基于LPC1768的多功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐永毅　張燕

摘要：本論文設(shè)計(jì)了一款基于NXPLPC1768實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的實(shí)用的多功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。使用LPC1768內(nèi)部的RTC時(shí)鐘，并在LCD屏幕實(shí)現(xiàn)數(shù)字型時(shí)鐘和模擬圓盤型時(shí)鐘的雙顯示。實(shí)現(xiàn)可調(diào)日歷和多鬧鐘的設(shè)計(jì)，并且使用五向鍵設(shè)置鬧鐘和調(diào)整日歷，同時(shí)又可以使用UART調(diào)度臺(tái)設(shè)置日期時(shí)間。使用DA轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)鬧鐘的報(bào)警。最后通過實(shí)際LPC1768開發(fā)板的檢驗(yàn)運(yùn)行，結(jié)果說明了整個(gè)系統(tǒng)的正確性。

關(guān)鍵詞：LPC1768；圓盤型時(shí)鐘；可調(diào)日歷；DA轉(zhuǎn)換；多鬧鐘；UART調(diào)度臺(tái)

中圖分類號(hào)： TP751.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）11-0278-02

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展十分迅速，各種現(xiàn)代化產(chǎn)品在我們的生活的各個(gè)方面得到應(yīng)用，使得我們生活水平和生活質(zhì)量得到提高。但如今的電子產(chǎn)品難以滿足人們對(duì)日益增長(zhǎng)美好生活的需求，故需對(duì)電子產(chǎn)品的要求愈來(lái)愈嚴(yán)格、愈來(lái)愈人性化。然而在我們的日常生活和工作中，無(wú)時(shí)無(wú)刻都離不開時(shí)鐘，并且每天都在使用著時(shí)鐘鬧鐘。與此同時(shí)，現(xiàn)代電子時(shí)鐘正沿著多層次用戶、多品種、多規(guī)格、精度高、尺寸小、功耗低的道路發(fā)展，并且實(shí)時(shí)時(shí)鐘適合于一切需要低功耗及準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的場(chǎng)合。因此多功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)在我們的生活具有巨大的應(yīng)用前景，具有非常重大的研究意義。由此，本論文著重研究多功能的時(shí)鐘，以滿足當(dāng)今人們的需求，以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。本多功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)的功能：a、數(shù)字型和圓盤型時(shí)鐘雙顯示；b、可調(diào)日歷；c、多鬧鐘的功能；d、基于DA數(shù)模轉(zhuǎn)換的蜂鳴器鬧鐘報(bào)警系統(tǒng)；e、五向鍵和UART調(diào)度臺(tái)[2]的時(shí)間日期鬧鐘的設(shè)置。

1系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由一個(gè)CPU 構(gòu)成，其型號(hào)為NXP LPC1768；LPC1768內(nèi)部的時(shí)鐘模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)精確計(jì)時(shí)的功能以及為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供準(zhǔn)確時(shí)間；LPC1768內(nèi)部DA模塊主要是用于產(chǎn)生信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作發(fā)出報(bào)警信號(hào)；LCD3.2寸顯示模塊是為了給用戶提供有效使用界面；按鍵模塊是為了給用戶提供自身的操作空間；串口模塊的功能是提供多一種方式給用戶來(lái)對(duì)本產(chǎn)品功能的設(shè)置。

2設(shè)計(jì)原理

2.1 LCD顯示模塊設(shè)計(jì)

本多功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要用到像素為320*240的LCD顯示屏，重點(diǎn)要解決兩個(gè)問題：1）320*240LCD屏的畫圓程序設(shè)計(jì)。2）320*240LCD屏的劃線程序設(shè)計(jì)。

2.1.1 320*240LCD屏的畫圓程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的畫圓算法是利用圓的定義動(dòng)點(diǎn)到定點(diǎn)的距離為定長(zhǎng)半徑，然后在LCD屏使用打點(diǎn)法進(jìn)行畫圓，但因?yàn)長(zhǎng)CD屏顯示器平面的各個(gè)像素之間是離散的，與數(shù)學(xué)上連續(xù)的圖形的不一樣。因此，在畫線和畫圓中需要在顯示器有限個(gè)象素中，確定最佳逼近該圓的一組象素。確保畫出來(lái)圓在有限個(gè)像素中的視覺上連續(xù)性，動(dòng)點(diǎn)到圓心的距離Dis與半徑R需要滿足系：[Dis∈（R-2，R+2）]。

2.2時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

數(shù)字型和圓盤型時(shí)鐘的顯示。實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯現(xiàn)是動(dòng)態(tài)的過程，每秒產(chǎn)生都在變化，因此數(shù)字型時(shí)鐘的顯示也應(yīng)該每秒鐘顯示一次時(shí)間，以此保證顯示的效果；如今要實(shí)現(xiàn)每秒顯示一次的時(shí)間，在LPC1768有兩種方法實(shí)現(xiàn)：1）RTC 的增量中斷；2）用定時(shí)器產(chǎn)生1秒鐘的匹配中斷，在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行相關(guān)的顯示操作即可。

本實(shí)驗(yàn)是使用LPC1768定時(shí)器產(chǎn)生一秒鐘的匹配中斷，然后使用鉤子函數(shù)鉤向時(shí)間顯示函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間的連續(xù)顯示。

2.2.1圓盤型時(shí)鐘顯示

首先顯示表盤，時(shí)分秒的指針顯示；

時(shí)分秒的指針顯示，關(guān)于在LCD屏上繪制指針，本設(shè)計(jì)使用了void Hands_Show（void）函數(shù)來(lái)顯示模擬指針，然后用LPC1768定時(shí)器的鉤子函數(shù)鉤向該指針顯示函數(shù)，實(shí)現(xiàn)每秒顯示；

首先，通過RTC_GetTime（）獲取系統(tǒng)時(shí)鐘；

然后，通過正弦函數(shù)和余弦函數(shù)求出當(dāng)前時(shí)間映射到圓形表盤的x，y坐標(biāo)其關(guān)系如下：

[xy=R000R0cos（θ）sin（θ）+x0y0] 其中x0，y0為圓盤的圓心，R0為指針的長(zhǎng)度，[θ∈（0，2pi/60，2*2pi/60，....59*2pi/60，2pi）]。

計(jì)算出指針在圓盤的映射坐標(biāo)，再通過畫線函數(shù)在LCD屏各個(gè)指針顯示出來(lái)。

2.3 實(shí)現(xiàn)可調(diào)日歷的

2.3.1根據(jù)年，月來(lái)計(jì)算該月份的天數(shù)

由于篇幅限制，且實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，故不做說明。

2.3.2根據(jù)年月日來(lái)判斷該月的第一天是星期幾

本設(shè)計(jì)使用基姆拉爾森計(jì)算公式判斷某月份的第一天是星期幾。

基姆拉爾森計(jì)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(shù)，m表示月份數(shù)，y表示年數(shù)，[W∈（0，6）]，當(dāng)w=0表示星期一。

2.3.3在LCD屏幕上設(shè)計(jì)日歷的顯示

分為兩部曲：a、顯示日歷框，要在畫出日歷的表格；b、根據(jù)已獲得的月天數(shù)和月第一天，將其一一對(duì)應(yīng)的在表格中顯示出來(lái)；實(shí)現(xiàn)顯示日歷的數(shù)據(jù)。

2.4 DA數(shù)模轉(zhuǎn)換的蜂鳴器鬧鐘報(bào)警

DA轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的正弦波信號(hào)設(shè)計(jì)思路：利用LPC1768的DA定時(shí)將正弦波表SinTab的數(shù)據(jù)逐個(gè)送往DAC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號(hào)，并且將該信號(hào)接到蜂鳴器的輸入引腳驅(qū)動(dòng)其工作發(fā)出報(bào)警音。

2.5 實(shí)現(xiàn)多鬧鐘的設(shè)置

NXP LPC1768的鬧鐘報(bào)警中斷每次只能設(shè)置一個(gè)鬧鐘時(shí)間，當(dāng)鬧鐘設(shè)置的時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間相同的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)RTC報(bào)警中斷。

設(shè)計(jì)3個(gè)鬧鐘的思路是：

2.5.1首先，通過算法找到“最佳鬧鐘時(shí)間”進(jìn)行

先設(shè)置，（最佳鬧鐘時(shí)間是指：離當(dāng)前時(shí)間最近且比當(dāng)前時(shí)間后的鬧鐘時(shí)間）；

2.5.2然后，當(dāng)這個(gè)鬧鐘到來(lái)并且報(bào)警中斷命令執(zhí)

行后，進(jìn)行設(shè)置下一個(gè)“最佳鬧鐘時(shí)間”；以此類推，設(shè)置鬧鐘；就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警中斷式鬧鐘系統(tǒng)。

2.6 按鍵的控制

按鍵控制的主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)狀態(tài)的切換，按鍵的控制分為兩部分：1）利用LPC1768用戶按鍵KEY0進(jìn)行五向鍵控制模式與UART調(diào)度臺(tái)控制模式的切換。2）五向鍵設(shè)置時(shí)間，日期，鬧鐘和實(shí)現(xiàn)日歷翻頁(yè)。

2.6.1 利用LPC1768按鍵KEY0進(jìn)行五向鍵控制式UART調(diào)度臺(tái)控制模式的切換

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：LPC1768的外部中斷實(shí)現(xiàn)：

a、當(dāng)KEY0按下的次數(shù)為奇次時(shí)，設(shè)置為UART設(shè)置時(shí)間，日期。

b、當(dāng)KEY0按下的次數(shù)為偶次時(shí)，設(shè)置為五向鍵設(shè)置時(shí)間，日期，鬧鐘。

3 UART調(diào)度臺(tái)控制設(shè)計(jì)

UART調(diào)度臺(tái)的功能是提供多一種方式來(lái)對(duì)本產(chǎn)品功能的設(shè)置，以滿足各類人群使用，從而得設(shè)計(jì)更人性化。上位機(jī)輸入控制指令然后通過串口RS232協(xié)議發(fā)送給CPU ，串口調(diào)度臺(tái)的流程框圖如圖1所示。

LPC1768與PC的基于串口RS232協(xié)議通信，UART非阻塞式接收數(shù)據(jù)方式，存在一個(gè)致命的問題，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性沒用保證，故采用阻塞式接收數(shù)據(jù)方式確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確；故本設(shè)計(jì)是采用阻塞式接收數(shù)據(jù)方式（輪詢的方式）進(jìn)行接收數(shù)據(jù)的，但存也在一個(gè)不足的地方，就是如果沒有接收到數(shù)據(jù)，它會(huì)進(jìn)入無(wú)限循環(huán)直到有數(shù)據(jù)接收，即是“死等”狀態(tài)；解決這個(gè)問題在外部中斷KEY0的中斷字服務(wù)程序設(shè)置標(biāo)志量，以此使得向鍵控制模式與UART調(diào)度臺(tái)控制模式的順利切換。

4 整體軟件設(shè)計(jì)

4.1按鍵控制

按鍵的操作是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，通過按鍵實(shí)現(xiàn)各個(gè)狀態(tài)的切換，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊的有序運(yùn)作避免了混亂的出現(xiàn)。

4.2鬧鐘報(bào)警與設(shè)置鬧鐘。

軟件上設(shè)計(jì)：在LPC1768的RTC的報(bào)警中斷設(shè)置一個(gè)標(biāo)志量（如Alarm_Ring）當(dāng)中斷來(lái)臨時(shí)將其置位；在主函數(shù)里面采用輪詢的方式查看該Alarm_Ring標(biāo)志，若Alarm_Ring為1在通過DAC在P0.26引腳輸出正弦波信號(hào)，從而產(chǎn)生報(bào)警聲音，同時(shí)設(shè)置下一個(gè)“最佳鬧鐘”，最后清零變量Alarm_Ring。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款可以實(shí)現(xiàn)多功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果說明了整個(gè)系統(tǒng)的正確性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧乾中.自校準(zhǔn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC的研究和設(shè)計(jì)[D].華中科技大學(xué)，2008.

[2] 張長(zhǎng)森.調(diào)度臺(tái)接口CPU與調(diào)度臺(tái)工控機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2005（4）.

[3] 王茂華.改進(jìn)的直線DDA算法[J].北京：科技資訊，2009（4）.

[4] 劉凱.ARM嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社，2009.

[5] 林水強(qiáng)，吳亞東，余芳，等.姿勢(shì)序列有限狀態(tài)機(jī)動(dòng)作識(shí)別方法[J].北京：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形報(bào)，2014（9）.