【开源分享】一款基于 STM32 微控制器的科学计算器：OpenRPNCalc

dianzi_0101

2025-3-31 17:59:35

1331 KiCAD PCB STM32

OpenRPNCalc 是一款基于 STM32 微控制器的科学计算器。

概览

OpenRPNCalc 是一款基于 STM32 微控制器的科学计算器。其源代码、原理图和 PCB 设计文件均以开放许可的方式发布。其目标是开发一个具有以下功能的硬件平台：

无需特殊工具即可复制（最好也不需要 3D 打印机），仅使用 PCB 板厂生产的电路板
可定制键盘，以满足特定需求（如 RPN 或代数逻辑、定制功能等）
功耗低，电池寿命长
高质量、紧凑、坚固的外壳

这款计算器的硬件设计灵感来自 SwissMicros DM42 计算器（该计算器本身模仿著名的 HP-42），但它是从零开始设计的。

功能特性

逆波兰记数法（Reverse Polish notation）：采用大容量栈（最多可容纳100个元素）进行计算
双精度算术
“标准"科学计算器函数（三角函数、对数函数、指数函数、平方根函数和幂函数）
误差函数 (erf) 及其反函数 (erfinv)、伽马函数和 log(Gamma) 函数、组合和排列、泊松分布、高斯分布和卡方分布的 p 值
固定、科学（SCI）和工程（ENG）显示模式（包括 ENG 模式中的 SI 前缀），精度从 3 位到 10 位可调
使用误差传播进行不确定性计算（UNCERT 模式）：这在软件计算器中很少见，在硬件计算器中几乎闻所未闻
相对论运动学公式：包括质心系下二体衰变动量的计算、角度与伪快速度之间的转换、贝塔因子（beta）和伽马因子（gamma）的计算等
100 个存储寄存器
待机模式下，液晶显示屏打开时的功耗为 ~16 uA，液晶显示屏关闭时的功耗为 1-2 uA。

硬件概览

该计算器基于低功耗32位ARM微控制器STM32L476构建，工作频率为16 MHz。显示屏采用夏普Memory LCD模块LS027B7DH01（400×240像素单色屏）。键盘使用轻触式触觉开关，具体型号为松下EVPBT1C4A000（触发力度50g）。所有电子元件由一枚3V锂电池（CR2016）供电，可支持数年运行。

外壳采用多层PCB堆叠结构设计：

前后面板为铝基PCB，表面覆盖白色阻焊层与黑色丝印标识。
按键同样由PCB制成，标签通过丝印工艺印制。
所有组件通过6个M2支架和12颗平头螺丝固定，外壳尺寸为135×73×7毫米

外壳与装配

使用 PCB 作为计算器的基本组件。最上面的三块 PCB 是铝基板（黑色丝印在白色阻焊上），最下面的是常见的 FR4 板（白色丝印在黑色阻焊上）。铝基印刷电路板正常使用，而 FR4 PCB 则包含面板化按键焊盘（最左和最右两块板）以及帮助焊接按键的夹具部件（中间两块板），在组装外壳前必须将它们与框架分离。

焊接治具组装，由四块0.8毫米厚板材（从下至上标记为“A”至“D”）堆叠构成，通过M3螺丝与螺母固定。边缘的两个凹槽用于固定键帽顶部，便于用锉刀修整邮票孔（PCB分板残留毛边）。顶部的两个凹槽用于在焊接时精确定位键帽的上下部分。