【正文】 基于單片機的智能時鐘設(shè)計與實現(xiàn) 摘 要 電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時，分，秒計時的裝置，廣泛的應(yīng)用在各種工作場所。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多功能的電子時鐘更是適應(yīng)現(xiàn)代化個性生活的一個新需求。 本文介紹了基于單片機的智能時鐘系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，時鐘系統(tǒng)是以STC89C52為核心，運用數(shù)字時鐘芯片DS1302，液晶顯示器LCD1602，語音芯片ISD4004和按鍵來實現(xiàn)實時顯示，整點報時等功能。系統(tǒng)分為實時時鐘，LCD顯示，整點報時，按鍵調(diào)整四個模塊。設(shè)計的系統(tǒng)的可以通過按鍵來調(diào)節(jié)時間，通過LCD模塊能夠?qū)崟r時間顯示出來，并且在整點的時候可以實現(xiàn)語音整點報時功能?？梢允谷烁又庇^的了解到電子時鐘的工作原理。該數(shù)字時鐘能長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的工作；同時還具有體積小、功耗低等特點，便于攜帶，使用方便。本報告對系統(tǒng)的工作原理，硬件電路和軟件進行了詳細的介紹。【關(guān)鍵詞】單片機 數(shù)字時鐘 液晶顯示 語音報時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世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展的趨勢將進一步向CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。數(shù)字時鐘在單片機模塊里比較常見，數(shù)字時鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。智能數(shù)字時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時,分,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭,辦公室等公共場所,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)字時鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動開起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字時鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。第一章 數(shù)字時鐘概述第一節(jié) 時鐘發(fā)展歷史及趨勢一、發(fā)展歷史及趨勢在長達幾千年的時間中我們根本沒有方法可以精確的測定時間，在遠古時候，人們通過太陽的位置，日晷或沙漏來判斷時間。但是隨著如今社會的發(fā)展，我們只要瞧下時鐘就可以讀出時間，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們可以更加精確的方法測出時間。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)字時鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的功能。隨著社會的發(fā)展，鐘表會變的更加數(shù)字化，更加廣泛的應(yīng)用到生活的各方面中，同時也會在以前的基礎(chǔ)上增加許多功能，小型化，數(shù)字化，集成化，多功能化會成為未來發(fā)展的趨勢。第二節(jié) 智能數(shù)字時鐘簡介一、數(shù)字時鐘系統(tǒng)的基本特點,故需要在電路上加一個校時電路,。⑴晶體振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數(shù)字時鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的12MHz的方波信號,。⑵時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器電路構(gòu)成,秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器。第三節(jié) 研究的目的及意義 本設(shè)計主要的目的是基于單片機技術(shù)設(shè)計具有時間顯示，定時設(shè)置，聲音提示等多功能電子鬧鐘，提高自己綜合運用的實踐能力，進一步培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識很創(chuàng)新能力。同時可以了解數(shù)字時鐘基本的工作原理，設(shè)計出功能更加全面的數(shù)字時鐘來適應(yīng)時代的需求。第四節(jié) 研究內(nèi)容 本次設(shè)計的主要內(nèi)容包括：在液晶上顯示年、月、日、星期、時、分、秒；利用按鍵調(diào)整時間；自帶直流穩(wěn)壓電源；實現(xiàn)語音整點報時；每次有鍵按下時，蜂鳴器都可以段“滴”聲報警。 同時自己根據(jù)設(shè)計的要求，在原有的基礎(chǔ)上增加了測溫和溫度顯示功能。從而使整個設(shè)計更加全面，功能更加完善。第五節(jié) 本章小結(jié) 本章主要是簡述數(shù)字時鐘發(fā)展的歷史以及未來發(fā)展的趨勢，通過對數(shù)字時鐘發(fā)展和基本特點的了解，讓我們更加清楚的知道未來對時鐘的需求，以及未來時鐘發(fā)展的趨勢。同時進一步了解本次設(shè)計的研究目的以及相關(guān)內(nèi)容。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計第一節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計原理 本次設(shè)計是基于STC89C52單片機，采用DS1302時鐘芯片來實時讀取年，月，日，時，分，秒和星期，通過LCD1602液晶顯示屏，將所得到的時間顯示出來。同時通過按鍵來實現(xiàn)時間的調(diào)整，同時通過DS18B20溫度傳感器讀取相應(yīng)溫度，在液晶屏上顯示出來。最后加入整點報時功能，通過語音芯片能夠?qū)崿F(xiàn)整點報時，實現(xiàn)語音播報。第二節(jié) 時鐘系統(tǒng)設(shè)計方案選擇 基于單片機的時鐘系統(tǒng)設(shè)計方案： 方案一：基本門電路搭建，用基本門電路來實現(xiàn)數(shù)字時鐘，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障系數(shù)大，不易調(diào)試。 方案二：單片機編程，用單片機設(shè)計電路，由于使用軟硬件結(jié)合的方式，所以電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試也相對方便。與第一種方案比較優(yōu)點的是非常明顯的。 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)計決定了一個系統(tǒng)的功能，是設(shè)計的基礎(chǔ)所在，而一般的設(shè)計的目標是：簡潔，高效，可靠，優(yōu)化。好的硬件可以給程序的編寫帶來極大的優(yōu)勢，同時可以很好的提高信號設(shè)計的精度和靈敏度，使整個系統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)有序，從而使整個系統(tǒng)更好的實現(xiàn)功能。對于電子時鐘的設(shè)計，我采用STC89C52為核心處理器，用DS1302時鐘芯片可以實時讀取時間，通過DS18B20測得溫度，最后將時間，溫度通過LCD1602顯示出來，并可以通過語音芯片ISD4004實現(xiàn)整點語音報時功能。根據(jù)本次設(shè)計的要求，我將其分為不同的功能模塊，各個模塊之間相互聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)。通過單片機程序構(gòu)成統(tǒng)一的整體。 硬件原理框圖第四節(jié) STC89C52單片機簡介一、STC89C52單片機簡介 STC89C52是一種帶有8K字節(jié)的FLASH存儲器的低電壓，高性能CMOS，8位微處理器，俗稱單片機。該芯片具有優(yōu)異的性價比，集成度高，體積小，可靠性強，控制功能強等優(yōu)點，[14]。 STC89C52引腳圖二、STC89C52單片機主要特性 。 STC89C52主要特性第五節(jié) DS1302時鐘芯片簡介一、DS1302基本工作原理 DS1302是一種高性能，低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。[8]。 DS1302引腳圖二、DS1302主要特性 DS1302實時時鐘可以提供時，分，秒，年，月，日和星期，一個月小和31天時可以自動調(diào)整，具有閏年補償功能。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，提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)和該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛的應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六節(jié) LCD1602液晶屏簡介一、LCD1602基本工作原理 LCD1602液晶也叫著1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母，數(shù)字，符號等的點型液晶模塊。它由若干5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符 ，每位之間有一個點距的間距，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個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0D7，和RS,R/W,EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(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語音芯片簡介一、ISD4004基本工作原理 ISD4004可以實現(xiàn)單片8至16分鐘語音錄放，內(nèi)置微控制器串行通信接口，需要3V工作單電源工作，可以進行多段信息處理，工作電流在2530mA，維持電流為1uA。同時不掉電信息保存100年，采用高質(zhì)量，自然的語音還原技術(shù)。10萬次錄音周期，自動靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘。 ISD4004引腳圖二、ISD4004主要特性 ISD4004系列工作電壓為3V，單片錄放時間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用有移動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，自動靜噪器及高密度多電平閃爍存儲陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口送入，芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個存儲值直接存在片內(nèi)閃爍存儲器中，因此能夠十分真實，自然的再現(xiàn)語音，音樂音調(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，錄放時間越長，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10萬次。[11]。 ISD4004內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 第八節(jié) DS18B20溫度芯片簡介一、DS18B20基本工作原理 DS18B20具有獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通信，每個器件有唯一的64位的序列號存儲在內(nèi)部存儲器中，可以進行簡單的多點溫度測試應(yīng)用，并不需要外部器件。可通過數(shù)據(jù)線供電，,測量溫度范圍是55125攝氏度。溫度計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警設(shè)置。主要應(yīng)用包括溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費品，溫度計或任何熱感測溫系統(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ROM，報警檢查，這些指令操作作用在一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時總線也