浮点面板仪表计算器

# 带浮点数的面板仪表计算器 来源：https://lcamtuf.substack.com/p/panel-meter-calculator-with-floating 不寻常的时钟是电子DIY项目中的常见创意。难点从来不是计时部分，而是让时钟看起来体面。对于我自己对这个主题的诠释，你可以查看我在五月发表的文章： [一款更漂亮的电压表时钟](https://lcamtuf.substack.com/p/a-nicer-voltmeter-clock) 抛开时钟不谈，一些读者可能还记得我是个[计算器迷](https://lcamtuf.substack.com/p/a-brief-history-of-counting-stuff)。有一段时间，由于缺乏合适的显示技术，计算器落后于通用计算。一些早期设计使用纸带、阴极射线管或白炽灯泡面板来显示结果： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!JIvn!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F5c3daa99-89b2-4165-a5b9-64b535034adf_2261x1399.jpeg) *卡西欧 14-A，采用灯泡显示（1957年）。* 但有点令人惊讶的是，几乎没有计算器使用机电显示器，所以我决定解决这个缺憾。 我从一块 3 毫米厚的亚克力板开始。我在背面喷上了蓝色漆： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!K-vS!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F3c9c8b29-7102-4a7d-af90-6e248d2b7f9f_2000x1334.jpeg) *显示面板，喷漆的乐趣。* 然后我选择性地去除了一些油漆，并用 CNC 铣床切割了一些开口： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!7pwG!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2Ff4c46309-0d6c-4ffd-a05d-e87ad4f9c6fd_2000x1334.jpeg) *显示面板，加工中。* 带有刻字的区域随后再次喷漆，以赋予这些区域对比度和酷炫的三维效果。 我使用六块来自亚马逊的通用“SO-45”面板电压表，加上一块在 eBay 上淘到的老式边缘读数电压表，构建了显示器本身。这些电压表配有定制印刷在背胶纸上的表盘（模板文件 [在此](http://lcamtuf.coredump.cx/soft/embedded/meter_calc.pdf)）： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!MBrj!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2Fb32c6b93-d5c5-48c0-840a-fac6d0d15fcc_2000x1334.jpeg) *显示面板，电压表带有原始表盘。* 这是组装好的面板，还装饰了两个 Dialight 656 系列面板指示灯（[产品目录页](https://www.dialight.com/wp-content/uploads/2021/07/Dialight_PMI_catalog_April2021.pdf)），用于指示负数结果和溢出： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!fCbr!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F0d17f3d5-7be9-4ca3-b3d3-4704e1f8cfb6_2000x1334.jpeg) *面板特写。* 没错，中间那块边缘读数电压表*显然*用于浮点数。 面板是简单部分；接下来，我得设计一个外壳。由于面板相当厚重，我决定采用非标准键盘布局：左侧两行共十个数字键和一个小数点键，右侧则是一个由五个运算符键组成的集群。 [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!Nsml!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F38b241ec-de94-4d7a-9c39-eb0ee503399e_2486x1468.jpeg) *外壳的粗略 3D 草图。* 电气上，键盘仍然是 4×4 网格，有四条驱动行和四条列检测线。 我用在我的工作室里重新锯开的薄枫木料制作了外壳。刻字和凹陷的键盘矩阵再次由 CNC 铣床加工： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!Ysom!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F6a7be03b-56a3-4709-9535-c5017ab0d50d_2000x1334.jpeg) *看，字体艺术！* 这是粘合过程的照片： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!jLfw!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F24276410-51f8-4c80-b702-026b06846b9d_2000x1334.jpeg) *夹子永远不嫌多。* 键盘使用了十六个相对 fancy 的 18×18 mm NKK JF 系列 tactile 开关（[产品目录在此](https://www.nkkswitches.com/pdf/JFnonilluminated.pdf)）。我为每个按键制作了定制 vinyl 贴纸。 这是成品外壳的照片： [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!5g6i!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F8495a57a-13fc-4227-bd09-bb251bac2990_2000x1334.jpeg) *Calcumator 2000 的全貌。* 项目的最后一部分是控制电路。有些人鼓动我实现模拟计算，但这会让计算器更不实用——而如果你想走那条路，纯机械设计更有趣。所以，控制单元的核心是一块 8 位 [AVR128DA28](https://lcamtuf.substack.com/p/psa-if-youre-a-fan-of-atmega-try) MCU。 芯片直接由 5 V 电源适配器供电。它使用七条数字线（PD0-PD6）上的脉宽调制来驱动电压表，一个 4×4 感应驱动网格（PA0-PA3 / PA4-PA7）来扫描键盘，以及两条线（PC0, PC1）用于指示灯。 关于软件架构，我会省去详细讲解，因为它相当直接。最有趣的部分大概是定点（6+5 位）算术的实现，以避免与浮点数相关的精度问题。你可以 [在此](https://lcamtuf.coredump.cx/soft/embedded/meter_calc.c) 下载源代码；代码简短且注释良好。 正如之前在这个博客中讨论过的，[计算器用户界面是地狱](https://lcamtuf.substack.com/p/ui-is-hell-four-function-calculators)，代码在这方面做出了若干选择。它允许通过连续按“+”、“×”或“÷”来重复操作，但将“-”保留为改变符号的前缀，除非在按等号键之后立即按下。它还解释双“=”为清除计算器状态的指令，因为键盘没有专用的“C”键。 现在，是你们一直期待的时刻。视频片段展示了分数、负数和错误条件的处理： 就这些。 如果你喜欢这篇文章，你会喜欢 *[电路的秘密生活](https://lcamtuf.coredump.cx/electronics/)*。这是一本插图丰富、清晰易懂的电子学入门书——从导电物理到嵌入式系统编程。包含 290 多张彩色图表、420 多页原创内容，并且零 AI。 *我撰写关于电子学、[数学基础](https://lcamtuf.substack.com/p/monkeys-typewriters-and-busy-beavers)、[技术史](https://lcamtuf.substack.com/p/a-brief-history-of-counting-stuff)以及其他极客兴趣的文章。如果你喜欢，请订阅。* #### 关于这篇文章的讨论 ### 想了解更多？