电子电路设计大赛 报告.docx

1、电子电路设计大赛 报告 编号 南京航空航天大学作品报告题 目多功能电子万年历学生姓名韩浩 等学 号031220514学 院自动化学院专 业电气工程与自动化班 级0312204、207、301指导教师无二一三年十一月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的电子电路设计报告（论文）（题目：多功能电子万年历）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名： 年 月 日 （学号）：多功能电子万年历设计摘 要本作品为校电赛F题作品，是一种基于

2、TI MSP430的万年历解决方案。硬件方面，作品控制核心采用MSP430F149单片机，以LCD12864作为显示器，依赖DS1302提供实时时钟信息，通过IIC总线与AT24C256通信实现掉电后的数据保存，通过RS485总线与LMD102芯片通信实现智能语音播报，通过四个独立按键实现多级菜单切换及功能与日程设置等人机交互功能；作品同时实现了如智能小夜灯、城市煤气报警、温度测量等额外实用小功能。软件方面，系统代码采用Embedded C+编写，采用面向对象设计方法实现，设计了利用中断实现的支持多任务分时间片轮转调度、高优先级任务抢占调度的伪RTOS；设计了功能完善的多级菜单，具有良好的人机

3、交互性能；设计了基于Zeller公式与紫金历数据表的万年历算法，能显示判断闰年并自动调整日期。总体而言，系统具有良好的可靠性与较低功耗。关键词：万年历，多功能，语音播报A Design of Multi-functional Chinese CalendarAbstractThe report describes a design of a multi-functional Chinese Calendar. The Key Words：NC machining; NC verification; Machining environment; Help files目 录摘 要 Abstract

4、 第一章 系统方案 11.1 比较与选择 101.1.1 控制核心 151.1.2 实时时钟1.1.3 语音模块1.1.4 掉电存储1.1.5 人机交互1.1.6 其他硬件1.1.7 程序开发语言1.1.8 状态机与操作系统 1.2 方案描述第二章 理论分析与计算 202.1逻辑控制电路设计2.2日程设定和日期计算方法 20第三章 电路与程序设计 203.1 电路设计3.2 程序设计3.2.1 主程序设计与框架3.2.2 各硬件模块程序设计3.2.3 日程功能设计 20第四章 测试方案与测试结果 204.1 测试方案及测试条件3.2 测试结果完整性 4.3 测试结果分析第五章 总结与展望 XX

5、参考文献 XX致谢 XX附录 XX第一章 系统方案1.1 比较与选择本章简述作品设计阶段各关键芯片的选型及软件开发方法的选择原因。1.1.1 控制核心依据题目要求，作品采用德州仪器Texas Instrument公司的混合信号处理器MSP430系列单片机作为控制核心。该芯片以惊人的低功耗性能著称，是一款基于RISC指令集的16位MCU，在实现超低功耗的前提下达到较高的性能，是绝对适合本题设计要求（超低功耗、高运算性能、相对低廉价格、相对较低的开发成本）的单片机。考虑到万年历并非高级电子设备，成本不能过高，控制核心单片机一般在低端的MSP430FX1XX系列或MSP430G2XX系列中选择。我们

6、最终选择了PM封装的MSP430F149芯片作为控制核心，并向TI公司索取了两片样片最终完成开发，原因如下：1、MSP430F149是TI公司MSP430系列单片机中最为广泛采用的芯片，在开发阶段可以直接向TI公司索取样片，有效降低了开发成本；2、MSP430F149片内存储空间高达60KB，足够存储外年历的控制程序（最终控制程序编译完成后达16KB），而Launchpad所采用的G2553芯片存储空间为4K；3、F149管脚资源丰富，能满足设计中各模块对管脚资源的要求，且能有效利用管脚第二功能简化开发（如直接利用管脚的UART功能进行485通信），相比之下G2553仅有20管脚，如果用于开发

7、将不得不设计较为复杂的程序实现管脚的分时复用，大大加重编程人员的负担。基于以上讨论，作品最终采用MSP439F149PM芯片作为控制核心。1.1.1 实时时钟由于MSP430F149片内没有实时时钟RTC模块，作品采用外扩实时时钟的方式完成计时功能。不同厂商生产的RTC芯片有许多，性能、价格上相差甚远。出于性价比考虑，Dallas公司的DS1302芯片足以满足万年历的计时要求。该芯片具有涓细电流充电能力，利用普通手表晶振实现低功耗运行，利用备用电源（纽扣电池）实现断电计时功能，操作简单，性价比极高，精度足以满足题目要求。基于以上讨论，作品最终采用Dallas DS1302芯片作为实时时钟模块的

8、核心。1.1.1 语音模块各厂商生产的语音模块功能各不相同，如能实现录放功能的ISD1730，能实现SD卡内文件读取的WTV020，能实现TTS功能的科大讯飞语音模块等。考虑到低功耗、能利用单片机有效控制、编程实现简单、外围电路简单的要求，作品采用LMD102模块作为语音模块。该模块价格极低，抗干扰能力好，片内自带功率放大，且单片机可以利用RS485总线协议能实现的播放控制。片内存储容量为32M，足以实现题目要求的语音播报功能。1.1.4 掉电存储掉电存储实现方式较多。在不利用备用电源的情况下，一般可以考虑直接对MSP430片内存储FlashROM读写或外连电可擦写可编程EEPROM实现。单片

9、机FlashROM的擦写次数有限，而单片机作为控制核心在万年历系统中有至关重要的作用，不应因频繁擦写而报废，因此采用片内存储并不可取。另外，对于片内存储器的写入必须按Segment擦除，操作上并不方便。EEPROM采用IIC总线协议与单片机进行通信，能实现简单可靠的随机存储，掉电后保持数据能力极好，成本极低，且电路连接方便，易于损坏后更换，因此作品最终采用Atmel公司的AT24C256作为掉电存储模块。1.1.5 人机交互根据题目要求，作品采用LCD12864作为主显示器，显示公历的年月日、时分秒及闰年情况，同时实现农历年月日的汉字输出，同时实现温度等数据以及全中文菜单的显示。根据题目要求，

10、作品采用四枚独立按键分别作为上、下、确认、菜单功能按键，足以满足多级菜单间的切换与相应时间、功能、日程安排的设置。1.1.6 其他硬件作品充分利用管脚，作品实现了以下功能：1、声控智能小夜灯：采用多片锁存器与数十枚LED实现能指示时间的环状灯，利用声控开关实现夜间人声自动亮灯。2、城市煤气报警：采用MQ2气敏传感器实现包括城市煤气在内的多种气体的测量与报警。3、温度测量：采用Dallas DS18B20温度传感器实现温度测量。1.1.7 程序开发语言MSP430单片机开发采用C语言较多。但由于开发时间极短、开发人数极少、课业压力大、任务较重，作品采用IEEE制定的Embedded C+语言开发

11、，且充分利用了面向对象编程的思想，大大简化了程序设计的过程，也较大程度地提高了代码的复用性（且代码具有很高的可重用性）。代码也适当地利用了IAR Electric Workbench for MSP430开发环境对C+泛型编程开发的良好支持，使用了标准模板库STL中的部分函数简化部分算法和数据结构的设计开发工作。1.1.8 状态机与操作系统万年历对于实时响应的要求不高，一般不需要移植如uC/OS-II等实时操作系统RTOS来实现相应的任务调度与进程管理。作品采用了独立编写的基于时间片轮转思想设计的、依靠定时器中断实现的伪RTOS作为操作系统，同时，对于优先级较低的任务实现智能放权，对于优先级较

12、高或需要实时响应的任务（如菜单按键按下后显示菜单、煤气报警、日程报警等）支持抢占式调度。参 考 文 献一、 专著（教材） 著录格式：序号 编著者. 书名M. 版本，出版地：出版者，出版年. 页码.例：1 刘谋佶, 吕志咏, 丘成昊, 等. 边条翼与旋涡分离流M. 第2版，北京: 北京航空学院出版社, 1988. 2427.2 Isidori A. Nonlinear control systemsM. 2nd, New York: Springer Press, 1989. 3233.注：初版书不标注版本，页码是可选项。二、 期刊 著录格式：序号 作者. 题目J. 刊名，年，卷（期）：页码.例

13、：1 傅惠民. 二项分布参数整体推断方法J. 航空学报，2000，21（2）： 155158.2 Moustafa G H. Interaction of axisymmetric supersonic twin jetsJ. AIAA J, 1995, 33(5): 871875.注：外文期刊的刊名可用简称；请注意标注文章的年、卷、期、页，不要遗漏。三、 学位论文 著录格式：序号 作者. 题目D. 地点：单位，年.例：1 朱刚. 新型流体有限元法及叶轮机械正反混合问题D. 北京：清华大学，1996.2 Sun M. A study of helicopter rotor aerodynami

14、cs in ground effectD. Princeton: Princeton Univ, 1983.四、 论文集，会议录 著录格式：序号 主要责任者. 题名C. 出版地：出版者，出版年.例：1 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集C. 北京：中国社会科学出版社，1994.2 北京空气动力研究所. 第九届高超声速气动力会议论文集C. 北京：北京空气动力研究所，1997.五、 论文集中析出的文献 著录格式：序号 作者. 题目A. 见：主编. 论文集名C. 论文集名. 出版地：出版者，出版年：页码.例：1 陈永康，李素循，李玉林. 高超声速流绕双椭球的实验研究A. 见：北京空气

15、动力研究所编. 第九届高超声速气动力会议论文集C. 北京：北京空气动力研究所，1997：914.2 Peng J, Luo X Z, Jin C J. The study about the dynamics of the approach glide-down path control of the carrier aircraftA. In: GONG Yao-nan ed. Proceedings of the Second Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and ScienceC. Beijing: Chinese So

16、ciety of Aeronautics and Astronautics, 1997: 236241.注：会议文集的出版者可能不是正式的出版社；出版地指出版者所在地，不一定是会议地点。六、科技报告 著录格式：序号 作者. 题名R. 报告题名及编号，出版地：出版者，出版年.例：1 孔祥福. FD-09风洞带地面板条件下的流场校测报告R. 北京空气动力研究所技术报告 BG7-270，北京：北京空气动力研究所，1989.2 Carl E J. Analysis of fatigue, fatigue-crack propagation and fracture dataR. NASA CR-132

17、332, 1973.注：对于NASA报告，AIAA Paper等航空航天领域知名报告，出版地和出版者可以省略。七、国际、国家标准，行业规范 著录格式：序号 标准编号，标准名称S. 出版地：出版者，出版年.例：1 MIL-E-5007 D, 航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范S. 美国空军，1973.2 GB 7713-87, 科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式S.注：对于国标GB等，出版地、出版者和出版年可省略。八、专利 著录格式：序号 设计人. 专利题名P. 专利国别：专利号，公告日例：1 黎志华，黎志军. 反馈声抵消器P. 中国专利：ZL85100748，19860924.九、其他未定义文献类型 著录格式：序号 主要责任者. 文献题名Z. 出版地：出版者，出版年.致 谢这次毕业设计可以圆满地完成，.附 录1XXXXXXX2XXXXXXXXXXX3XXXXXXX