【正文】 畢業(yè)論文：基于 51 單片機(jī)的語音電子時(shí)鐘系統(tǒng) 77 東 華 理 工 大 學(xué) 長 江 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 題 目 基于 51 單片機(jī)的語音電子時(shí)鐘系統(tǒng) 英文題目 The design of digital voice clock system based on 51 MCU 摘 要 單片ABSTRACT A monolithic puter is single chip microputer. By RAM, ROM, CUP, timing, counting and multiple interfaces and the integration of the micro controller. He has the advantages of small volume, low cost, strong function, widely used in smart industries, and industrial automation. And 51 Series SCM is the most typical and the most representative one. The graduation design through the study, application, to achieve the study, design ability. The article used the microcontroller AT89C51 as the core, clock signal that was produced by clock integrated chip DS1302 will be bring into the SCM, and are dynamic display by six LED. By the method of continuously query schedule time which was stored in SCM, using voice chip play music, simultaneously, by defining three keys and taking the control of software, the system acplish the function of rapidly setting time and broadcasting time when the clock reach the whole point. Hardware section describes clock integrated chip DS1302 and clock signal module, HY1 series of voice chip and automatic control of the ring module, DC power module, microcontroller AT89C51 and dynamic display module. Software section mainly introduces the ways of design and flow chart of the main program and module program. Key words: digital clock。 SCM。 clock integrated chip。 voice chip 目 錄 摘 要 I ABSTRACT I 目 錄 1 緒 論 2 1. 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案 3 2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 時(shí)鐘電路模塊 6 校時(shí)模塊 10 整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊 11 數(shù)碼管顯示模塊 11 音樂打鈴模塊 15 AT89C51 的外設(shè)電路 17 直流電源電路 22 3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 軟件設(shè)計(jì)思路 24 結(jié) 論 28 效果展示圖： 29 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 31 附錄 1 32 緒 論 數(shù)字時(shí)鐘 是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒顯示的計(jì)時(shí)裝置，廣泛用于個(gè)人家庭、車站、碼頭等場所，成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚谋匦杵?。由于電子時(shí)鐘采用了石英技術(shù)，因而走時(shí)精度高、穩(wěn)定性好、使用方便、不需要經(jīng)常調(diào)校。與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命。數(shù)字電子時(shí)鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用數(shù)碼管 LED 代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行校時(shí)。故鐘表的數(shù)字化給人們的生活帶來了極大的方便。然而隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們的生活 水平不斷的提高，人們對(duì)于時(shí)鐘的要求不僅僅在于簡單的計(jì)時(shí)，更趨向多功能的數(shù)字時(shí)鐘。比如鬧鐘功能、日歷顯示功能、溫度測量功能、溫度計(jì)量功能、自動(dòng)報(bào)時(shí)等功能。在自動(dòng)控制工程中常常用到時(shí)鐘。比如，上下課鐘聲是按特定的作息時(shí)間鳴響的；某些自動(dòng)門有定時(shí)開閉的要求。在很多實(shí)際應(yīng)用中，只要對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的程序和硬件電路加以一定的修改，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。因此研究數(shù)字時(shí)鐘及其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。 近年來由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)具有功耗低、體積小、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、價(jià)格便宜、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，促使單片機(jī)被廣泛的應(yīng) 用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化以及過程控制等領(lǐng)域。 本文的語音電子時(shí)鐘正是以單片機(jī)為核心，時(shí)鐘集成芯片、語音芯片、數(shù)碼管等元件組成。通過對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的硬件電路以及對(duì)單片機(jī)的軟件控制，使得設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)、快速校時(shí)等功能。因而基于 51 單片機(jī)的數(shù)字語音電子時(shí)鐘具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，所需元件較少，實(shí)用性更強(qiáng)。 1. 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本課題的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)： 、分、秒計(jì)時(shí)， 6 位數(shù)字顯示功能； ； 功能； ，設(shè)計(jì)一個(gè)長江學(xué)院作息時(shí)間自動(dòng)打鈴器 圖 11 系統(tǒng)原理框圖 ：用于實(shí)現(xiàn)快速設(shè)置時(shí)、分的值。 ：當(dāng)分值計(jì)滿 60 時(shí)，通過蜂鳴器發(fā)出響聲。 ：用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，且將時(shí)鐘信號(hào)送入單片機(jī)處理。 ：六位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)的顯示時(shí)、分、秒。 ：依照作息時(shí)間，在特定的時(shí)間到達(dá)之時(shí)播放樂曲。 時(shí)鐘電路方案 方案一：通過軟件方式實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘電路。在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn) 1 秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲(chǔ)器相應(yīng)的秒值加 1；若秒值達(dá)到 60，則將其清零，并將相應(yīng)的分值加 1；若分值到達(dá) 60，則分值清零，并將時(shí)值加 1；若時(shí)值達(dá)到 24，則將時(shí)值清零。由于每次執(zhí)行程序時(shí)，定時(shí)器都要重新賦予初值，所以該時(shí)鐘精度不高。 方案二：采用專門時(shí)鐘電路集成芯片 DS1302，該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，能夠提供更加精確的時(shí)間信號(hào)。還有一個(gè)月小與 31 天時(shí)自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。為了保證時(shí)鐘在突然掉電情況下仍能正常工作，芯片采用了雙電源供電，以備隨時(shí)提供正確的時(shí)間，且該芯片價(jià)格便宜。 基于上述兩 種方案的比較，本文采用時(shí)鐘電路集成芯片 DS1302，即方案二。 數(shù)碼管顯示方案 方案一：數(shù)碼管 LED 工作在靜態(tài)顯示方式時(shí)，其公共端接到一個(gè)固定的電平，其特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是占用 CPU 時(shí)間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點(diǎn)是在 LED 的位數(shù)比較多時(shí)，會(huì)占用大量的 I/O，硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。 方案二：數(shù)碼管 LED 工作在動(dòng)態(tài)顯示方式時(shí)，所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一 位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是即使 LED 的位數(shù)較多時(shí)硬件電路也較簡單、只需要占用一組 I/O。 通過兩種方案的比較，本文采用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方式，即方案二。 2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路模塊 時(shí)鐘電路硬件連接圖 時(shí)鐘芯片 DS1302 的 X X2 腳構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘電路，外接 晶振， Vcc1接 +5V 的電源， Vcc2 接 +3V 的電池，作為備用電源。與單片機(jī) AT89C51 的連接僅需要三條線： SCLK 串行時(shí)鐘引腳、 I/O 串行數(shù)據(jù)引腳、復(fù)位 /片選 RST，且分別與 、 、 連接。具體連接圖如圖 21 所示： 圖 21 時(shí)鐘電路 DS302 的硬件圖 時(shí)鐘電路模塊工作原理 選用串行接口時(shí)鐘芯片 DS1302 來設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，該時(shí)鐘電路以單片機(jī)AT89C51 為控制元件，以 DS1302 為計(jì)時(shí)芯片，構(gòu)成時(shí)鐘電路。而且 DS1302 與單片機(jī)僅需要三個(gè)線，節(jié)省了接口資源。為了保證芯片安全的工作，分別在 SCLK、 I/O、 /RST 接上上拉電阻來限流。由于 Vcc2 接有備份電源，所以即使在斷電后也不會(huì)丟失時(shí)間和數(shù)據(jù)信息，保證繼續(xù)工作。 時(shí)鐘芯片 DS