利用華邦四位機實現(xiàn)帶農(nóng)歷24節(jié)氣萬年歷的低成本設(shè)計

[摘要]： 本文描述了一種利用華邦四位機來設(shè)計帶有農(nóng)歷24節(jié)氣的萬年歷的設(shè)計方法，同時對于其中軟件的算法和硬件的電路設(shè)計進行了計算和分析。

[關(guān)鍵字]：節(jié)氣, 列表法, 微處理器, 單片機, 算法

　　在當前的產(chǎn)品設(shè)計中，人們在追求產(chǎn)品高性能的同時，也在追求產(chǎn)品的低成本。這就對開發(fā)工程師提出了更高的要求。

　　對于萬年歷的產(chǎn)品市場上已經(jīng)有了很多，但是帶有農(nóng)歷24節(jié)氣，同時用LED數(shù)碼管顯示的萬年歷在市場上的銷售價明顯偏高，究其原因是因為如果將農(nóng)歷24節(jié)氣設(shè)計加入其中，就要增加軟件程序，這樣就會使相應(yīng)的程序存貯空間加大，自然硬件成本就會隨之增加。所以，最好可以找到一種既可以實現(xiàn)其功能，又可以節(jié)約成本的單片機來實現(xiàn)。

　　以下就是豐寶電子科技公司開發(fā)部門研發(fā)出的一種只是利用的華邦的四位機就可以實現(xiàn)的帶有農(nóng)歷24節(jié)氣的萬年歷的產(chǎn)品設(shè)計思路，由于用的是4位機，它的ROM空間和RAM空間比起8位機就少得多，這樣對軟件的設(shè)計提出了更高的要求，要求能夠找到適合4位機上使用的簡易算法。

　　對于陽歷農(nóng)歷的算法比較簡單，而且規(guī)律很容易找到。這里就不再贅述。我們這里重點討論一下對于農(nóng)歷中二十四個節(jié)氣的算法。還考慮到單片機的性能情況和萬年歷的使用壽命，我們設(shè)計的是有限年(如50年)萬年歷，因此這里我們的算法也是按著50年為年限來設(shè)計。

一、萬年歷農(nóng)歷節(jié)氣算法：

　　為了便于考察50年的無規(guī)律的農(nóng)歷節(jié)氣分布時間，我們利用C語言在計算機中，實現(xiàn)了50年(2000～2049年)的陽歷和農(nóng)歷節(jié)氣分布時間表。由于數(shù)據(jù)龐大，所以僅僅列出其中部分陽歷年對應(yīng)的前6個節(jié)氣日期，簡表見表1。

　　這張復(fù)雜冗長的節(jié)氣表中，每年的節(jié)氣具體日期雖然都在一定的范圍內(nèi)變動，但是變動的趨勢毫無規(guī)律可尋，每個月的具體節(jié)氣日期有時候推前一兩天，有時候推后一兩天。

　　但是，從這張復(fù)雜的表格中的眾多數(shù)據(jù)中，我們發(fā)現(xiàn)這樣一個規(guī)律：雖然，這些節(jié)氣的日期變化趨勢無法獲得，但是，這些日期的變化總是在3天之內(nèi)變化的。

表格1、陽歷年中農(nóng)歷節(jié)氣日期表

　　這樣，我們只要固定每個節(jié)氣的基本日期，然后專門針對這兩三天編制一個相對日期的表格就可以了?？紤]到最多變化范圍是3天，所以這個相對日期可以取值為1、0和－1。

　　我們選定的基本日期如下：

　　一月到三月的節(jié)氣基本日期： 6/20 、4/19、 6/21；

　　四月到六月的節(jié)氣基本日期： 5/20 、6/21、 6/21；

　　六月到九月的節(jié)氣基本日期： 7/23 、8/23、 8/23；

　　十月到十二月的節(jié)氣基本日期：8/24 、8/22、 7/22；

　　根據(jù)以上的思想，我們得到了下面的表格2。

　　并且，仔細觀察表2，我們還可以得到以下關(guān)于節(jié)氣日期相對值的規(guī)律性結(jié)論：

　　1、 只有以下四個節(jié)氣(2、12、19、22)同時出現(xiàn)三個相對值(1，－1和0)的情況。

　　2、 其它的20個節(jié)氣中僅僅出現(xiàn)了0和－1這兩個相對值。

　　3、 在有三個相對值的四個節(jié)氣(2、12、19、22)中，2044年以前，出現(xiàn)的非零相對值都是1；而2044年以及2044年以后，出現(xiàn)的非零相對值都是－1；

表格2、陽歷年中農(nóng)歷節(jié)氣日期固定日期和相對值表

　　也就是說在50年內(nèi)，大寒(2)、夏至(12)、寒露(19)和小雪(22)這四個節(jié)氣日期變化相對較多，一共有3天，它們的日期相對值可能需要使用三個狀態(tài)值來表示。

　　下面是以上三條農(nóng)歷節(jié)氣日期規(guī)律的相對值分布簡圖。

圖1、農(nóng)歷節(jié)氣日期相對值分布簡圖

　　根據(jù)表格2和圖1所示意的農(nóng)歷節(jié)氣日期排布規(guī)律和形式，我們就可以構(gòu)造一個表格，并且結(jié)合相應(yīng)的算法來計算某個陽歷日期所對應(yīng)的陰歷節(jié)氣了。

　　利用上節(jié)分析結(jié)果，我們設(shè)想使用最少的字節(jié)來編制一個表格，使得它包含了50年內(nèi)的所有相對值分布信息。由于一年包含農(nóng)歷的24個節(jié)氣，也就是說共有24個日期相對值狀態(tài)量。

　　為了能夠盡量減少存儲空間，我們使用一個位來代表一個農(nóng)歷的節(jié)氣日期相對值。這樣1年的24個節(jié)氣就可以用24個位來表示，也就是3個字節(jié)(每個字節(jié)8個位)表示。

　　由于農(nóng)歷節(jié)氣日期相對值最多有三種狀態(tài)：－1、0和1，而一個位僅僅有2種狀態(tài)：0和1，為了能夠把3種狀態(tài)融合進兩種狀態(tài)中 ，我們根據(jù)上節(jié)中節(jié)氣日期相對值的規(guī)律性結(jié)論，采取了具有條件的二值狀態(tài)來表示三值狀態(tài)，制定了如下的編碼規(guī)則：

表格3、位狀態(tài)編碼規(guī)則

　　利用以上的規(guī)則我們就可以對于50年的24個節(jié)氣進行編碼，得到如下的編碼表：

表格4、最終的編碼表

　　由此看出，使用這種編碼的方式對農(nóng)歷日期相對值進行編碼方法，一年的24個節(jié)氣的日期只需要3個字節(jié)表示就可以明確表示了。50年的節(jié)氣表，只需要150個字節(jié)的存儲空間。年份越多，這種編碼發(fā)方式能夠節(jié)約的存儲空間越大，優(yōu)勢越明顯。

二、萬年歷的硬件實現(xiàn)

　　我們使用的單片機是華邦公司的四位機。這種單片機的結(jié)構(gòu)跟8位機的類似，雖然它的功能不如8位單片機。但是，它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)勢，同時還包括了普通單片機的基本功能。它包含了128個字節(jié)的RAM，2k的ROM，定時器，外部中斷，內(nèi)部中斷，此外，還有省電功能和驅(qū)動LED的功能。下圖就是利用華邦四位機W741E260實現(xiàn)萬年歷功能的原理框圖，

　　其中，對于陽歷日期，農(nóng)歷日期的顯示，是利用LED數(shù)碼顯示來實現(xiàn)，而對于二十四節(jié)氣則是利用24個發(fā)光二極管，在制做外觀模具時，可以將二十四節(jié)氣標志在外觀模具上，如果到了相對應(yīng)的節(jié)氣，相應(yīng)的發(fā)光二極管就會點亮。

　　利用了此方案實現(xiàn) ，就用一個華邦的4位機，硬件成本就可以大大降低。

三、萬年歷的軟件實現(xiàn)

　　由于萬年歷的其它的功能程序已經(jīng)占用了較大的存儲空間。所以能夠用于農(nóng)歷節(jié)氣查詢的程序的空間不大，僅僅有0.5k的容量。也就是說表格和查表程序一共只有0.5k的空間，表格占用的空間越大，可寫程序的空間就越小。

　　如果使用把50年農(nóng)歷24節(jié)氣日期表格1，僅僅表格就需要使用50