【正文】 ，利用普通手表晶振實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行，利用備用電源（紐扣電池）實(shí)現(xiàn)斷電計(jì)時(shí)功能，操作簡(jiǎn)單，性價(jià)比極高，精度足以滿足題目要求?；谝陨嫌懻?，作品最終采用Dallas DS1302芯片作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的核心。 語(yǔ)音模塊各廠商生產(chǎn)的語(yǔ)音模塊功能各不相同，如能實(shí)現(xiàn)錄放功能的ISD1730，能實(shí)現(xiàn)SD卡內(nèi)文件讀取的WTV020，能實(shí)現(xiàn)TTS功能的科大訊飛語(yǔ)音模塊等。考慮到低功耗、能利用單片機(jī)有效控制、編程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、外圍電路簡(jiǎn)單的要求，作品采用LMD102模塊作為語(yǔ)音模塊。該模塊價(jià)格極低，抗干擾能力好，片內(nèi)自帶功率放大，且單片機(jī)可以利用RS485總線協(xié)議能實(shí)現(xiàn)的播放控制。片內(nèi)存儲(chǔ)容量為32M，足以實(shí)現(xiàn)題目要求的語(yǔ)音播報(bào)功能。 掉電存儲(chǔ)掉電存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)方式較多。在不利用備用電源的情況下，一般可以考慮直接對(duì)MSP430片內(nèi)存儲(chǔ)FlashROM讀寫或外連電可擦寫可編程EEPROM實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)FlashROM的擦寫次數(shù)有限，而單片機(jī)作為控制核心在萬年歷系統(tǒng)中有至關(guān)重要的作用，不應(yīng)因頻繁擦寫而報(bào)廢，因此采用片內(nèi)存儲(chǔ)并不可取。另外，對(duì)于片內(nèi)存儲(chǔ)器的寫入必須按Segment擦除，操作上并不方便。EEPROM采用IIC總線協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行通信，能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的隨機(jī)存儲(chǔ)，掉電后保持?jǐn)?shù)據(jù)能力極好，成本極低，且電路連接方便，易于損壞后更換，因此作品最終采用Atmel公司的AT24C256作為掉電存儲(chǔ)模塊。 人機(jī)交互根據(jù)題目要求，作品采用LCD12864作為主顯示器，顯示公歷的年月日、時(shí)分秒及閏年情況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)農(nóng)歷年月日的漢字輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度等數(shù)據(jù)以及全中文菜單的顯示。根據(jù)題目要求，作品采用四枚獨(dú)立按鍵分別作為上、下、確認(rèn)、菜單功能按鍵，足以滿足多級(jí)菜單間的切換與相應(yīng)時(shí)間、功能、日程安排的設(shè)置。 其他硬件作品充分利用管腳，作品實(shí)現(xiàn)了以下功能：聲控智能小夜燈：采用多片鎖存器與數(shù)十枚LED實(shí)現(xiàn)能指示時(shí)間的環(huán)狀燈，利用聲控開關(guān)實(shí)現(xiàn)夜間人聲自動(dòng)亮燈。城市煤氣報(bào)警：采用MQ2氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)包括城市煤氣在內(nèi)的多種氣體的測(cè)量與報(bào)警。溫度測(cè)量：采用Dallas DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。 程序開發(fā)語(yǔ)言MSP430單片機(jī)開發(fā)采用C語(yǔ)言較多。但由于開發(fā)時(shí)間極短、開發(fā)人數(shù)極少、課業(yè)壓力大、任務(wù)較重，作品采用IEEE制定的Embedded C++語(yǔ)言開發(fā)，且充分利用了面向?qū)ο缶幊痰乃枷?，大大?jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)的過程，也較大程度地提高了代碼的復(fù)用性（且代碼具有很高的可重用性）。代碼也適當(dāng)?shù)乩昧薎AR Electric Workbench for MSP430開發(fā)環(huán)境對(duì)C++泛型編程開發(fā)的良好支持，使用了標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)STL中的部分函數(shù)簡(jiǎn)化部分算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。由于C++編譯的程序?qū)⒈菴效率低，為保證程序仍具有較高效率，編程時(shí)充分考慮MSP430內(nèi)部結(jié)構(gòu)，遵循C430編程規(guī)范，盡量避免使用不適合MSP430架構(gòu)執(zhí)行的代碼段。為保持較好的可移植性，幾乎沒有使用Embedded C++語(yǔ)言不支持的特性。 操作系統(tǒng)萬年歷對(duì)于實(shí)時(shí)響應(yīng)的要求不高，一般不需要移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如uC/OSII來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的任務(wù)調(diào)度與進(jìn)程管理，而簡(jiǎn)單采用永循環(huán)內(nèi)各模塊工作的主程序框架有時(shí)無法達(dá)成很快的實(shí)時(shí)響應(yīng)?；谝陨嫌懻?，作品采用了獨(dú)立編寫的基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)思想設(shè)計(jì)的、依靠定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)的偽RTOS作為操作系統(tǒng)，同時(shí)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)較低的任務(wù)實(shí)現(xiàn)智能放權(quán)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)較高或需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的任務(wù)（如菜單按鍵按下后顯示菜單、煤氣報(bào)警、日程報(bào)警等）支持搶占式調(diào)度。 算法選擇萬年歷主要涉及的算法為公歷年月日（涉及閏年補(bǔ)償）及星期的算法、公歷與農(nóng)歷的高效轉(zhuǎn)換算法。，作品采用了外連RTC模塊的設(shè)計(jì)方案，而DS1302具有閏年補(bǔ)償功能，能實(shí)現(xiàn)較完整的公歷年月日計(jì)算，因此只需設(shè)計(jì)星期的計(jì)算方法。作品采用了基于Zeller公式的星期計(jì)算方法，時(shí)間復(fù)雜度僅為O(1)。由于中國(guó)農(nóng)歷計(jì)算依賴于天象等不確定量，無特定算法。因此作品內(nèi)建了公農(nóng)歷映射表實(shí)現(xiàn)公農(nóng)歷間轉(zhuǎn)換。此外，作品在菜單設(shè)計(jì)部分還利用到了遞歸算法的思想，在日程設(shè)計(jì)方面利用了STL提供的快速排序算法。 方案描述，作品最終的方案描述如下：作品提供了一種基于MSP430與DS1302的萬年歷解決方案。硬件方面，作品控制核心采用MSP430F149單片機(jī)，以LCD12864作為顯示器，依賴DS1302提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息，通過IIC總線與AT24C256通信實(shí)現(xiàn)掉電后的數(shù)據(jù)保存，通過RS485總線與LMD102芯片通信實(shí)現(xiàn)智能語(yǔ)音播報(bào)，通過四個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)多級(jí)菜單切換及功能與日程設(shè)置等人機(jī)交互功能；作品同時(shí)實(shí)現(xiàn)了其他小功能，利用多片鎖存器與聲控開關(guān)實(shí)現(xiàn)了智能小夜燈，利用MQ2氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)了城市煤氣報(bào)警，利用DS18B20實(shí)現(xiàn)了溫度測(cè)量。軟件方面，系統(tǒng)代碼采用Embedded C++編寫，采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了利用中斷實(shí)現(xiàn)的支持多任務(wù)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度、高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占調(diào)度的偽RTOS；設(shè)計(jì)了功能完善的多級(jí)菜單，具有良好的人機(jī)交互性能；設(shè)計(jì)了基于Zeller公式與紫金歷數(shù)據(jù)表的萬年歷算法，能顯示判斷閏年并自動(dòng)調(diào)整日期。功能與特性包括以下幾點(diǎn)：控制核心采用MSP430F149，以LCD12864實(shí)現(xiàn)四行漢字顯示； 實(shí)現(xiàn)公歷年月日時(shí)分秒準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，支持星期的準(zhǔn)確計(jì)算，并支持閏年補(bǔ)償，能顯示閏年； 能顯示陰歷年、月、日，能計(jì)算并顯示節(jié)氣；能進(jìn)行整點(diǎn)和半點(diǎn)語(yǔ)音報(bào)時(shí)； 具有掉電存儲(chǔ)功能，可存儲(chǔ)掉電前用戶定時(shí)設(shè)置； 具有日程管理，可以設(shè)定指定日期的日程，可以設(shè)置日程的提醒時(shí)間，并可用語(yǔ)音進(jìn)行提示； 能掉電保存36個(gè)（可增至6400條）日程設(shè)，提供8種日程內(nèi)容語(yǔ)音、8首歌曲供選擇播放，提示音樂具有重復(fù)播放功能； 具有溫度測(cè)量功能； 具有城市煤氣報(bào)警功能； 具有智能聲控小夜燈功能； 1具有功能完善的多級(jí)菜單實(shí)現(xiàn)上述所有功能的設(shè)置，能對(duì)具有良好的人機(jī)交互性能； 1系統(tǒng)代碼采用Embedded C++與面向?qū)ο蠓椒▽?shí)現(xiàn)，編寫了利用中斷實(shí)現(xiàn)的分時(shí)調(diào)度、高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占調(diào)度的偽RTOS； 1具有較低功耗特性。第二章 理論分析與計(jì)算眾所周知，單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是片內(nèi)集成，通過片上鏈路實(shí)現(xiàn)各類信息的處理轉(zhuǎn)換，利用單片機(jī)自身的其他資源實(shí)現(xiàn)各類控制。然而由于設(shè)計(jì)者相關(guān)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的匱乏，作品依然采用了8086時(shí)代以單片機(jī)為核心、外擴(kuò)各類模塊實(shí)現(xiàn)所需功能的設(shè)計(jì)方法。邏輯控制電路均以單片機(jī)管腳為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)，各模塊直接或者通過各類總線連接方式連接到相應(yīng)管腳。具體參見第三章電路設(shè)計(jì)部分。公歷的計(jì)算方法：由于硬件選擇的原因，公歷方面不需考慮年月日計(jì)算、閏年補(bǔ)償，只需設(shè)計(jì)星期算法：最著名也最有效的公歷星期算法為Zeller公式 : [1]公式都是基于公歷的置閏規(guī)則來考慮。公式中的符號(hào)含義如下：w：星期（計(jì)算所得的數(shù)值對(duì)應(yīng)的星期：0星期日。 1星期一。 2星期二。 3星期三。 4星期四。 5星期五。 6星期六）[1]c：年份前兩位數(shù)y：年份后兩位數(shù)m：月（m的取值范圍為3至14，即在蔡勒公式中，某年的2月要看作上一年的114月來計(jì)算，比如2003年1月1日要看作2002年的13月1日來計(jì)算）d：日[　]：稱作高斯符號(hào)，代表向下取整，即，取不大于原數(shù)的最大整數(shù)。mod：??同余?（這里代表括號(hào)里的答案除以7后的余數(shù)）實(shí)際編程時(shí)考慮C++語(yǔ)言特性，采用了以下修正公式代替Zeller公式：其中各變量與Zeller公式定義一致，只是采用了char（編譯時(shí)默認(rèn)為unsigned char）類型作為各變量的數(shù)據(jù)類型，利用C++語(yǔ)言特性可以實(shí)現(xiàn)取整。農(nóng)歷算法：由于中國(guó)農(nóng)歷是直接利用天體位置定義的歷法（區(qū)別于利用固定的天體時(shí)間平周期定義的歷 法，如格里歷，回歷等），它是現(xiàn)今世界上為數(shù)不多的天文年歷性質(zhì)的歷法，它和一些重要天象是一一對(duì)應(yīng)的[2]，因此不存在確切的算法。程序內(nèi)建了一張紫金歷與公歷的映射表實(shí)現(xiàn)了公農(nóng)歷間的轉(zhuǎn)換。見附錄。第三章 電路與程序設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì) 控制核心MCU部分 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊 語(yǔ)音播報(bào)模塊 獨(dú)立按鍵 LCD12864 E2PROM 其他硬件小夜燈的聲控模塊：溫度傳感器：城市煤氣報(bào)警模塊： 程序設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)與框架主程序包含系統(tǒng)初始化與任務(wù)調(diào)度功能，包含了一套精簡(jiǎn)的基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)思想、依靠定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)的偽RTOS作為操作系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)于優(yōu)先級(jí)較低的任務(wù)實(shí)現(xiàn)智能放權(quán)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)較高或需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的任務(wù)（如菜單按鍵按下后顯示菜單、煤氣報(bào)警、日程報(bào)警等）支持搶占式調(diào)度。