VCC接3.3V-6V

1602LCD显示器实物图如下图所示。

图41602LCD显示器实物图

3.34乘4键盘电路设计

4乘4薄膜键盘，它有16个按键，4乘4薄膜键盘通过杜邦线与arduino

4

湖南商职业技术学院毕业设计

开发板相连，将杜邦线的八个排针插入4乘4键盘的八个接口另一端接到

arduino开发板的八个接口上使arduino开发板与4乘4键盘相连，它一共有八

个接口，每按一次键盘上的键，数码管就会显示一次按键代表的值。键盘朝上

并面向您，从左到右，前四个针是行针，最后四个针是行针。列引脚有4个引

脚。

4乘4键盘实物图如下图所示。

图5乘4键盘实物图

4产品软件设计

完整的控制系统由硬件系统和软件系统组成，前面我们说了arduino计算

器的设计与制作电路的方案，如果想要产品成功实现出效果，就需要软件程序，

就是输入实现效果的代码，编写程序代码。

4.1arduino程序开发环境

Arduino是一款方便快捷，方便操作的开源电子原型平台。包括硬件和软件。

它构建与开放原代码simpleI/O介面板，并且具有使用差不不多的Java、C语

言的Processing/Wiring开发环境。

4.2arduino软件开发流程

具体开发流程如图所示。

5

湖南商职业技术学院毕业设计

图6Aiduino软件开发流程图

5系统组装与调试

5.1系统组装

将Arduino开发板与LCD1602显示屏和4乘4键盘按要求连接好。

5.2系统调试

整体系统调试前，观察系统是否还存在问题，比如明显的断裂，接口是否

连接正确等问题。

在使用arduino平台的时候，对软件的程序必须先进行检测，假如检测出

来没有问题的话，就对系统的功能是不是满足需求进行检测，假如功能有问题，

6

湖南商职业技术学院毕业设计

就必须继续检测程序是不是有问题，一直到软件程序没有问题为止。

5.2.1系统软件调试

当你打开Arduino的IDE时，Arduino有三个部分，第一部分是控制区域有

各种工具，第二部分是写代码的地方，第三部分是错误或者代码编写成功提醒

的地方。arduinoIDE是arduino产品的软件编辑环境。简而言之就是用来敲代

码，下载代码的环境。任何的arduino产品都需要下载代码后才能运行。我们

所构建的硬件电路都是辅助代码来完成的，两者是必不可少的。arduinoIDE上

面的一大部分的白色部分就是修改代码的地方，需要注意的是，每次写代码的

时候输入法都要调成英语的模式。下面黑色部分是提醒代码错误的或者是否完

成编译的地方，当下载没有出现错误时软件编程代码调试成功。

图7ArduinoIDE界面

7

湖南商职业技术学院毕业设计

5.2.2系统硬件调试

制作产品很重要的一步就是硬件调试，如果硬件在连接的过程中出现问题，即

使软件的程序没有问题，那也不能实现效果。所以对硬件进行调试时非常必要

的。

对照电路原理图以及各元器件的与原理图，检查各个接口的线头是否接进或者

接错，如有就需要立马更换过来，如果没有则无需更换，直接调试成功。

6产品使用说明

（1）使用前检查产品是否完好安全，准备好相关的材料。

（2）打开产品开关，连接好电脑烧入程序

（3）不使用时，收好设备，放置干燥平稳处，避免设备潮湿压坏。

8

湖南商职业技术学院毕业设计

参考资料

[1]Arduino魔法书：实现梦想的工具和技术.JeremyBlum,电子工业出版社,2014

[2]郑人杰.计算机软件测试技术.北京:清华大学出版社,1992.

[3]蔡睿.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程,2012,20(16)

[4]Arduino高级开发权威指南.StevenF.Barrett.机械工业出版社,2014

[5]Arduino程序设计基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[6]Arduino开发实战指南：AVR篇［M］.北京：机械工业出版社，2012.

[7]马建国.电子系统设计.北京：高等教育出版社，2004.1.

9

湖南商职业技术学院毕业设计

附录1元器件清单

10

湖南商职业技术学院毕业设计

附录2电路原理图

11

湖南商职业技术学院毕业设计

附录3PCB设计图

12

湖南商职业技术学院毕业设计

附录4作品实物照

13

湖南商职业技术学院毕业设计

附录5软件程序代码

#include<Keypad.h>

#include<LiquidCrystal_I2C.h>

#include<Wire.h>

constbyteROWS=4;

constbyteCOLS=4;

charkeys[ROWS][COLS]={

{'1','2','3','+'},

{'4','5','6','-'},

{'7','8','9','*'},

{'C','0','=','/'}

};

byterowPins[ROWS]={9,8,7,6};

bytecolPins[COLS]={5,4,3,2};

//Createdinstances

KeypadmyKeypad=Keypad(makeKeymap(keys),rowPins,colPins,ROWS,COLS);

LiquidCrystal_I2Clcd(0x27,16,2);

booleanfirstNumState=true;

StringfirstNum="";

StringsecondNum="";

floatresult=0;

charoperatr='';

voidsetup(){

lcd.init();//初始化LCD

lcd.backlight();//设置LCD背景灯亮

lcd.setCursor(3,0);

lcd.print("Arduino");

lcd.setCursor(2,1);

14

湖南商职业技术学院毕业设计

lcd.print("Calculator");

delay(3000);

//scrollDisplay();

clr();

}

voidloop(){

charnewKey=myKeypad.getKey();

if(newKey!=NO_KEY&&(newKey=='1'||newKey=='2'||newKey=='3'||newKey=='4'||

newKey=='5'||newKey=='

6'||newKey=='7'||newKey=='8'||newKey=='9'||newKey=='0')){

if(firstNumState==true){

firstNum=firstNum+newKey;

lcd.print(newKey);

}

else{

secondNum=secondNum+newKey;

lcd.print(newKey);

}

}

if(newKey!=NO_KEY&&(newKey=='+'||newKey=='-'||newKey=='*'||newKey=='/')){

if(firstNumState==true){

operatr=newKey;

firstNumState=false;

lcd.setCursor(15,0);

lcd.print(