基于51單片機(jī)、時(shí)鐘芯片、語(yǔ)音芯片的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于51單片機(jī)、DS1302和ISD1420數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)09級(jí)通信工程羅強(qiáng)胡自健覃詠輝2021年5月4日 目錄 一、引言 二、總體設(shè)計(jì) 三、硬件設(shè)計(jì) 四、軟件設(shè)計(jì) 五、數(shù)字鐘制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題 六、總結(jié) 附錄：作品圖片展示 附錄：DS1302時(shí)鐘芯片的工作原理和使用方發(fā) 附錄：參考資料一、引言 此次是科技學(xué)院舉辦的首屆“電子設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)大賽，我們班的同學(xué)積極參加，設(shè)計(jì)出屬余自己的滿意作品。 為了進(jìn)一步熟悉51單片機(jī)的編程以及學(xué)習(xí)數(shù)字鐘的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，我們進(jìn)行了本次數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)。我們?cè)谝?guī)定的一個(gè)多星期時(shí)間里，基于51單片機(jī)STC89C52單片機(jī)、時(shí)鐘芯片DS1302及語(yǔ)音芯片ISD14

2、20設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字時(shí)鐘。在硬件焊接完成并且調(diào)試成功之際，為了進(jìn)一步提高自己動(dòng)手能力和編程能力，對(duì)這次數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)和制作的過(guò)程中遇到的問(wèn)題及設(shè)計(jì)思路做一總結(jié)。 隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，對(duì)時(shí)間的要求越來(lái)越高，精準(zhǔn)數(shù)字計(jì)時(shí)的消費(fèi)需求也是越來(lái)越多?，F(xiàn)在，最具代表性的計(jì)時(shí)產(chǎn)品就是電子萬(wàn)年歷除了原有的顯示時(shí)間、日期等根本功能外，還具有鬧鈴，語(yǔ)音報(bào)時(shí)、報(bào)警等功能。其利用STC89系列單片微機(jī)制成萬(wàn)年歷電路，采用軟件和硬件結(jié)合的方法，控制LED數(shù)碼管輸出，分別用來(lái)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，其最大特點(diǎn)是:硬件電路簡(jiǎn)單，安裝方便易于實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特,可靠。在21世紀(jì)的今天，單片機(jī)仍然有著它不

3、可替代的地位和獨(dú)，為了進(jìn)一步學(xué)習(xí)51單片機(jī)的控制和編程，我們利用51單片機(jī)自己設(shè)計(jì)并制作數(shù)字鐘。 二、總體設(shè)計(jì) 此數(shù)字鐘主要利用單片機(jī)STC89C52、時(shí)鐘芯片DS1302和語(yǔ)音芯片ISD1420設(shè)計(jì)完成。2.1設(shè)計(jì)與運(yùn)行環(huán)境數(shù)字鐘的程序設(shè)計(jì)和調(diào)試均在Keil uVision2環(huán)境下完成的。設(shè)計(jì)并完成的程序下載至STC89C52單片機(jī)后，即可初始化時(shí)鐘芯片DS1302從而開(kāi)始計(jì)時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始正常運(yùn)行。2.2硬件功能描述 數(shù)字鐘能夠完成24小時(shí)制計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)初始化值設(shè)為12:30:30，用戶可以通過(guò)按鍵調(diào)整時(shí)鐘的初值實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能，可以通過(guò)軟件設(shè)定3個(gè)24小時(shí)以內(nèi)任意時(shí)刻的鬧鈴，且能進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)時(shí)，用戶

4、可以手動(dòng)選擇鬧鈴的開(kāi)或者關(guān)兩種狀態(tài)。三、硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件框圖80c52DS1302ISD142074ls234共陽(yáng)數(shù)碼管鬧鈴LM386speaker MIC3.2、硬件設(shè)計(jì) 數(shù)字鐘的電路主要有電源模塊、顯示模塊、按鍵模塊、復(fù)位電路模塊、時(shí)鐘芯片模塊、語(yǔ)音芯片模塊、主控芯片STC89C52模塊和鬧鈴模塊等大模塊組成。 3.2.1、電源 電源模塊采用7805進(jìn)行穩(wěn)壓，保證+5V電壓的穩(wěn)定輸出，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。7.4vcc+-+-+電源穩(wěn)壓芯片+- 3.2.2、獨(dú)立按鍵模塊 系統(tǒng)有6個(gè)獨(dú)立按鍵，獨(dú)立按鍵S1、S2、S3分別接至單片機(jī)P3.2、P0.0、P0.3口，S4、S

5、5、S6分別接至語(yǔ)音芯片P27、P25、P24。s1s2s3s4s5s6調(diào)時(shí)按鍵語(yǔ)音芯片錄放音按鍵P3.2P0.0P0.3P27P25P243.2.3、顯示模塊 一個(gè)良好的顯示模塊對(duì)一個(gè)系統(tǒng)非常重要，所有操作結(jié)果和計(jì)時(shí)結(jié)果，都要通過(guò)顯示模塊來(lái)顯示出來(lái)。常用的顯示模式有LED 7段數(shù)碼管顯示、點(diǎn)陣顯示和液晶顯示。液晶顯示屏LCD具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，可視面積大，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但由于液晶其本錢也偏高。在使用時(shí)，不能有靜電干擾，否那么易燒壞液晶的顯示芯片。鑒于LED 7段數(shù)碼管本錢低，也比較容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，最終確定使用共陰極數(shù)碼管來(lái)顯示。 本系統(tǒng)顯示模塊電路由一塊74l

6、s245、和兩個(gè)四位一體7段數(shù)碼管組成。74ls245用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，74ls245的A0A7分別接四位一體數(shù)碼管的段選。74LS245P23.2.4、復(fù)位電路模塊 復(fù)位電路主要的功能是是整個(gè)系統(tǒng)初始化，在每次上電時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)初始化，如果在程序運(yùn)行的過(guò)程中程序沒(méi)有響應(yīng)或者需要進(jìn)行一次初始化，這是可以通過(guò)按復(fù)位開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的有效操作。3.2.5時(shí)鐘芯片模塊DS1302時(shí)鐘芯片是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)時(shí)的關(guān)鍵。利用DS1302時(shí)鐘芯片獨(dú)立于單片機(jī)來(lái)計(jì)時(shí)，在提高計(jì)時(shí)進(jìn)度的同時(shí)也提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力。DS1302通過(guò)SCLK、I/O、RES端口和單片機(jī)STC90C52進(jìn)行通信。SCLK接至單片機(jī)P3

7、.4口，在讀寫(xiě)操作時(shí)給DS1302提供相應(yīng)的時(shí)鐘脈沖；I/O接至P3.5用來(lái)傳送所有的數(shù)據(jù)；RES接至單片機(jī)P3.6上用來(lái)控制單片機(jī)與時(shí)鐘芯片間的數(shù)據(jù)傳送的開(kāi)始與結(jié)束。DS1302的工作原理及使用方法見(jiàn)附錄。 3.2.6語(yǔ)音芯片模塊 ISD1420模塊單片錄放時(shí)間20秒，音質(zhì)好。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、話筒前置放大、自動(dòng)增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及 EEPROM 陣列。最小的錄放系統(tǒng)僅需麥克風(fēng)、喇叭、兩個(gè)按鈕、電源及少數(shù)電阻和電容。 其性能特點(diǎn)如下： 1使用方便的單片20秒語(yǔ)音錄放 2高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音復(fù)原技術(shù)3邊沿/電平觸發(fā)放音4自動(dòng)節(jié)電，維持電流0.5A5不耗

8、電信息保存100年(典型值)6100,000 次錄音周期典型值7多段信息處理，可分1至160 段8片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘，也可選用外部時(shí)鐘9無(wú)需開(kāi)發(fā)系統(tǒng)105V 單電源工作ISD1420的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖ISD1420固定地址錄放音電路3.1.7、主控模塊主控模塊的核心組成局部是單片機(jī)STC89C52， 承擔(dān)著所有操作任務(wù)的調(diào)控與分派工作。 3.2.8、鬧鈴模塊鬧鈴模塊由蜂鳴器和蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)三極管組成。在有鬧鈴發(fā)生的時(shí)候，蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，產(chǎn)生鬧鈴的效果。四、軟件設(shè)計(jì) 4.1、程序設(shè)計(jì)流程圖 4.1.1、主程序流圖 開(kāi)始DS1302初始化讀一次DS1302計(jì)數(shù)值判斷鬧鈴是否發(fā)生？鬧鈴響Y語(yǔ)音

9、報(bào)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示掃描NINTO是否中斷？中斷校時(shí)YN 4.1.2、DS1302讀寫(xiě)流程圖結(jié)束結(jié)束寫(xiě)DS1302讀DD13024.2、源程序 本程序主要實(shí)現(xiàn)的功能：利用時(shí)鐘芯片DS1302、語(yǔ)音芯片ISD1420和STC89C52進(jìn)行高精度計(jì)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)、分、秒的顯示，具有校時(shí)、定時(shí)、鬧鈴和語(yǔ)音報(bào)時(shí)的功能。#include#includetypedef unsigned char uchar; /驅(qū)動(dòng)程序定義#define WRITE_SECOND 0 x80 #define WRITE_MINUTE 0 x82 #define WRITE_HOUR 0 x84#define READ_SECON

10、D 0 x81#define READ_MINUTE 0 x83#define READ_HOUR 0 x85#define WRITE_PROTECT 0 x8Euchar second,minute,hour; / 定義三個(gè)全局量uchar code table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;/共陽(yáng) h-a/位尋址存放器定義sbit ACC_7 =ACC7;sbit SCLK =P34; /DS1032時(shí)鐘信號(hào)sbit DIO =P35; / DS132數(shù)據(jù)信號(hào)sbit CE =P36; / DS10

11、32片選sbit P2_0=P10;sbit P2_1=P21;sbit P2_2=P22;sbit P2_3=P23;sbit P2_4=P24;sbit P2_5=P25;sbit P2_6=P26;sbit P2_7=P27;sbit P0_0=P00;sbit P0_1=P01;sbit P0_2=P02;sbit P0_3=P03;sbit P0_4=P04;sbit P0_5=P05;sbit P0_6=P06;sbit P0_7=P07; sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sbit P3_3=P33;sbit P3_7=P37;/地址、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序void

12、 Write1302(uchar address,uchar dat) uchar i,temp; CE=0; /數(shù)據(jù)傳送終止 SCLK=0; /清零時(shí)鐘總線 CE=1; /發(fā)送地址 for(i=8;i0;i-) /循環(huán)8次移位 SCLK=0; temp=address; DIO=(bit)(temp&0 x01); /每次傳送低字節(jié) address=1; /右移一位 SCLK=1; /發(fā)送數(shù)據(jù)for(i=8;i0;i-) SCLK=0; temp=dat; DIO=(bit)(temp&0 x01); dat=1; SCLK=1; CE=0;/數(shù)據(jù)讀取子程序uchar Read1302(uc

13、har address) uchar i,temp,data1,data2; CE = 0; SCLK = 0; CE = 1; /讀取數(shù)據(jù)for(i=8;i0;i-) ACC_7=DIO; SCLK=1; ACC=1; SCLK=0; CE=0; data1=ACC; data2=data1/16;/數(shù)據(jù)進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 data1=data1%16;/16進(jìn)制轉(zhuǎn)換10進(jìn)制 data1=data1+data2*10; return(data1);/初始化DS1302 void DS1302Initial() Write1302(WRITE_PROTECT ,0 x00); / 禁止寫(xiě)保護(hù) Writ

14、e1302(WRITE_SECOND ,0 x30); / 秒初始化 Write1302(WRITE_MINUTE ,0 x30); / 分初始化 Write1302(WRITE_HOUR ,0 x12); / 小時(shí)初始化 Write1302(WRITE_PROTECT,0 x80); / 允許寫(xiě)保護(hù) /定時(shí)器延時(shí) void delay( uchar delaytime) uchar i; TMOD=0X02; /T0定時(shí)器,方式2,自動(dòng)重裝初值 TL0=0XA3; /每次0.1ms TH0=0XA3; TR0=1; /啟動(dòng)T0 for( i=delaytime;i0;i-) while(!T

15、F0); TF0=0; /溢出標(biāo)志清零 TR0=0; /加一操作 uchar INC(uchar time) uchar data1,data2; time+; data1=time%10; data2=time/10; data1=data2*16+data1; /10進(jìn)制轉(zhuǎn)16進(jìn)(逆) return(data1); /語(yǔ)音芯片地址void IDS1420_add(uchar a0,uchar a1,uchar a2,uchar a3,uchar a4,uchar a5,uchar a6,uchar a7) P0_4=a0; P0_5=a1; P0_6=a2; P0_7=a3; P0_1=a

16、4; P0_2=a5; P3_1=a6; P3_7=a7; void IDS1420_play() P3_3=0; delay(20); P3_3=1; /數(shù)碼管顯示 void display(uchar sec,uchar min,uchar hou ) P2_7=1; P1=tablesec%10; delay(30); P2_7=0; P2_6=1; P1=tablesec/10; /顯示秒 delay(30); P2_6=0; P2_5=1; P1=tablemin%10; delay(30); P2_5=0; P2_4=1; P1=tablemin/10; /顯示分 delay(30

17、); P2_4=0; P2_3=1; P1=tablehou%10; delay(30); P2_3=0; P2_2=1; P1=tablehou/10; /顯示時(shí) delay(30); P2_2=0; P2_0=1; P1=table0; /顯示余2位為0 delay(30); P2_2=0; P2_1=1; P1=table0; /顯示余2位為0 delay(30); P2_1=0; /主函數(shù) void main() uchar i; P0_4=1; P0_5=1; P0_6=1; P0_7=1; P0_1=1; P0_2=1; P3_1=1; P3_7=1; P3_3=1; EA=1;

18、IT0=1; /外部中斷0負(fù)沿觸發(fā) DS1302Initial(); P3_0=0; while(1) second= Read1302(READ_SECOND); minute= Read1302(READ_MINUTE); hour = Read1302(READ_HOUR); display( second, minute, hour) ; EX0=1; delay(10);EX0=0; if(hour=12&minute=31&second=0) P3_0=1; /開(kāi)鬧鈴 for(i=5000;i0;i-) /延時(shí)3秒,鬧響3秒 second= Read1302(READ_SECOND

19、); minute= Read1302(READ_MINUTE); hour = Read1302(READ_HOUR); display( second, minute, hour); delay(20); P3_0=0; /關(guān)鬧鈴 /IDS1420_play(); for(i=3000;i0;i-) second= Read1302(READ_SECOND); minute= Read1302(READ_MINUTE); hour = Read1302(READ_HOUR); display( second, minute, hour); delay(20); P0_4=1; IDS142

20、0_play(); if(hour=12&minute=39&second=0) P3_0=1; for(i=50000;i0;i-) second= Read1302(READ_SECOND); minute= Read1302(READ_MINUTE); hour = Read1302(READ_HOUR); display( second, minute, hour); delay(20); P3_0=0; /IDS1420_add(0,0,0,0,0,0,0,0); IDS1420_play(); for(i=3000;i0;i-) second=Read1302(READ_SECON

21、D); minute= Read1302(READ_MINUTE); hour = Read1302(READ_HOUR); display( second, minute, hour); delay(20); /IDS1420_add(0,0,0,1,0,1,1,1); IDS1420_play(); if(hour=12&minute=39&second=0) P3_0=1; for(i=50000;i0;i-) second= Read1302(READ_SECOND); minute= Read1302(READ_MINUTE); hour = Read1302(READ_HOUR);

22、 display( second, minute, hour); delay(20); P3_0=0; /IDS1420_add(0,0,0,0,0,0,0,0); IDS1420_play(); for(i=3000;i0;i-) second= Read1302(READ_SECOND); minute= Read1302(READ_MINUTE); hour = Read1302(READ_HOUR); display( second, minute, hour); delay(20); /IDS1420_add(0,0,1,0,0,0,1,1); IDS1420_play(); /中斷

23、調(diào)時(shí) void set_time() interrupt 0 using 0 uchar MINUTE = minute; uchar HOUR = hour; uchar i; for(i=5500;i0;i+) if(P0_0=0) delay(2000); if(P0_0=0) MINUTE=INC(minute); Write1302(WRITE_PROTECT ,0 x00); Write1302(WRITE_MINUTE , MINUTE); Write1302(WRITE_PROTECT,0 x80); minute= Read1302(READ_MINUTE); if(P0_3

24、=0) delay(2000); if(P0_3=0) HOUR=INC(hour); Write1302(WRITE_PROTECT ,0 x00); Write1302(WRITE_HOUR ,HOUR); Write1302(WRITE_PROTECT,0 x80); hour= Read1302(READ_HOUR); display( second, minute, hour) ; delay(1800); 五、數(shù)字鐘制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題1、執(zhí)行完中斷程序后，不能返回到主程序。 解決方法：在主程序中設(shè)置一段時(shí)間，專門檢測(cè)外部中斷，設(shè)置的時(shí)間要適宜，通過(guò)多調(diào)試幾次來(lái)確定。2、在調(diào)時(shí)過(guò)程

25、中數(shù)碼管顯示時(shí)間不穩(wěn)定，有時(shí)還自動(dòng)復(fù)位。 解決方法：多數(shù)情況是由于電源電量缺乏，導(dǎo)致單片機(jī)工作不穩(wěn)定，此時(shí)將電池充滿電，接入電路即可。3、數(shù)碼管顯示時(shí)間，但有時(shí)時(shí)間混亂。 可能原因：?jiǎn)纹瑱C(jī)與時(shí)鐘芯片連接的三根線間有串?dāng)_，用三根單獨(dú)的線連接，不能整齊排在一起，防止竄擾。4、蜂鳴器在沒(méi)有鬧鈴發(fā)生時(shí)沒(méi)有聲音，在鬧鈴響完以后還回有比較小的嘟嘟聲?？赡茉颍豪硐霠顟B(tài)下在鬧鈴響完后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的三極管截止，蜂鳴器上沒(méi)有電流流過(guò)，蜂鳴器出在不發(fā)聲狀態(tài)。鬧鈴響完后蜂鳴器蜂鳴器仍然有很小的嘟嘟聲，說(shuō)明此時(shí)有干擾脈沖通過(guò)蜂鳴器。為了進(jìn)一步減小蜂鳴器的嘟嘟聲。在蜂鳴器兩端接入300PF的電容后聲音有所減小但沒(méi)有消除。

26、但干擾的來(lái)源尚不清楚，可能是來(lái)自電源地的干擾。六、總結(jié) 通過(guò)制作數(shù)字鐘，加深了對(duì)51單片機(jī)的理解，能夠較熟練地使用74LS245雙向驅(qū)動(dòng)器、DS1302時(shí)鐘芯片、ISD1420語(yǔ)音芯片、蜂鳴器、LM386功率放大器等。加強(qiáng)了動(dòng)手能力，鍛煉了分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在制作數(shù)字鐘的過(guò)程中，以為它原理簡(jiǎn)單，運(yùn)用理論知識(shí)較少，很容易實(shí)現(xiàn)。但是，在實(shí)際中遇到很多沒(méi)想到問(wèn)題，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下這些問(wèn)題最終得以解決。同時(shí)明白了，課本上的理論知識(shí)是在理想的條件下成立，而在實(shí)際中會(huì)受到很多因素的影響，只有把這些因素都排出或降低到最小，那么這些功能才可能實(shí)現(xiàn)。 最后，感謝學(xué)院提供珍貴的鍛煉時(shí)機(jī)，祝工學(xué)部

27、“電子設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)大賽越辦越好！附錄：作品圖片展示圖片1圖片2圖片3圖片4附錄：DS1302時(shí)鐘芯片的工作原理和使用方發(fā)1、 DS1302簡(jiǎn)介 DS13021是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.55.5V。時(shí)鐘可工作在24小時(shí)格式或12小時(shí)AM/PM格式。 DS1302與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接。可采用一次傳送一個(gè)字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM存放器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 2、 DS1302引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS1302的引腳功能如表1所示，外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示2： 引腳號(hào) 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 2、3 X1、X2 振蕩源，外接32768Hz晶振 4 GND 地線 5 RST 復(fù)位/片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端雙向 7 SCLK 串行時(shí)鐘輸入端 8 VCC1 后備電源DS1302管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3、 DS1302的控制字DS1302的控制字節(jié)如圖2所示： 控制字節(jié)的最高有效位位