【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：戴旭文

2. 单位或学校名称（必填项）：沈阳航空航天大学

3. 当前职务或职称（必填项）：学生

4. 参赛作品的名字（必填项）：STM32桌面万年历

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：

使用48脚STM32F103C8T6和12864液晶屏，设计一款桌面万年历，可实现年、月、日、时、分、秒、周、农历、温度的显示，可通过卫星授时校准时间。

使用STM32内置的RTC可得到时间，然后通过一套复杂的算法得到农历和周历。STM32的AD转换脚外接NTC热敏电阻，通过二分法查表的方式可得到准确度0.1℃的温度值。

系统可连接GPS模块（选配），每隔24小时自动获取卫星授时，校准当前时间。

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：

STM32F103C8T6

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：

LCD12864液晶屏

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

一、作品简介

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片；

  

2.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？

创新点1：实现了低速度低容量MCU产品公历转农历的算法。

STM32在功能上能满足大部份对速度要求不高的应用场合的要求，且价格低廉，开发工具普及程度高，是目前应用最多的MCU之一。本作品使用STM32实现从1901年到2099年199年公历日到农历日及星期的转换方法，并向读者提供完整的C语言程序。

农历与公历不同农历把月亮绕地球一周作为一月。因为月亮绕地球一周不是一整天，所以农历把月分为大月和小月，大月30天，小月29天。通过设置大小月，使农历日始终与月亮与地球的位置相对应。为了使农历的年份与公历年相对应，农历通过设置闰月的办法使它的平均年长度与公历年相等。农历是中国传统文化的代表之一，并与农业生产联系密切，中国人民特别是广大农民十分熟悉并喜爱农历。
公历与农历是我国目前并存的两种历法，各有其固有的规律。农历与月球的运行相对应，其影响因素多，它的大小月和闰月与天体运行有关，计算十分复杂，且每年都不一致。因此要用单片机实现公历与农历的转换，用查表法是最方便实用的办法。

创新点2：实现了一种高准确度NTC温度转换算法。

NTC热敏电阻是利用半导体材料制成的温度敏感元件，其电阻值会随着温度的升高而变小，又称负温度系数热敏电阻器。NTC系列热敏电阻已广泛应用于家用电器产品中，以达到自动增益调整、过负荷保护、温度控制、温度补偿、稳压稳幅等作用。这种具有负温度系数特性的热敏电阻稳定性好、响应快、寿命长、成本低，广泛应用于温度控制系统。

相比于单总线的18B20来说，NTC不但价格便宜，准确度也高。

趣味性：使用单片机做万年历已经数见不鲜了，每年很多在校学生课程设计、毕业设计都有做的，都很粗糙，理论性欠佳。作者我想从专业性角度，给大家做个示范，完美完成从单片机爱好者到单片机工程师的角色转换。对于一款电子产品，每一个细节都值得深入探究。

二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式，描述您的作品的组成构架，即方案图。

1、公历转农历的算法实现。

实现公历与农历的转换，一般采用查表法，按日查表是速度最快的方法，单片机寻址能力有限，不可能采用按日查表的方法。除按日查外，我们可以通过按月查表和按年查表的方法，再通过适当的计算，来确定公历日所对应的农历日期。本文采用的是按年查表法，最大限度地减少表格所占的程序空间。
对于农历月来说，大月为30天，小月为29天，这是固定不变的，这样我们就可用1个BIT位来表示大小月信息。农历一年，如有闰月为13个月，否则是12个月，所以一年需要用13个BIT，闰月在农历年中所在的月份并不固定，大部分闰月分布在农历2-8月，但也有少量年份在9月以后，所以要表示闰月的信息，至少要4BIT，在这里我们用4BIT的值来表示闰月的月份值，为0表示本年没有闰月。有了以上信息，还不足以判断公历日对应的农历日，因为还需要一个参照日，我们选用农历正月初一所对应的公历日期作参照日，公历日最大为31日，需要5BIT来表示，而春节所在的月份不是1月就是2月，用1BIT就够了，考虑到表达方便，我们用2BIT来表示春节月，2BIT的值直接表示月份。这样一年的农历信息只用3个字节就全部包括了。
计算公历日对应的农历日期的方法：先计算出公历日离当年元旦的天数然，后查表取得当年的春节日期，计算出春节离元旦的天数，二者相减即可算出公历日离春节的天数，以后只要根据大小月和闰月信息，减一月天数，调整一月农历月份，即可推算出公历日所对应的农历日期。如公历日不到春节日期，农历年要比公历年小一年，农历大小月取前一年的信息。农历月从12月向前推算。
公历日是非常有规律的，所以公历日所对应的星期天可以通过计算直接得到，理论上公元0年1月1日为星期日，只要求得公历日离公元0年1月1日的日子数，除7后的余数就是星期天，为了简化计算，采用月校正法，根据公历的年月日可直接计算出星期天。其算法是：日期+年份+所过闰年数+月校正数之和除7的余数就是星期天，但如果是在闰年又不到3月份，上述之和要减一天再除7。其1-12月的校正数据为：6、2、2、5、0、3、5、1、4、6、2、4。在本程序中采用1个字节表示年份，闰年数也只计算1900年以后的闰年数，所以实际校正数据也和上述数据不同。

 

2、公历转星期算法实现

星期制度是一种有古老传统的制度。据说因为《圣经·创世纪》中规定上帝用了六 天时间创世纪，第七天休息，所以人们也就以七天为一个周期来安排自己的工作和生 活，而星期日是休息日。从实际的角度来讲，以七天为一个周期，长短也比较合适。所 以尽管中国的传统工作周期是十天（比如王勃《滕王阁序》中说的“十旬休暇”，即是 指官员的工作每十日为一个周期，第十日休假），但后来也采取了西方的星期制度。

基姆拉尔森计算公式
W= (d+2*m+3*(m+1)/5+y+y/4-y/100+y/400) mod 7
在公式中d表示日期中的日数，m表示月份数，y表示年数。
注意：在公式中有个与其他公式不同的地方：
把一月和二月看成是上一年的十三月和十四月，例：如果是2004-1-10则换算成：2003-13-10来代入公式计算。
以公元元年为参考，公元元年1月1日为星期一。

3、使用二分法精确获得NTC采集的温度值。

购买NTC热敏电阻的时候，厂家会给一份表格，每隔1摄氏度会给出一个标准阻值。

NTC分度表.rar 

由生产厂家给的标准数据表可以看出，NTC热敏电阻阻值会随着温度的升高而变小，如下图所示：

 

通过折线图可以看出，随着被测温度升高，热敏电阻阻值减小，线性度不好。

问题一：如何解决线性度不好的问题？

热敏电阻通常的使用方法，是串联一个定值电阻1.5K，与热敏电阻进行分压，将分压之后的电压值送入AD转换，通过数学算法求得真实温度值。

如图所示，热敏电阻R_NTC与定值电阻R_FIXED进行分压，分压之后经过电压跟随器送入AD转换，这里的电压跟随器可保护AD转换芯片不受突然的静电、强电干扰。
表1的第三列为热敏电阻与定值电阻分压之后的比率，其换算公式为：
ADC=(R_NTC)/(R_NTC+R_FIXED)*4096

注：对于12位的AD转换来说，输入电压值最高为3.3V，最低为0V，当输入3.3V时，ADC转换后的值212=4095，当输入0V时，ADC转换后的值为0。如下图所示，热敏电阻与1.5K定值电阻分压之后曲线（下图浅绿色），在常温环境下，线性度已经好了许多。

由热敏电阻与定值电阻分压的比率公式：
ADC=(R_NTC)/(R_NTC+R_FIXED)*4096
可以看出，热敏电阻阻值在0.2918K（130℃）和151.24K（-30℃）范围之间变化，分压电阻R_FIXED如果取值过大，那么在低温的时候不准；如果取值过小，那么在高温的时候不准。常用电阻分压之后的曲线图如下所示：

从上图可以看出，如果需要测常温的话，10K的分压电阻比较合适；如果需要测量高温的话，1K的分压电阻比较合适。我做的系统需要测量常温，所以选取10K分压电阻。没有一种恰到好处的阻值能够适用于所有的温度区间，只能说在不同阻值的分压电阻适合不同的温度区间段。

做实际项目要求的精度更高，怎样才能将误差降到最低？答案是尽可能的提高分段数量。论文作者将曲线分成了10段，每小段近似为曲线。我将曲线分为160段，每一摄氏度分一段，然后每小段近似为直线，这样一来精度大大提高。
例如，ADC转换得到的值为3077，经过查表，温度43℃时ADC值为3102，温度44℃时ADC值为3072，所以，此时的温度值介于43℃和44℃之间，且更偏向于44摄氏度。
令温度值Temp为自变量，ADC值为因变量。
ADC=k*Temp+b
代入(43,3102) (44,3072)得k=-30,b=4392.此时代入测得的ADC值3077，得真实温度值为：43.8摄氏度。

问题二：计算机程序如何查表，速度最快？

二分法，又称分半法，是一种方程式根的近似值求法。对于区间[a,b]上连续不断且f(a) ?f(b)<0的函数y=f(x)，通过不断地把函数f(x)的零点所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，进而得到零点近似值的方法叫做二分法(bisection)。

1）如果要求已知函数 f(x) = 0 的根 (x 的解)，那么

2）先要找出一个区间 [a, b]，使得f(a)与f(b)异号。根据介值定理，这个区间内一定包含着方程式的根。
3）求该区间的中点m=(a+b)/2，并找出 f(m) 的值。
4）若 f(m) 与 f(a) 正负号相同，则取 [m, b] 为新的区间, 否则取 [a, m]。
5）重复第3步和第4步，直到得到理想的精确度为止。

三、硬件部分的描述

作品分为底板和STM32核心板。核心板为DIP40封装，引脚兼容传统3.3V的51单片机。

STM32的PB0~PB7连接LCD12864的D0~D7，剩下的RS、RW、EN也接到STM32普通IO口上。

温度采集部分，默认连接NTC，同时预留DS18B20位置和红外接收头的位置。

STM32的串口2（PA2、PA3）预留，可连接GPS模块，实现卫星授时功能（预留）。

第1版程序：实现了万年历的功能部分，包括12864显示年、月、日、时、分、秒、农历、周历，温度从18B20获取。

未实现功能：调整时间、ADC转换、二分法转换NTC温度、GPS模块卫星授时

STM32F103C8T6万年历(第1版).rar 

第2版程序：增加了串口2调整时间、ADC转换、二分法转换NTC温度功能。

STM32F103C8T6万年历(第2版).rar 

串口调整时间软件如下图：

 

串口更新时间上位机程序.rar 

四、材料清单（BOM列表)

STM32F103C8T6：http://www.szlcsc.com/product/details_9243.html

32.768K晶振：http://www.szlcsc.com/product/details_94423.html

8M晶振：http://www.szlcsc.com/product/details_113035.html

五、作品演示

作品的功能展示视频已经上传，地址为https://v.qq.com/x/page/c0540qry6wi.html

六、总结

首先，感谢立创商城能够提供我们这么好的一个展示平台，嵌入式的学习向来不是纸上谈兵，只有实践才能出真知，对于像我们这样，刚刚踏入嵌入式领域学习大门的新手来说，任何一次实际的操作、设计，都是我们学习的过程，在本次设计中，遇到了很多问题，比如开机上电复位时热敏电阻未就绪，导致度数错误等等，在老师和师兄们的帮助下，总算是踩点完成了制作。

最后，衷心祝愿嘉立创越办越好！

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