基于Arduino的双模科学计算器设计

这款基于 Arduino 的双模式科学计算器是一种多功能且高效的工具，可用于基本和高级计算。在普通模式下，它用作标准计算器，通过 4×4 键盘执行加、减、乘、除。结果清晰地显示在 OLED 屏幕上。按钮开关可在模式之间无缝切换，以增加灵活性。

在科学模式下，计算器扩展了其功能以处理高级运算，例如正弦、余弦、正切和平方根计算，非常适合需要三角函数或代数计算的学生、工程师和专业人士。OLED 显示屏确保清晰可见，而键盘的多功能布局在紧凑的设计中支持标准和科学输入。

按钮模式开关提高了可用性，使设置适用于各种用例。作者的原型如图 1 所示，所需组件列在物料清单表中。

图 1：作者的双模科学计算器原型

双模科学计算器电路和工作

图 2 显示了基于 Arduino 的双模科学计算器的电路图。该设计通过结合 Arduino Uno、OLED 显示屏和简单的键盘接口，展示了硬件资源的有效利用，使设备具有成本效益且易于实现。用于模式切换按钮的内部上拉电阻器可防止误触发，确保稳定运行。

图 2： 电路图

该计算器还为电子和编程爱好者提供了宝贵的学习机会。它涵盖了基本概念，例如键盘接口、显示处理和使用 Arduino 实现数学计算。总体而言，这种可定制和可扩展的设计为嵌入式系统开发提供了实用的动手实践介绍。

硬件设置包括通过 I2C 协议（VCC 到 5V、GND 到 GND、SDA 到 A4 和 SCL 到 A5）连接 OLED 显示器。4×4 键盘连接到 Arduino 的数字引脚，其中行连接到引脚 D9、D8、D7 和 D6，列连接到引脚 D5、D4、D3 和 D2。按钮接地并连接到 Arduino 的引脚 D10。按下按钮 （SW1） 时，计算器切换到科学模式，在 OLED 屏幕上显示“科学模式”。

Arduino 代码的结构用于检测键盘输入、处理数字和运算符，并相应地更新 OLED 显示屏。loop（） 函数持续检查按钮的状态，在标准模式和科学模式之间切换。当按下一个键时，程序会根据活动模式确定适当的作，并在 OLED 上动态显示结果。

计算器的作模式

该计算器具有三种作模式：正常、科学和切换。每个方法如下所述。

Normal：用于基本算术运算。在此模式下，键盘的功能如下：

• A – 乘法 （*）

• B – 加法 （+）

• C – 减法 （-）

• D – 除法 （/）

• * – 清除输入

• # – 执行计算

科学模式：启用高级作。在此模式下，相同的键将重新分配给：

• A – sin（值）

• B – cos（值）

• C – tan （值）

• D – sqrt （值）

• * – 清除输入

开关： 连接到 Arduino 引脚 D10 的按钮可在正常模式和科学模式之间切换。

双模科学计算器的 Arduino 代码

计算器的源代码是使用 Arduino IDE 开发的。需要 Adafruit SSD1306 OLED 显示库和 Keypad.h 库。添加库后，可以通过选择适当的端口和板将代码上传到 Arduino。图 3 显示了源代码的一个片段。

图 3： 源代码片段构造和测试

将源代码上传到 Arduino Uno 后，应按照电路图所示组装组件（参见图 2）。必须将 12V、2A 适配器连接到 Arduino Uno 的直流电源插座。

要作计算器，请首先检查当前模式。如果需要切换模式，请按下按钮 （SW1）。然后，所选模式将处于活动状态并可供使用。