| 标题 | 基于LPC1768的多功能实时时钟系统设计 |
| 范文 | 徐永毅 张燕 摘要：本论文设计了一款基于NXPLPC1768实现一个完整的实用的多功能实时时钟系统。使用LPC1768内部的RTC时钟，并在LCD屏幕实现数字型时钟和模拟圆盘型时钟的双显示。实现可调日历和多闹钟的设计，并且使用五向键设置闹钟和调整日历，同时又可以使用UART调度台设置日期时间。使用DA转换模块驱动蜂鸣器实现闹钟的报警。最后通过实际LPC1768开发板的检验运行，结果说明了整个系统的正确性。 关键词：LPC1768；圆盘型时钟；可调日历；DA转换；多闹钟；UART调度台 中图分类号： TP751.1 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）11-0278-02 近年来，计算机技术和嵌入式技术的发展十分迅速，各种现代化产品在我们的生活的各个方面得到应用，使得我们生活水平和生活质量得到提高。但如今的电子产品难以满足人们对日益增长美好生活的需求，故需对电子产品的要求愈来愈严格、愈来愈人性化。然而在我们的日常生活和工作中，无时无刻都离不开时钟，并且每天都在使用着时钟闹钟。与此同时，现代电子时钟正沿着多层次用户、多品种、多规格、精度高、尺寸小、功耗低的道路发展，并且实时时钟适合于一切需要低功耗及准确计时的场合。因此多功能实时时钟系统在我们的生活具有巨大的应用前景，具有非常重大的研究意义。由此，本论文着重研究多功能的时钟，以满足当今人们的需求，以适应社会的发展。本多功能实时时钟系统的功能：a、数字型和圆盘型时钟双显示；b、可调日历；c、多闹钟的功能；d、基于DA数模转换的蜂鸣器闹钟报警系统；e、五向键和UART调度台[2]的时间日期闹钟的设置。 1系统组成和结构 该系统主要由一个CPU 构成，其型号为NXP LPC1768；LPC1768内部的时钟模块，主要用于实现精确计时的功能以及为实时时钟提供准确时间；LPC1768内部DA模块主要是用于产生信号，从而驱动蜂鸣器工作发出报警信号；LCD3.2寸显示模块是为了给用户提供有效使用界面；按键模块是为了给用户提供自身的操作空间；串口模块的功能是提供多一种方式给用户来对本产品功能的设置。 2设计原理 2.1 LCD显示模块设计 本多功能实时时钟系统的设计，需要用到像素为320*240的LCD显示屏，重点要解决两个问题：1）320*240LCD屏的画圆程序设计。2）320*240LCD屏的划线程序设计。 2.1.1 320*240LCD屏的画圆程序设计 本设计的画圆算法是利用圆的定义动点到定点的距离为定长半径，然后在LCD屏使用打点法进行画圆，但因为LCD屏显示器平面的各个像素之间是离散的，与数学上连续的图形的不一样。因此，在画线和画圆中需要在显示器有限个象素中，确定最佳逼近该圆的一组象素。确保画出来圆在有限个像素中的视觉上连续性，动点到圆心的距离Dis与半径R需要满足系：[Dis∈（R-2，R+2）]。 2.2时钟的设计 数字型和圆盘型时钟的显示。实时时钟显现是动态的过程，每秒产生都在变化，因此数字型时钟的显示也应该每秒钟显示一次时间，以此保证显示的效果；如今要实现每秒显示一次的时间，在LPC1768有两种方法实现：1）RTC 的增量中断；2）用定时器产生1秒钟的匹配中断，在中断服务程序中执行相关的显示操作即可。 本实验是使用LPC1768定时器产生一秒钟的匹配中断，然后使用钩子函数钩向时间显示函数，从而实现时间的连续显示。 2.2.1圆盘型时钟显示 首先显示表盘，时分秒的指针显示； 时分秒的指针显示，关于在LCD屏上绘制指针，本设计使用了void Hands_Show（void）函数来显示模拟指针，然后用LPC1768定时器的钩子函数钩向该指针显示函数，实现每秒显示； 首先，通过RTC_GetTime（）获取系统时钟； 然后，通过正弦函数和余弦函数求出当前时间映射到圆形表盘的x，y坐标其关系如下： [xy=R000R0cos（θ）sin（θ）+x0y0] 其中x0，y0为圆盘的圆心，R0为指针的长度，[θ∈（0，2pi/60，2*2pi/60，....59*2pi/60，2pi）]。 计算出指针在圆盘的映射坐标，再通过画线函数在LCD屏各个指针显示出来。 2.3 实现可调日历的 2.3.1根据年，月来计算该月份的天数 由于篇幅限制，且实现比较简单，故不做说明。 2.3.2根据年月日来判断该月的第一天是星期几 本设计使用基姆拉尔森计算公式判断某月份的第一天是星期几。 基姆拉尔森计算公式： [W=（d+2*m+3*（m+1）/5+y+ y/4-y/100+y/400）%7] 其中在公式中d表示日期中的日數，m表示月份数，y表示年数，[W∈（0，6）]，当w=0表示星期一。 2.3.3在LCD屏幕上设计日历的显示 分为两部曲：a、显示日历框，要在画出日历的表格；b、根据已获得的月天数和月第一天，将其一一对应的在表格中显示出来；实现显示日历的数据。 2.4 DA数模转换的蜂鸣器闹钟报警 DA转换产生的正弦波信号设计思路：利用LPC1768的DA定时将正弦波表SinTab的数据逐个送往DAC进行转换，从而产生一定频率的正弦波信号，并且将该信号接到蜂鸣器的输入引脚驱动其工作发出报警音。 2.5 实现多闹钟的设置 NXP LPC1768的闹钟报警中断每次只能设置一个闹钟时间，当闹钟设置的时间与实时时钟的时间相同的时候产生一个RTC报警中断。 设计3个闹钟的思路是： 2.5.1首先，通过算法找到“最佳闹钟时间”进行 先设置，（最佳闹钟时间是指：离当前时间最近且比当前时间后的闹钟时间）； 2.5.2然后，当这个闹钟到来并且报警中断命令执 行后，进行设置下一个“最佳闹钟时间”；以此类推，设置闹钟；就可以实现报警中断式闹钟系统。 2.6 按键的控制 按键控制的主要是实现各个状态的切换，按键的控制分为两部分：1）利用LPC1768用户按键KEY0进行五向键控制模式与UART调度台控制模式的切换。2）五向键设置时间，日期，闹钟和实现日历翻页。 2.6.1 利用LPC1768按鍵KEY0进行五向键控制式UART调度台控制模式的切换 本设计系统设计思路：LPC1768的外部中断实现： a、当KEY0按下的次数为奇次时，设置为UART设置时间，日期。 b、当KEY0按下的次数为偶次时，设置为五向键设置时间，日期，闹钟。 3 UART调度台控制设计 UART调度台的功能是提供多一种方式来对本产品功能的设置，以满足各类人群使用，从而得设计更人性化。上位机输入控制指令然后通过串口RS232协议发送给CPU ，串口调度台的流程框图如图1所示。 LPC1768与PC的基于串口RS232协议通信，UART非阻塞式接收数据方式，存在一个致命的问题，数据的准确性没用保证，故采用阻塞式接收数据方式确保数据的准确；故本设计是采用阻塞式接收数据方式（轮询的方式）进行接收数据的，但存也在一个不足的地方，就是如果没有接收到数据，它会进入无限循环直到有数据接收，即是“死等”状态；解决这个问题在外部中断KEY0的中断字服务程序设置标志量，以此使得向键控制模式与UART调度台控制模式的顺利切换。 4 整体软件设计 4.1按键控制 按键的操作是整个设计的核心，通过按键实现各个状态的切换，从而实现各个功能模块的有序运作避免了混乱的出现。 4.2闹钟报警与设置闹钟。 软件上设计：在LPC1768的RTC的报警中断设置一个标志量（如Alarm_Ring）当中断来临时将其置位；在主函数里面采用轮询的方式查看该Alarm_Ring标志，若Alarm_Ring为1在通过DAC在P0.26引脚输出正弦波信号，从而产生报警声音，同时设置下一个“最佳闹钟”，最后清零变量Alarm_Ring。 5 结束语 本文设计了一款可以实现多功能实时时钟系统，整个系统设计完成之后进行了测试，测试结果说明了整个系统的正确性。 参考文献： [1] 邓乾中.自校准实时时钟RTC的研究和设计[D].华中科技大学，2008. [2] 张长森.调度台接口CPU与调度台工控机串行通信的设计[J].工矿自动化，2005（4）. [3] 王茂华.改进的直线DDA算法[J].北京：科技资讯，2009（4）. [4] 刘凯.ARM嵌入式应用技术基础[M].清华大学出版社，2009. [5] 林水强，吴亚东，余芳，等.姿势序列有限状态机动作识别方法[J].北京：计算机辅助设计与图形报，2014（9）. |
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