Pentru acest proiect am decis sa merg pe o directie bazata mai mult pe software si sa realizez un calculator portabil.

Acesta va putea efectua urmatoarele operatii aritmetice:

1. adunare
2. scadere
3. inmultire
4. impartire

Acesta va mai dispune si de un istoric al ultimelor rezultate obtinute (folosind EEPROM-ul pe care il are placuta Arduino) si de posibilitatea de a afisa ora si data datorita modulului RTC.

Acesta va respecta si ordinea efectuarii operatiilor.

Piese utilizate

Componenta in jurul careia se invarte proiectul este o placuta de dezvoltare Arduino UNO cu procesor ATmega328P.

Restul componentelor sunt urmatoarele:

• 1x Modul ceas DS1302 RTC;
• 1x Ecran LCD 1602 I2C;
• 1x Matrice de butoane 4×4;
• 3x Buton simplu:
  • Buton CLEAR (sterge expresia)
  • Buton TIME (afisează ora curenta)
  • Buton HISTORY (afisează istoricul calculelor)
• 3x Rezistenta de 10kΩ;
• 1x Switch On/Off;
• 1x Soclu baterie;
• 1x Baterie 9V.

Bill Of Materials

Modului de ceas DS1302 RTC este folosit pentru functionalitatea calculatorului de a arata ora. Folosind unul dintre cele doua butoane se va putea schimba intre modul de calcul si cel de ceas, care afiseaza informatiile de la RTC. Acest modul este conectat la Arduino folosind I2C.

Conectarea se realizeaza in felul urmator:
SDA → SDA de pe Arduino
SCL → SCL de pe Arduino.

Ecranul LCD este utilizat in proiect pentru a afisa datele. Este conectat in acelasi mod ca si RTC-ul deoarece si acesta foloseste I2C.

Din moment ce I2C este un bus pentru transmisie de date serială master-slave am putut sa conectez ambele componente la aceeasi pini de pe Arduino.

Adresele pe care le folosesc componentele acestea sunt:
0x27 → LCD
0x68 → RTC

Matricea de butoane este folosita pentru input.

Conectarea se realizeaza in felul urmator:

Initital am facut proiectul pe breadboard iar acesta este modul in care am legat componentele pe breadboard:

Pentru proiectul final am lipit componentele pe un PCB universal. Conexiunile s-au schimbat din moment ce am mai adaugat componente:

• O baterie;
• Un switch pentru a porni device-ul;
• Un buton pentru functionalitatea de history pe care am uitat sa il adaug initial.

O alta schimbare este modul in care am conectat matricea de butoane. Am actualizat ulterior tabelul de mai sus cu conexiunile finale.

Dovada ca cele trei componente principale functioneaza

In clipul de mai jos se pot observa toate functinalitatile proiectului si cum opereaza acestea.

Clip cu proiectul montat pe PCB universal

• Introdu expresii (ex: 3+5*2)
• Apasa # pentru a calcula (buton colt dreapta-jos de pe matrice)
• Rezultatul este afisat si salvat automat în EEPROM.

• Apasa butonul corespunzator (de pe pinul 2)
• Se afisează ora, minutul si secunda curente folosind modulul RTC.

• Apasa butonul corespunzator (de pe pinul 3) pentru a intra în modul istoric
• Se pot naviga ultimele 10 rezultate salvate
  • Tasta A de pe matrice – urmatorul rezultat
  • Tasta B de pe matrice – rezultatul precedent.

• Apasa butonul corespunzator (de pe pinul 12) pentru a reseta expresia sau a reveni din alta stare in starea de calculator.

De asemenea am inclus si myStack care este o implementare simpla de stiva pe care am scris-o deoarece limbajul Arduino nu dispune de o implementare de stiva precum C++.

• Keypad: configurat cu pini specifici pentru coloane si randuri
• LCD și RTC: initializati cu adrese I2C
• EEPROM:
  • Adresa 0 – indexul actual
  • De la adresa 4 – rezultate salvate (max. 10, cate 8 bytes/float)
• Moduri: enumeratie cu 3 stari – calculator, ceas si istoric
• Butoane: pinii pentru butoanele de Clear, History si Time
• Flag-uri volatile pentru intreruperi:
  • timeButtonPressed
  • historyButtonPressed

Calculul expresiei introduse de utilizator prin tastatura se face manual, fara a folosi o biblioteca de evaluare matematica. In schimb, am ales sa folosesc un algoritm clasic bazat pe doua stive – una pentru numere si una pentru operatori – pentru a respecta ordinea efectuarii operatiilor.

Practic, functia evaluateExpression primeste un sir de caractere pe care le parcurge rand pe rand, in urmatorul mod:

1. Se definesc doua stive:
   • values – stiva pentru numere (float)
   • ops – stiva pentru operatori (char)
2. Cat timp intalnim un numar sau un '.' acesta este adaugat in buffer-ul num
3. Cand se intalneste un operator, buffer-ul num este transformat in float si este adaugat pe stiva de valori
4. Se compara valoarea de “precedenta” a operatului curent cu cea a operatorului din varful stivei de operatori
   • daca operatorul din stiva are o valoare mai mare sau egala se aplica ultimelor doua valori din stiva de valori
   • se repeta acest proces pana cand stiva de operatori este goala sau operatorul curent are o valoare mai mare
5. Rezultatul final este ultimul element din stiva de valori.

• ISR-urile sunt folosite pentru:
  • Butonul Time (pin 2)
  • Butonul History (pin 3)
• Seteaza flag-uri volatile care sunt procesate in loop()

• saveToHistory(result):
  • Salveaza rezultatul in EEPROM
  • Actualizeaza indexul circular în EEPROM

• loadFromHistory(index):
  • Recupereaza un rezultat salvat din EEPROM

• printTime():
  • Afisează ora curenta citită din RTC

• showHistory():
  • Afiseaza rezultatul curent din istoric, indexat de currentHistoryView

• clearCalculator():
  • Goleste expresia, curata ecranul si revine în modul calculator

• Pentru setarea orei initiale, se poate decomenta linia cu rtc.set(…) din setup(), se incarca codul pe placuta, se comenteaza inapoi linia si se incarca din nou codul (pentru ca RTC-ul are o baterie si va 'incrementa' singur timpul). Timpul este calculat folosind macro-ul TIME, care ia ora de pe PC.
• Sistemul gestionează doar expresii fără paranteze deoarece nu mai aveam destui pini digitali pe Arduino sa mai adaug si butoane pentru paranteze.
• Istoricul este ciclic – la mai mult de 10 calcule, cele vechi sunt suprascrise

proiect_pm_stan_andrei_razvan.zip

Export to PDF