【正文】 基于單片機(jī)的智能時(shí)鐘設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，分，秒計(jì)時(shí)的裝置，廣泛的應(yīng)用在各種工作場(chǎng)所。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多功能的電子時(shí)鐘更是適應(yīng)現(xiàn)代化個(gè)性生活的一個(gè)新需求。 本文介紹了基于單片機(jī)的智能時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，時(shí)鐘系統(tǒng)是以STC89C52為核心，運(yùn)用數(shù)字時(shí)鐘芯片DS1302，液晶顯示器LCD1602，語(yǔ)音芯片ISD4004和按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。系統(tǒng)分為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，LCD顯示，整點(diǎn)報(bào)時(shí)，按鍵調(diào)整四個(gè)模塊。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的可以通過(guò)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間，通過(guò)LCD模塊能夠?qū)?shí)時(shí)時(shí)間顯示出來(lái)，并且在整點(diǎn)的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。可以使人更加直觀的了解到電子時(shí)鐘的工作原理。該數(shù)字時(shí)鐘能長(zhǎng)期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的工作；同時(shí)還具有體積小、功耗低等特點(diǎn)，便于攜帶，使用方便。本報(bào)告對(duì)系統(tǒng)的工作原理，硬件電路和軟件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī) 數(shù)字時(shí)鐘 液晶顯示 語(yǔ)音報(bào)時(shí)ABSTRACT Electronic clock is a device which is used to count time, minute and second, which is widely used in the public place. With the development of science, multifunction electronic clock is a new demand to adapt to the modern personality of life. This article introduced the multipurpose digital clock system design. The system take STC89C52 as a core, make use of DS1302 clock chip ,use the 1602 liquidcrystal display, apply the voice chip ,coordinates the pressed key to realize the realtime display. The system is divided into realtime clock, liquidcrystal display ,on time clock and pressed key four modules. The system is designed to change the time with pressed key, meanwhile, the liquidcrystal display the on time clock and can voice the hour on the hour .This article can enable people to directly see the operating state of digital clock. This digital clock provide the friendly user contact surface, the operation simple, this digital clock can longterm, be continual, reliably, the stable work。 Simultaneously also has the volume slightly, the power loss is low and so on the characteristic, is advantageous for carries, easy to operate. The report on the principle of the system , the hardware circuit and the software are introduced detail. 【Key words】Singlechip Microputer Digital Computer LCD Display Audio Chimer 80前 言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展的趨勢(shì)將進(jìn)一步向CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。數(shù)字時(shí)鐘在單片機(jī)模塊里比較常見(jiàn)，數(shù)字時(shí)鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，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(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。智能數(shù)字時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí),分,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭,辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字時(shí)鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)開(kāi)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字時(shí)鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。第一章 數(shù)字時(shí)鐘概述第一節(jié) 時(shí)鐘發(fā)展歷史及趨勢(shì)一、發(fā)展歷史及趨勢(shì)在長(zhǎng)達(dá)幾千年的時(shí)間中我們根本沒(méi)有方法可以精確的測(cè)定時(shí)間，在遠(yuǎn)古時(shí)候，人們通過(guò)太陽(yáng)的位置，日晷或沙漏來(lái)判斷時(shí)間。但是隨著如今社會(huì)的發(fā)展，我們只要瞧下時(shí)鐘就可以讀出時(shí)間，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們可以更加精確的方法測(cè)出時(shí)間。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字時(shí)鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的功能。隨著社會(huì)的發(fā)展，鐘表會(huì)變的更加數(shù)字化，更加廣泛的應(yīng)用到生活的各方面中，同時(shí)也會(huì)在以前的基礎(chǔ)上增加許多功能，小型化，數(shù)字化，集成化，多功能化會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。第二節(jié) 智能數(shù)字時(shí)鐘簡(jiǎn)介一、數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)的基本特點(diǎn),故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路,。⑴晶體振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數(shù)字時(shí)鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的12MHz的方波信號(hào),。⑵時(shí)間計(jì)數(shù)器電路 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成,秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第三節(jié) 研究的目的及意義 本設(shè)計(jì)主要的目的是基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)具有時(shí)間顯示，定時(shí)設(shè)置，聲音提示等多功能電子鬧鐘，提高自己綜合運(yùn)用的實(shí)踐能力，進(jìn)一步培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識(shí)很創(chuàng)新能力。同時(shí)可以了解數(shù)字時(shí)鐘基本的工作原理，設(shè)計(jì)出功能更加全面的數(shù)字時(shí)鐘來(lái)適應(yīng)時(shí)代的需求。第四節(jié) 研究?jī)?nèi)容 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：在液晶上顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒；利用按鍵調(diào)整時(shí)間；自帶直流穩(wěn)壓電源；實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音整點(diǎn)報(bào)時(shí)；每次有鍵按下時(shí)，蜂鳴器都可以段“滴”聲報(bào)警。 同時(shí)自己根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，在原有的基礎(chǔ)上增加了測(cè)溫和溫度顯示功能。從而使整個(gè)設(shè)計(jì)更加全面，功能更加完善。第五節(jié) 本章小結(jié) 本章主要是簡(jiǎn)述數(shù)字時(shí)鐘發(fā)展的歷史以及未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)數(shù)字時(shí)鐘發(fā)展和基本特點(diǎn)的了解，讓我們更加清楚的知道未來(lái)對(duì)時(shí)鐘的需求，以及未來(lái)時(shí)鐘發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)進(jìn)一步了解本次設(shè)計(jì)的研究目的以及相關(guān)內(nèi)容。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 本次設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)，采用DS1302時(shí)鐘芯片來(lái)實(shí)時(shí)讀取年，月，日，時(shí)，分，秒和星期，通過(guò)LCD1602液晶顯示屏，將所得到的時(shí)間顯示出來(lái)。同時(shí)通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整，同時(shí)通過(guò)DS18B20溫度傳感器讀取相應(yīng)溫度，在液晶屏上顯示出來(lái)。最后加入整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，通過(guò)語(yǔ)音芯片能夠?qū)崿F(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)。第二節(jié) 時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇 基于單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案： 方案一：基本門電路搭建，用基本門電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障系數(shù)大，不易調(diào)試。 方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)編程，用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路，由于使用軟硬件結(jié)合的方式，所以電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試也相對(duì)方便。與第一種方案比較優(yōu)點(diǎn)的是非常明顯的。 我選擇了第二種方案。 第三節(jié) 硬件原理框圖 硬件原理圖的設(shè)計(jì)決定了一個(gè)系統(tǒng)的功能，是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)所在，而一般的設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：簡(jiǎn)潔，高效，可靠，優(yōu)化。好的硬件可以給程序的編寫帶來(lái)極大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以很好的提高信號(hào)設(shè)計(jì)的精度和靈敏度，使整個(gè)系統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)有序，從而使整個(gè)系統(tǒng)更好的實(shí)現(xiàn)功能。對(duì)于電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，我采用STC89C52為核心處理器，用DS1302時(shí)鐘芯片可以實(shí)時(shí)讀取時(shí)間，通過(guò)DS18B20測(cè)得溫度，最后將時(shí)間，溫度通過(guò)LCD1602顯示出來(lái)，并可以通過(guò)語(yǔ)音芯片ISD4004實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)語(yǔ)音報(bào)時(shí)功能。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，我將其分為不同的功能模塊，各個(gè)模塊之間相互聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)。通過(guò)單片機(jī)程序構(gòu)成統(tǒng)一的整體。 硬件原理框圖第四節(jié) STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介一、STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介 STC89C52是一種帶有8K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS，8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該芯片具有優(yōu)異的性價(jià)比，集成度高，體積小，可靠性強(qiáng)，控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，[14]。 STC89C52引腳圖二、STC89C52單片機(jī)主要特性 。 STC89C52主要特性第五節(jié) DS1302時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介一、DS1302基本工作原理 DS1302是一種高性能，低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。[8]。 DS1302引腳圖二、DS1302主要特性 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以提供時(shí)，分，秒，年，月，日和星期，一個(gè)月小和31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，具有閏年補(bǔ)償功能。采用雙電源供電方式（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)和該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛的應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中。 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六節(jié) LCD1602液晶屏簡(jiǎn)介一、LCD1602基本工作原理 LCD1602液晶也叫著1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母，數(shù)字，符號(hào)等的點(diǎn)型液晶模塊。它由若干5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符 ，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間距，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2既可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。[3]。 LCD1602管腳圖二、LCD1602主要特性 LCD1602可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0D7，和RS,R/W,EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光，該模塊也可以只使用D4D7作為四位數(shù)據(jù)分兩次傳送，這樣可以節(jié)約MCU的IO資源。[15]。 LCD1602各引腳功能及結(jié)構(gòu)第七節(jié) ISD4004語(yǔ)音芯片簡(jiǎn)介一、ISD4004基本工作原理 ISD4004可以實(shí)現(xiàn)單片8至16分鐘語(yǔ)音錄放，內(nèi)置微控制器串行通信接口，需要3V工作單電源工作，可以進(jìn)行多段信息處理，工作電流在2530mA，維持電流為1uA。同時(shí)不掉電信息保存100年，采用高質(zhì)量，自然的語(yǔ)音還原技術(shù)。10萬(wàn)次錄音周期，自動(dòng)靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘，可選用外部時(shí)鐘。 ISD4004引腳圖二、ISD4004主要特性 ISD4004系列工作電壓為3V，單片錄放時(shí)間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用有移動(dòng)電話以及便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，含有內(nèi)部振蕩器，防混淆濾波器， 平滑濾波器，音頻放大器，自動(dòng)靜噪器及高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過(guò)串行通信接口送入，芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)存儲(chǔ)值直接存在片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器中，因此能夠十分真實(shí)，自然的再現(xiàn)語(yǔ)音，音樂(lè)音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成量化噪聲和“金屬聲”。,，頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，而音質(zhì)有所下降，片內(nèi)信息存于閃存中，可以在斷電的情況下保持100年，反復(fù)錄音10萬(wàn)次。[11]。 ISD4004內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 第八節(jié) DS18B20溫度芯片簡(jiǎn)介一、DS18B20基本工作原理 DS18B20具有獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信，每個(gè)器件有唯一的64位的序列號(hào)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的多點(diǎn)溫度測(cè)試應(yīng)用，并不需要外部器件?？赏ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)線供電，,測(cè)量溫度范圍是55125攝氏度。溫度計(jì)分辨率可以被使用者選擇為9位，最多在750ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字，用戶可以自定義非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。主要應(yīng)用包括溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)品，溫度計(jì)或任何熱感測(cè)溫系統(tǒng)。[13]。 DS18B20引腳圖二、DS18B20主要特性 DS18B20采用一線通信接口，必須先完成ROM的設(shè)定，主要是提供以下的功能命令，讀ROM,ROM的匹配，搜索ROM，跳過(guò)ROM，報(bào)警檢查，這些指令操作作用在一個(gè)器件的64位光刻ROM序列號(hào)，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)總線也