基于51单片机的语音电子时钟系统

江苏师范大学毕业设计题目基于51单片机的语音电子时钟系统学生姓名李承鑫学号108319128专业自动化系别机电系指导教师张兴奎二零一四年三月I摘要单片计算机既单片微型计算机。由RAM,ROM,CUP构成，定时，计数和多种接口与一体的微型控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习，设计的能力。本文以AT89C51单片机为核心，将时钟集成芯片DS1302产生的时钟信号送入单片机，由六位数码管动态显示；采用不断查询单片机存储的作息时间的方法，利用语音芯片播放音乐，同时采取定义三个按键及软件控制的方式，实现快速校时和整点报时功能；硬件部分介绍时钟集成芯片DS1302以及时钟信号模块、HY-1系列语音芯片以及自动控制打铃模块、直流电源模块、单片机AT89C51及动态显示模块；软件部分主要介绍设计思路及主程序以及各模块程序流程图。关键词：数字时钟；单片机；时钟集成芯片；语音芯片III目录绪论...................................................................11.系统的总体设计......................................................21.1系统设计要求....................................................21.2系统设计总方案..................................................21.2.1时钟电路方案...............................................31.2.2数码管显示方案.............................................32.系统的硬件设计......................................................52.1时钟电路模块....................................................52.1.1时钟电路硬件连接图........................................52.1.2时钟电路模块工作原理......................................52.1.3时钟芯片DS1302............................................52.2校时电路模块....................................................82.1.1校时电路硬件连接图........................................82.1.2校时电路模块工作原理......................................92.3整点报时模块....................................................92.1.1整点报时电路硬件连接图....................................92.1.2整点报时电路模块工作原理.................................102.4数码管显示模块.................................................102.4.1数码管显示电路硬件连接图.................................102.4.2数码管显示模块工作原理...................................112.4.3数码管...................................................112.4.4驱动器...................................................132.5音乐打铃模块...................................................152.5.1音乐打铃电路电路硬件连接图...............................152.5.2音乐打铃模块工作原理.....................................152.5.3HY-1系列语音芯片.........................................162.6AT89C51的外设电路..............................................162.6.1AT89C51单片机.............................................162.6.2时钟电路..................................................212.6.3复位电路..................................................212.7直流电源电路....................................................222.8系统总原理图....................................................23IV3.系统的软件设计.....................................................253.1软件设计思路...................................................253.1.1显示电路设计思路.............................................263.1.2整点报时和语音电路设计思路...................................263.1.3校时电路设计思路.............................................28结论..................................................................29致谢..................................................................30参考文献..............................................................31附录..................................................................32东华理工大学长江学院毕业设计（论文）绪论1绪论数字时钟是采用数字电路实现时、分、秒显示的计时装置，广泛用于个人家庭、车站、码头等场所，成为人们日常生活不可缺少的必需品。由于电子时钟采用了石英技术，因而走时精度高、稳定性好、使用方便、不需要经常调校。与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命。数字电子时钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用数码管LED代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行校时。故钟表的数字化给人们的生活带来了极大的方便。然而随着电子技术的飞速发展以及人们的生活水平不断的提高，人们对于时钟的要求不仅仅在于简单的计时，更趋向多功能的数字时钟。比如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、温度计量功能、自动报时等功能。在自动控制工程中常常用到时钟。比如，上下课钟声是按特定的作息时间鸣响的；某些自动门有定时开闭的要求。在很多实际应用中，只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，便可以实现对应的功能。因此研究数字时钟及其应用，有着非常现实的意义。近年来由于大规模集成电路的发展，单片机具有功耗低、体积小、控制功能强、扩展灵活、价格便宜、使用方便等优点，促使单片机被广泛的应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化以及过程控制等领域。本文的语音电子时钟正是以单片机为核心，时钟集成芯片、语音芯片、数码管等元件组成。通过对数字时钟的硬件电路以及对单片机的软件控制，使得设计的电子时钟实现整点报时、快速校时等功能。因而基于51单片机的数字语音电子时钟具有硬件结构简单，所需元件较少，实用性更强。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统的总体设计21.系统的总体设计1.1系统设计要求本课题的设计要求和技术指标：1.系统具有时、分、秒计时，6位数字显示功能；2.系统具有快速校时功能；3.系统具有整点报时功能；4.以时钟电路为基础，设计一个长江学院作息时间自动打铃器。1.2系统设计总方案根据系统的设计要求和技术指标，基于时钟电路、显示电路、自动控制打铃电路等问题，考虑到三个设计方案：方案一：选用TTL、CMOS电路实现，主要包括晶体振荡器电路、分频器电路、时间计数器电路、七段译码驱动电路、LED数码管显示电路、校准电路。这钟设计方案主要靠硬件电路和准确计算元件参数来达到设计要求，因此，电路使用分立元件较多、灵活性小、电路复杂、调试困难、集成度较低等缺点。方案二：选大规模时钟集成芯片LM8361搭建时钟电路，用存储器RAM6264作译码器，设计作息时间自动打铃器。该设计方案采用的专门时钟集成芯片LM8361是一种动态共阴屏幕具有性能稳定、走时功能、定时功能和睡眠功能。可以使用50或60hz频率作为数字钟的基准频率。但此芯片不易购买。虽然使用元件较少，但是线路复杂，也主要依靠硬件电路实现功能，计算量较大。方案三：选用51系列单片机为核心元件，由时钟电路、显示电路、直流电源电路等模块组成语音电子时钟系统。通过简单的硬件电路和51单片机软件控制的方法完成系统的设计要求。由于时钟的实现大部分是由软件的编程来实现的，因此没有前两种方案的硬件的束缚。而且只要对数字时钟的硬件电路和程序加以一定的修改，就能实现更多功能的数字时钟的设计。综合上述三种设计方案的比较，基于成本等元素的考虑，本文采用方案三。根据系统的设计要求，采用单片机AT89C51作为控制器件，本系统的设计主要包括时钟电路模块、校时模块、整点报时模块、数码管显示模块、音乐打铃模块，该系统框图如图1-1所示：东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统的总体设计3图1-1系统原理框图1.校时模块：用于实现快速设置时、分的值。2.整点报时模块：当分值计满60时，通过蜂鸣器发出响声。3.时钟电路模块：用于产生时钟信号，且将时钟信号送入单片机处理。4.数码管显示模块：六位数码管动态的显示时、分、秒。5.音乐打铃模块：依照作息时间，在特定的时间到达之时播放乐曲。1.2.1时钟电路方案方案一：通过软件方式实现时钟电路。在单片机内部存储时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合的方式，实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分值加1；若分值到达60，则分值清零，并将时值加1；若时值达到24，则将时值清零。由于每次执行程序时，定时器都要重新赋予初值，所以该时钟精度不高。方案二：采用专门时钟电路集成芯片DS1302，该芯片内部采用石英晶体振荡器，能够提供更加精确的时间信号。还有一个月小与31天时自动调整，且具有闰年补偿功能。为了保证时钟在突然掉电情况下仍能正常工作，芯片采用了双电源供电，以备随时提供正确的时间，且该芯片价格便宜。基于上述两种方案的比较，本文采用时钟电路集成芯片DS1302，即方案二。控制器件AT89C51校时模块整点报时模块时钟电路模块DS11302直流电源模块数码管显示模块音乐打