Wie baue ich einen Taschenrechner?

Ich bin ein Neuling in der Elektronik. Ich versuche, einen Taschenrechner von Grund auf neu zu bauen, als einfaches Projekt und Nebenhobby, um mich zu beschäftigen.

Mein Ziel ist es, einen einfachen Taschenrechner zu bauen, keinen wissenschaftlichen oder grafischen Taschenrechner, obwohl es mir nichts ausmacht, Informationen darüber zu erhalten, wie man das macht, nur zum Spaß.

Gibt es ein gutes Tutorial dafür? Wie soll ich anfangen?

Hier ist ein Beispiel für einen Taschenrechner, den Sie ohne zu viel Elektronikwissen erstellen können. Es ist voll ausgestattet, obwohl der Zusatz nicht enthalten ist.

Das ist kein triviales Projekt. Es gibt viele pädagogische Unterprojekte, über die man sich Sorgen machen muss. Einer ist Tasten und Entprellen. Ein anderes ist das Schreiben von Zeichen auf ein Display. Sie haben die Entscheidung, wie Sie dies implementieren möchten. Sind Sie daran interessiert, es aus einer großen Schachtel von Nand-Gates zu machen, oder möchten Sie einen Mikrocontroller oder einen anderen Prozessor nehmen und Software schreiben? Sind Sie daran interessiert, ein Fpga zu verwenden und die gesamte Mathematik in RTL durchzuführen? Sie müssen das Problem in diese Komponenten aufteilen und jeweils eine Komponente bearbeiten / lernen und sie dann zusammenfügen. Wenn die Kern-Mathe-Engine beispielsweise Software auf einem Mikrocontroller ist, besteht eine Aufgabe darin, einige C-Funktionen auf Ihrem Desktop-Computer zu schreiben, mit denen Sie Tastenanschläge eingeben und Zeichen ausgeben können, die letztendlich zur Anzeige gelangen. Eine nicht triviale Aufgabe, wenn Sie noch nie zuvor programmiert haben.

Als lehrreiches Projekt würde ich ein paar msp430-Launchpads mit jeweils weniger als 5 Dollar oder die STM32-Value-Line-Discovery (die stm32 / arm-basierte, nicht die andere) für jeweils etwa 12 Dollar bekommen. Eine Reihe von Leuten Sie in Richtung der Arduino lenken wird, und das ist eine gute Plattform, als auch, es hat seine Vor- und Nachteile, ich würde nicht mit ihm als meine ersten Mikrocontroller gehen. Kaufen Sie ein einfaches zweizeiliges LCD-Panel, das Earth-LCD war früher ein guter Ort, vielleicht gehen Sie einfach zu Sparkfun. Nehmen Sie ein Mikrocontroller-Board, schließen Sie es an das LCD-Panel an und lernen Sie, wie Sie Zeichen auf dem Display platzieren. Ich würde dann lernen, wie man den Uart auf dem Mikrocontroller benutzt, der oft mit dem Heraussprengen von Bytes beginnt, um dann später zu empfangen und zu wiederholen. Verwenden Sie den Uart-Empfänger, um Dinge zu empfangen, die auf dem Display angezeigt werden sollen, und verwenden Sie dann ein dummes Terminal (Kitt, Hyperterm, minicom) von einem Computer ein und stelle sicher, dass es funktioniert. Nehmen Sie als nächstes einen anderen Mikrocontroller, verwenden Sie Ihre Uart-In- und -Out-Erfahrung und arbeiten Sie an der Kern-Mathe-Engine. Geben Sie von Ihrem Computer aus 0 - 9, +, -, = zuerst Multiplizieren und Dividieren und dann Gleitkomma hinzu, wenn Sie mutig genug sind dafür (oder eine Bibliothek, die passt). Die Ausgabe des Mathematikmoduls gibt die eingegebenen Zahlen und die Druckergebnisse wieder, wenn = gesendet wird usw. Überlegen Sie dann, was mit Schaltflächen zu tun ist, suchen Sie eine Reihe von Schaltflächen, geben Sie diese irgendwie in den dritten Mikrocontroller ein, entprellen Sie sie und verwandeln Sie sie in uart out of 0 - 9, +, -, = zum mathematischen Mikrocontroller. Dann reduzieren Sie dies alles in einen einzigen Mikrocontroller, ohne dass sich in der Mitte etwas dazwischen befindet. Verwenden Sie Ihre Uart - In - und - Out - Erfahrung und arbeiten Sie an der Kern - Mathe - Engine. Geben Sie von Ihrem Computer aus 0 - 9, +, -, = ein eine Bibliothek, die passt). Die Ausgabe des Mathematikmoduls gibt die eingegebenen Zahlen und die Druckergebnisse wieder, wenn = gesendet wird usw. Überlegen Sie dann, was mit Schaltflächen zu tun ist, suchen Sie eine Reihe von Schaltflächen, geben Sie diese irgendwie in den dritten Mikrocontroller ein, entprellen Sie sie und verwandeln Sie sie in uart out of 0 - 9, +, -, = zum mathematischen Mikrocontroller. Dann reduzieren Sie dies alles in einen einzigen Mikrocontroller, ohne dass sich in der Mitte etwas dazwischen befindet. Verwenden Sie Ihre Uart - In - und - Out - Erfahrung und arbeiten Sie an der Kern - Mathe - Engine. Geben Sie von Ihrem Computer aus 0 - 9, +, -, = ein eine Bibliothek, die passt). Die Ausgabe des Mathematikmoduls gibt die eingegebenen Zahlen und die Druckergebnisse wieder, wenn = gesendet wird usw. Überlegen Sie dann, was mit Schaltflächen zu tun ist, suchen Sie eine Reihe von Schaltflächen, geben Sie diese irgendwie in den dritten Mikrocontroller ein, entprellen Sie sie und verwandeln Sie sie in uart out of 0 - 9, +, -, = zum mathematischen Mikrocontroller. Dann reduzieren Sie dies alles in einen einzigen Mikrocontroller, ohne dass sich in der Mitte etwas dazwischen befindet. Die Ausgabe des Mathematikmoduls gibt die eingegebenen Zahlen und die Druckergebnisse wieder, wenn = gesendet wird usw. Überlegen Sie dann, was mit Schaltflächen zu tun ist, suchen Sie eine Reihe von Schaltflächen, geben Sie diese irgendwie in den dritten Mikrocontroller ein, entprellen Sie sie und verwandeln Sie sie in uart out of 0 - 9, +, -, = zum mathematischen Mikrocontroller. Dann reduzieren Sie dies alles in einen einzigen Mikrocontroller, ohne dass sich in der Mitte etwas dazwischen befindet. Die Ausgabe des Mathematikmoduls gibt die eingegebenen Zahlen und die Druckergebnisse wieder, wenn = gesendet wird usw. Überlegen Sie dann, was mit Schaltflächen zu tun ist, suchen Sie eine Reihe von Schaltflächen, geben Sie diese irgendwie in den dritten Mikrocontroller ein, entprellen Sie sie und verwandeln Sie sie in uart out of 0 - 9, +, -, = zum mathematischen Mikrocontroller. Dann reduzieren Sie dies alles in einen einzigen Mikrocontroller, ohne dass sich in der Mitte etwas dazwischen befindet.

Eine andere Alternative besteht darin, eines der rs-232-FPGA-Boards von knjn.com oder die Lattice Brevia (ist das groß genug?) Oder eine Reihe anderer zu beziehen und dann mit einer RTL-Sprache an jedem der Funktionsblöcke zu arbeiten. Teile davon sind viel einfacher als die entsprechende Softwarelösung, einige Teile sind etwas schwieriger als eine Softwarelösung.

Wenn Sie weitere Informationen zu Ihren Vorstellungen, einer Box mit Nand Gates oder einer auf Mikrocontrollern basierenden Lösung bereitstellen können, oder haben Sie sich etwas anderes überlegt?

Die einfachste elektronischen Rechner Ihre bauen könnte ein Vier-Funktion binären Rechner wäre. Sie könnten bauen es Schalter zur Eingabe von Binärzahlen und 7400 Familie grundlegende Logikelemente könnten den Griff Addierern , die den Zusatz behandeln würde. Sie können entweder einzelne LEDs verwenden , um jede binäre Zahl in der Ausgabe darstellen, oder könnten Sie mehr Sieben-Segment - Anzeigen verwenden , um die Zahl in Hexadezimal anzuzeigen. Einen binären Rechner Aufbau erlaubt es dir , den Aufbau einer Dezimal-Binär-Wandler, zu vermeiden und Sie sich mit , wie digitale Elektronik Arbeit vertraut helfen. Wenn Sie in die digitale Elektronik als Hobby bekommen möchten, sollten Sie immer berücksichtigen Logisim , ein kostenloses Programm , das Sie Ihre Schaltungen simulieren können , bevor sie zu bauen.

Hier ist, wie ich es tat.

Komponenten auswählen:

Input Device(4x4 Tastatur in meinem Fall. 10 Tasten für Zahlen, 4 für die Betreiber, ein für '=', und ein für 'Reset / Refresh')

Processor(8-Bit-AVR)

Output device(16x2 LCD)

Power supply(LM7805 Regler mit 9volt Batterie)

BreadBoard(Make PCB nach dem Start zu Werken)

Ich entschied mich, in der Versammlung zu programmieren (um zu lernen), Angelegenheit der persönlichen Wahl. Ich verwenden AVR Studio 4 als IDE und einen selbstgebackenen lpt basierte 'ISP-Programmierer für hex in AVR zu blinken.

Ich schrieb dann Treiber für LCD und Tastatur. Wenn die Lage Eingang und erzeugen Ausgang zu nehmen, Parsen in Dezimalzahlen und Operatoren gestartet, dann analysiert i Ausdrücke und lesen Sie über Infix, Postfix und Prefix Methoden. Ich habe bei der Montage so meine Arbeit gibt es keine ‚FLOAT - Datentyp - Unterstützung‘ und ich am Ende meines benutzerdefinierten Datentypen Implementierung bis (BCD basierten Datentypen für die Aufrechterhaltung der 15 - stellige Dezimalgenauigkeit es eine riesige Verschwendung auf RAM obwohl war!).

All dies erledigt und Voila .. mein Rechner war fertig (ich nannte es BUB!).

Mine lief @ 1 MHz und konnte casio_991MS (in Bezug auf Dezimalgenauigkeit und Multiplikation und Division) schlagen.

Ich hoffe, das hilft anderen.

Sie können ein Entwicklungskit verwenden, in dem sich alles bereits auf der Platine befindet, damit Sie sich auf die Software konzentrieren können. Beispiel: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=de024858&part=DM240001 dieses Kit hat PIC, LCD und wenige Tasten. Es gibt viele Header zusätzliche Schaltflächen hinzufügen. Der einzige Nachteil ist die LCD größer ist dann könnten Sie zunächst verwenden mögen , aber es wird sicherlich beginnen.

Wenn Sie suchen, um könnten Sie in der Lage sein, kleinere (und billigere) zu finden, dass Sie auf starten.

ein Kit wie diese verwendet, wird es einfacher starten Sie Ihren Code zu schreiben, wie sie einige Beispiele sein wird, und entfernt die Frage der Hardware-Probleme, da sie alle korrekt eingerichtet ist. Ein weiterer Nachteil ist dieser Kit die High-End-Bilder verwendet, das für einen Rechner Projekt ist übertrieben, aber es gibt Ihnen Raum zu wachsen und modifizieren kann es in Zukunft andere Aufgaben zu tun. Es wird Ihnen auch Pläne geben als Ausgangspunkt verwenden für Ihre eigenen Bretter in der Zukunft.

Auf meinem Regal habe ich "Electronic Taschenrechner" von H. Edward Robert, herausgegeben von Forrest M. Mims III. 1974.

Es ist ziemlich Bildungs darüber , wie Menschen verwendet 1974. Viele Fotos zu bauen Rechner sind von dem gesamten Lebenszyklus eines massenproduzierten MITS - Rechner - Bilder des Prototyps (ein großes Spaghetti Gewirr von Kabeln), das PCB - Designs (Verlegung Rotfolie auf ein zeichen~~POS=TRUNC), Einzelteile, Fließband, Lötmaschine und Fehlerbehebung Welle.

Ah, viele Dinge haben sich seitdem geändert. Heutige Bücher vermeiden in der Regel große Spaghetti Gewirr von Kabeln zeigen. Heutige Rechner vermeiden Netzspannung direkt an den Rechner PCB Anwendung.

Viele Dinge sind immer noch gleich. Die Menschen machen nach wie vor in die Regel ein großes Spaghetti Gewirr von Kabeln während Prototyping.

Gut für den Anfang, sollten Sie darüber nachdenken, die wichtigsten Komponenten, dass Ihr Bedarf gehen. Sie werden wahrscheinlich einen Mikrocontroller, eine Tastatur benötigen, und einen LCD-Bildschirm. Sobald Sie diese Komponenten auswählen, sollte es so einfach sein wie die Firmware-Entwicklung.

Ich glaube, das erste Lernprojekt ein gut sein kann, aber es ist nicht trivial, und Sie werden ziemlich viel auf dem Weg lernen, aber auch geduldig sein, da das Projekt entlang der in Angriff zu nehmen eine ganze Reihe von Teilprojekten umfasst Weg.

Das erste Design Hürde Sie entscheiden müssen, ist, was Technologie-Ebene tun Sie dies tun möchten? Mit oder ohne Mikrocontroller (eine weitgehend autarke Mikroprozessor), diskrete Logik (zB AND, OR, NOR-Gatter und Flip-Flops) mit / ohne Recheneinheiten (ALU), programmierbare Logik (CPLD, FPGA), etwas, das ich haven ‚t erwähnt oder in Betracht gezogen. Dies sollte zunächst über die Technik verwendet, um die Berechnungen zu tun, die Eingabe / Ausgabe-Steuerungen sind sekundäre Entscheidungen (LED-Sieben-Segment-Displays, LCD-Panel) meist durch Ästhetik oder Kosten beeinflussen.

Ein potenziell nützlicher Ausgangspunkt für das Erlernen digitaler Berechnungen ist das sehr leicht zugängliche Buch How Computers Do Math (ISBN: 0471732788) von Clive Maxfield. Dies wird bei der „weichen“ geschrieben - Programmierung oder logische Ebene, die Sie benötigen , um tatsächlich zu tun , die Berechnungen , um zu verstehen.

Jemand anderes erwähnte das Projekt uWatch (- micro-Watch ) als Beispiel, und es gibt Hinweise im Internet auf Elektrotechniker (oder EE-Studenten), die in den 1970er Jahren ihren eigenen Taschenrechner bauten . Es gibt auch einige Details über den Aufbau eines FPGA (Programmable Logic Device) basiert Rechner .

Für insgesamt Anfänger bis zum Elektronik (oder digitale Elektronik) Ich würde vorschlagen, eine micrcontroller als Ausgangspunkt in Ihrem Design, Blick über die Website der erwähnten Buchs für ein Gefühl der Komplexität bei der Programmierung (nicht viel, wenn Sie irgendwelche Programmiererfahrung haben) für den Mikrocontroller und von dort aus gehen.

VisualTFT Designer haben einfachen Touch - Screen - Rechner als Beispiele dafür ist. Diese Software generiert Code für Mikroelektronika Pascal, Basic und CCompiler für AVR, PIC, ARM und 8051Mikrocontroller.

Hardware-Anforderungen

• Ein Tastenfeld für die Benutzereingabe
• Ein LCD für die Eingabe und das Ergebnis anzeigt
  In einem realen Rechner Produkt, müssen Sie eine benutzerdefinierte LCD zur Anzeige von Sonderzeichen wie das =, -und M(für MC , MR und MS - Operationen) Zeichen. Ein kundenspezifisches LCD-Design kostet bis zu 3000 US-Dollar, aber dann werden die kundenspezifisch gestalteten LCDs wirtschaftlicher als die anderen Allzweck-LCDs. Da Ihr Projekt nur für Hobby, empfehle ich Ihnen , einen Allzweck - LCD verwendet werden , mit einem KS0108 Controller.
• Eine sehr billig und nicht-funktionsfähige Mikrocontroller
  Sie benötigen eine sehr einfache Steuerung , da Sie tun sehr einfache Aufgaben werden. Sie können einen billigen PIC - Mikrocontroller verwenden.

Design Schritte

• Fahren Sie Ihren LCD
  - LCD - Manage fahren. Schreiben Sie einige Ziffern auf sie. Schreiben Sie für eine Software - Schnittstelle.
• Test Sie Tastatur
  die gleichen Schritte Haben Sie mit dem LCD - tat. Stellen Sie sicher , dass Sie Software - Steuerung auf Ihrer Tastatur haben.
• Schreiben Sie die Algorithmen , die die arithmetischen Operationen zu tun
  Wenn Sie einen Mikrocontroller verwenden , die können multiplizieren und dividieren, brauchen Sie nicht , dass die Operationen selbst zu tun; aber Sie haben mehr für die Mikrocontroller zu zahlen, auf der anderen Seite, Sie lernen , weniger und gewinnen weniger Erfahrung während Ihres Projektes.

Wenn Sie erweiterte arithmetische Funktionen hinzufügen möchten, (wie Quadrat Verwurzelung, Sinus / Cosinus - Berechnung, usw.) müssen Sie relevante Berechnungsalgorithmen implementieren Newton-Verfahren oder Expansion Taylor - Reihe .

Ansonsten soll es ein einfaches Projekt sein. Ihre größte Herausforderung wird sein, mit Ihrer LCD-Anzeige und Tastatur fahren, wenn Sie nicht viel Erfahrung mit vor.

Der einfachste Weg , um einen Rechner zu implementieren wäre wahrscheinlich einen Mikrocontroller zu verwenden. Wenn Sie sich entscheiden , diesen Weg zu gehen, wäre der erste Schritt sein , einen Code zu finden , um tatsächlich die Berechnung zu tun. Sie benötigen ein Programm, das die Operanden und Operatoren und spuckt das Ergebnis akzeptiert. Dieses relativ einfache Rechnermodul ist in c geschriebenEs kann addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren sowie einige bitweise Operationen und, wenn Sie Reverse Polish Notation wie in wissenschaftlichen Taschenrechner verwenden, kann es Unterausdrücke in Klammern lösen. So Sie lesen würde, was Tasten gedrückt wurden, sammeln jede „Token“ in einem Puffer alle Ziffern in tatsächliche numerische Werte umzuwandeln und dann, wenn Sie die Taste „=“ erhalten, können Sie die Liste von Token zu diesem eval Code Futtermittel, das reduziert und löst in einem einzigen Wert resultierender Ausdruck.

Für Anfänger, hier ist meine vorgeschlagene BOM für Ihr Projekt:

• 1x Arduino Uno oder Leonardo Board, der Mikrocontroller auf sie die erforderliche haben
• 1x- HD44780basiertes LCD, wie die allgegenwärtigen 16x2
• 1x 4x4 Matrixtastatur

Dies wird ein grundlegender Rechner erlaubt gebaut werden.

Für anspruchsvollere Zwecke, hier ist meine vorgeschlagen BOM:

• 1x Arduino Mega 2560 oder Arduino Due (das Programm wird in diesem Fall groß sein)
• 1x ST7920-Basis - Matrix - LCD, die sowohl Zeichen als auch Grafiken unterstützt
• 1x Arduino USB Host Shield (nur Mega 2560, aufgrund der nativen USB Host-Funktion) für die Tastatur

Dies ermöglichen Ihnen einen aufwendigen Grafik-Taschenrechner wie die TI-83 Plus oder TINspire Serie zu bauen.