基于單片機的多功能時鐘設(shè)計畢業(yè)論文

1、編號 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)論論文文 題 目基于單片機的多功能時鐘設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部電氣工程系 專 業(yè)機電一體化 班 級 指導(dǎo)教師 顧問教師 二一三年十月 摘摘 要要 隨著生活節(jié)奏的加快，人們時間觀念的加強，時鐘已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ?中不可或缺的一部分，而如何在時鐘的基礎(chǔ)上，根據(jù)人們生活的需要增加相應(yīng) 的功能以及方便于人們的生活，成為時鐘設(shè)計方面的重點。單片機以其強大的 功能，低廉的價格成為許多多功能電子產(chǎn)品的首選。本文探討了一種帶數(shù)字溫 度計的語音時鐘的實現(xiàn)方案。介紹了以at89c52單片機為核心，控制實時時鐘芯 片ds1302，數(shù)字溫度芯片ds18b

2、20，語音芯片isd4003-4和液晶顯示模塊 ocm12864-1，實現(xiàn)時間和鬧鐘的顯示與調(diào)整，溫度顯示和語音報時。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：實時時鐘；語音報時；液晶顯示；數(shù)字溫度芯片 a abstractbstract with the quickening pace of life, it enhanced sense of time, the clock has become an indispensable part of daily life. how the clock basis, according to peoples live need to increase accordingl

3、y, function to facilitate peoples lives, become the focus of the clock design. microcontroller with its powerful features, low price to become the first choice for many multi-functional electronic products. the paper discusses a kind of realization of speech chronopher with digital thermometer. it i

4、ntroduces realizing displaying and adjusting time and alarm-time, displaying temperature and giving time by speech with at89c52 mcu as the core, controlling rtc chip ds1302, dts chip ds18b20, chipcorder isd4003-4, and lcd module. keywords: rtc; speech chronopher; lcd; dts 目目 錄錄 摘摘 要要 .i i abstractab

5、stract .iiii 第一章第一章 緒論緒論 .1 1 1.1 發(fā)展現(xiàn)狀、目的及意義.1 1.2 設(shè)計內(nèi)容.2 第二章第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 .3 3 2.1 整體框架概述.3 2.2 主控器 at89c52 .3 2.2.1 概述.3 2.2.2 主要性能.4 2.2.3 功能性描述.4 2.3 實時時鐘芯片 ds1302 .6 2.4 溫度傳感器 ds18b20 .7 2.5 液晶顯示模塊 12864 .9 2.5.1 概述.9 2.5.2 最大工作范圍.9 2.6 語音芯片及功放.10 2.6.1 概述.10 2.6.2 芯片內(nèi)部框圖以及電路圖.10 2.6.3 芯片管腳.

6、11 2.6.4 isd4003-4 指令表 .13 2.7 獨立式鍵盤設(shè)計 .13 第三章第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 .1515 3.1 主程序設(shè)計.15 3.2 ds1302.16 3.3 溫度芯片 ds18b20 .16 3.4 ocm12864 液晶顯示 .17 3.5 語音芯片 isd4003 .18 3.6 源程序.19 第四章第四章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 .2424 4.1 proteus軟件介紹.24 4.2 本設(shè)計調(diào)試.25 4.2.1 硬件調(diào)試.25 4.2.2 軟件調(diào)試.25 第五章第五章 結(jié)論與展望結(jié)論與展望 .2626 5.1 結(jié)論 .26 5.2 展望.26 致謝

7、致謝 .2626 參考文獻參考文獻 .2828 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 發(fā)展現(xiàn)狀、目的及意義發(fā)展現(xiàn)狀、目的及意義 單片機自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的 重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機具有體積小、重量輕、抗干擾能力 強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。單片機 是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的 中央處理器 cpu 隨機存儲器 ram、只讀存儲器 rom、多種 i/o 口和中斷系統(tǒng)、定 時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換 器、a/d 轉(zhuǎn)換器等電

8、路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 單片機在出現(xiàn)時，intel 公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embedded microcontroller） 。單片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備 中。這一點是巨型機和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。單片機在內(nèi)部已集成了越來越多的 部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，a/d 轉(zhuǎn)換器，d /a 轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，watchdog 電路，lcd 控制器等。 近年來單片機技術(shù)飛速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量越來越好，而成本卻越來越低，現(xiàn) 階段許多復(fù)雜、多用的電子器件普遍采用單片機來實現(xiàn)。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù) 的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計水平

9、的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人 們可能發(fā)現(xiàn)：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認(rèn)。同時， 隨著人們生活節(jié)奏的加快，時鐘已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵罚S多家用 電器都帶著時鐘模塊，而人們也不再滿足于僅僅具有時間顯示功能的時鐘，對 時鐘功能的要求也越來越全面，單片機以其強大的功能成為多功能電子時鐘的 首選，為電子時鐘的功能擴展提供了強大的支持，實現(xiàn)一物多用，提高電子時 鐘的使用價值。 當(dāng)然們不再滿足于電子時鐘的計時顯示功能時語音時鐘在社會生活中已經(jīng) 得到了廣泛應(yīng)用，本文探討的系統(tǒng)即為其中一種，給出的實現(xiàn)方案和系統(tǒng)設(shè)計 過程中實現(xiàn)的單片機模擬單線總線通信方式，單片機模

10、擬 spi 通信方式，有一 定參考價值。此外，文中探討的系統(tǒng)也對傳統(tǒng)的語音時鐘做了擴充，增加了數(shù) 字溫度計模塊。本設(shè)計詳細介紹了該系統(tǒng)的組成和基本原理，中帶你介紹了硬 件設(shè)計的思想和軟件設(shè)計的思路，保證在系統(tǒng)功能齊全，性能良好的前提下， 最大限度的簡化電路，降低系統(tǒng)的整體成本，提高系統(tǒng)的可靠性！ 1.21.2 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 基于單片機的多功能時鐘設(shè)計，主要探討了一種帶數(shù)字溫度計的語音時鐘 的實現(xiàn)方案。本方案采用單片機 at89c52 作為控制單元，與數(shù)字溫度芯片 ds18b20 接口獲得溫度數(shù)據(jù)，與實時時鐘芯片 ds1302 接口獲得時間/日歷數(shù)據(jù)， 通過與液晶模塊 ocm12864-1

11、接口顯示溫度，時間和日歷。按鍵中斷模塊包含四 個按鍵，分別與單片機 int0，int1，t0，t1 引腳連接，實現(xiàn)四個外部中斷源， 用以調(diào)整時間和鬧鐘，開關(guān)鬧鐘和控制語音報時。語音報時通過語音芯片 isd4003-4 和揚聲器實現(xiàn)。 第二章第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.12.1 整體框架概述整體框架概述 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。本方案采用單片機 at89c52 作為控制單元，與數(shù) 字溫度芯片 ds18b20 接口獲取溫度數(shù)據(jù)，與實時時鐘芯片 ds1302 接口獲取時間 /日歷數(shù)據(jù)，通過與液晶模塊 ocm12864-1 接口顯示溫度、時間和日歷。按鍵中 斷模塊包含了四個按鍵，分別與單

12、片機的 int0，int1，t0，t1 連接，實現(xiàn)四個 外部中斷源，用以調(diào)整時間和鬧鐘，開關(guān)鬧鐘和控制語音報時。 圖 2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.22.2 主控器主控器 at89c52at89c52 2.2.12.2.1 概述概述 at89c52 是一個低電壓，高性能 cmos 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反 復(fù)擦寫的 flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ， 器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令 系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 flash 存儲單元，功能強大的 at89c52 單

13、片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 at89c52 有 40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口，3 個 16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串行通信口，2 個讀寫口 線，at89c52 可以按照常規(guī)方法進行編程，但不可以在線編程（s 系列的才支持 在線編程） 。其將通用的微處理器和 flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦 寫的 flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。at89c52 有 pdip、pqfp/tqfp 及 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 2.2.22.2.2 主要性能主要性能 （1） 兼容 mcs51 指

14、令系統(tǒng)，8k 可反復(fù)擦寫（1000 次）flash rom； （2） 32 個雙向 i/o 口，256*8bit 內(nèi)部 ram； （3） 3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率 0-24mhz； （4） 2 個串行中斷，可編程 uart 串行通道； （5） 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； （6） 2 個讀寫中斷口線，3 級加密位； （7） 低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。 2.2.32.2.3 功能性描述功能性描述 at89c52 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 c51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要

15、用于會聚調(diào)整時 的功能控制。功能包括對會聚主 ic 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) ram 及外部接口等功能部 件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號 ir 的接收解碼及 與主板 cpu 通信等。 at89c52 的主要管腳有： （1） xtal1（19 腳）和 xtal2（18 腳）：振蕩器輸入輸出端口，外接 12mhz 晶振。rst/vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 vcc（40 腳）和 vss（20 腳）為供電端口，分別接+5v 電源的正負端； p0p3：為可編程通用 i/o 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，p0 端口（3239 腳）被定義為 n1 功

16、能控制端口，分別與 n1 的相應(yīng)功能管腳相連 接，13 腳定義為 ir 輸入端，10 腳和 11 腳定義為 i2c 總線控制端口，分別連 接 n1 的 sdas（18 腳）和 scls（19 腳）端口，12 腳、27 腳及 28 腳定義為握 手信號功能端口，連接主板 cpu 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào) 整狀態(tài)進入的控制功能。 （2） p0 口：p0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 i/o 口， 也即地址/數(shù)據(jù) 總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 ttl 邏輯門電 路，對端口 p0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或 程序存儲器時，這

17、組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期 間激活內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時，p0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時， 輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 p1 口：p1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口， p1 的輸出緩沖級 可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 ttl 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的 上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存 在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil） 。與 at89c51 不同之處是，p1.0 和 p1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 （p1.0/

18、t2）和輸入（p1.1/t2ex） 。 p2 口：p2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 的輸出緩沖 級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 ttl 邏輯門電路。對端口 p2 寫“1” ，通過 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為 內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil） 。在訪 問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 movx dptr 指令） 時，p2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 movx ri 指令）時，p2 口輸出 p2 鎖存器的內(nèi)容。flash 編程

19、或校驗時，p2 亦接收高位地址和一些控制信號。 p3 口：p3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口。p3 口輸出緩 沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 ttl 邏輯門電路。對 p3 口寫入“1”時， 它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 p3 口將用上 拉電阻輸出電流（iil） 。p3 口除了作為一般的 i/o 口線外，更重要的用途是它 的第二功能 ，p3 口還接收一些用于 flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制 信號。 （3） rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，rst 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上 高電平將使單片機復(fù)位。 （4） ale/prog：當(dāng)訪問

20、外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存 允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ale 仍以時鐘振蕩 頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要 注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ale 脈沖。對 flash 存儲器 編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog） 。如有必要，可通過對特殊功能 寄存器（sfr）區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置位，可禁止 ale 操作。該位置位后， 只有一條 movx 和 movc 指令才能將 ale 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單 片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ale 禁止位無效。 （5）

21、 psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號， 當(dāng) at89c52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù) 據(jù)）時，每個機器周期兩次 psen 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 psen 信號。 （6） ea/vpp：外部訪問允許。欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000hffffh） ，ea 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 lb1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 ea 端狀態(tài)。如 ea 端為高電平（接 vcc 端） ，cpu 則 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。flash 存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程 允許電源

22、vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12v 編程電壓 vpp。 （7） xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 （8） xtal2：振蕩器反相放大器的輸出 2.32.3 實時時鐘芯片實時時鐘芯片 ds1302ds1302 ds1302 是 dallas 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/ 日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) ram，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。圖 2-3 所示 為 ds1302 的引腳排列，其中 vcc1 為后備電源，vcc2 為主電源。ds1302 由 vcc1 或 vcc2 兩者中的較大者供電。所以在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時 鐘的連續(xù)運行。x

23、1 和 x2 是振蕩源，外接 32.768khz 晶振用來為芯片提供計時 脈沖。rst 是復(fù)位/片選線，通過把 rst 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳 送。rst 輸入有兩種功能：首先，rst 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入 移位寄存器；其次，rst 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) rst 為 高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 ds1302 進行操作。如果在傳送過 程中 rst 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電行動 時，在 vcc 大于等于 2.5v 之前，rst 必須保持低電平。在 sclk 為低電平時， 才能將 rst 置為高電平，

24、i/o 為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向） 。sclk 始終是輸入端。 圖 2-3 ds1302 的硬件接線圖 時鐘芯片 ds1302 的工作原理： a) ds1302 的控制字節(jié) ds1302 控制字節(jié)的高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把 數(shù)據(jù)寫入 ds1302 中，位 6 如果 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 ram 數(shù)據(jù)；位 5 至位 1 指示操作單元的地址；最低有效位（位 0）如為 0 表示 要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 b) 數(shù)據(jù)輸入輸出（i/o） 在控制指令字輸入后的下一個 sclk 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 ds

25、1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下 一個 sclk 脈沖的下降沿讀出 ds1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位 7。 c) ds1302 的寄存器 ds1302 有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù) 據(jù)位為 bcd 碼形式。 “ch”是時鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為 1 時，時鐘振蕩器停止， ds1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為 0 時，時鐘開始運行。 “wp”是寫保護位，在 任何的對時鐘和 ram 的寫操作之前， “wp”必須為 0。當(dāng)“wp”為 1 時，寫保護位 防止對任一寄存器的寫操作。 此外，ds1302

26、 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存 器及與 ram 相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器 外的所有寄存器內(nèi)容。ds1302 與 ram 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 ram 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 c0hfdh，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 ram 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 ram 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 feh(寫)、ffh(讀)。 2.42.4 溫度傳感器溫度傳感器 ds18b20ds18b20 本設(shè)計的測溫元件采用 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采

27、用美國 dallas 公司生產(chǎn)的 ds18b20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有 耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù) 字測溫和控制領(lǐng)域。使用 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器，可以感測周圍環(huán)境溫 度變化，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機進行處理，實現(xiàn)周圍環(huán)境實時溫度的監(jiān)測。 ds18b20 具有獨特的單線接口，只需 1 個接口引腳即可通信；多點能力使分 布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；不需要外部元件；可用數(shù)據(jù)線供電，不需備份 電源；測量范圍從 -55至+125，增量值為 0.5。等效的華氏溫度范圍是 -67f 至 257f；以 9 位數(shù)字方式讀出溫度；在 1 秒（典型值）內(nèi)

28、把溫度變 換為數(shù)字；用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置；告誡搜索命令識別和 尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況） ；應(yīng)用范圍包括恒溫控 制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產(chǎn)品，溫度計或任何熱敏系統(tǒng)。 下圖（圖 2-4）為 ds18b20 硬件接線圖 ： 圖 2-4ds18b20 引腳接線 引腳說明：gnd 為接地引腳；dq 為數(shù)據(jù)輸入輸出腳。用于單線操作，漏極 開路；vcc 接電源正； a) ds18b20 的主要特性 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： 3.05.5v，在寄生電源方式下可由 數(shù)據(jù)線供電。 2）獨特的單線接口方式， ds18b20 在與微處理器連接時僅需要一條口 線即可實現(xiàn)微處理器

29、與 ds18b20 的雙向通訊。 3）ds18b20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 ds18b20 可以并聯(lián)在唯一的三 線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 4）ds18b20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電 路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 5）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。 6）可編程 的分辨率為 912 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、 0.25、0.125和 0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。 7）在 9 位分辨率時最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨 率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度

30、信號，以 一 線總線串行傳送給 cpu，同時可傳送 crc 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。 9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正 常工作。 ds18b20 只需要接到控制器（單片機）的一個 i/o 口上，由于單總線為開漏 所以需要外接一個 4.7k 的上拉電阻。ds18b20 數(shù)據(jù)線是開漏結(jié)構(gòu)，這就意味著, 在沒有數(shù)據(jù)的時候,總線處于什么樣的狀態(tài)是不確定的.加一個上拉電阻就可以 使總線在空閑的時候處于高電平狀態(tài). b) ds18b20 的供電方式 ds18b20 的供電方式有兩種：寄生電源供電方式和外部電源供電方式。本 設(shè)計采用外部電源供電方式， ds18b20

31、工作電源由 vdd 引腳接入，此時 i/o 線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度。外部電 源供電方式是 ds18b20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而 且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng) 2.52.5 液晶顯示模塊液晶顯示模塊 1286412864 2.5.12.5.1 概述概述 ocm12864 液晶顯示模塊是 128*64 點陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及 圖形，可與 cpu 直接接口，具有 8 為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口、6 條控制線及電源線。采用 kso108 控制 ic，其接線圖如 2-5 外觀尺寸：1136511mm（ocm1286

32、4-1） ， 937010mm（ocm12864-2） 787010mm（ocm12864-3） 視域尺寸：73.438.8mm（ocm12864-1） 70.738mm（ocm12864-2） ， 6444mm（ocm12864-3） 2.5.22.5.2 最大工作范圍最大工作范圍 （1） 邏輯工作電壓（vcc）：4.55.5v； （2） 電源地（gnd）：0v； （3） lcd 驅(qū)動電壓（vee）：0-10v； （4） 輸入電壓：veevdd； （5） 工作溫度（ta）：055（常溫） / -2070（寬溫） ； （6） 保存溫度（tstg）：-1065 圖 2-5 液晶顯示模塊接線圖 2

33、.62.6 語音芯片及功放語音芯片及功放 2.6.12.6.1 概述概述 isd4003-4 單片錄放時間為 4 分鐘，其通信方式為 spi 方式（詳見 isd 公司 關(guān)于該芯片的數(shù)據(jù)手冊） ，本系統(tǒng)中以單片機模擬 spi 方式與其接口。單片機對 其寫入 16 位格式命令時序。 2.6.22.6.2 芯片內(nèi)部框圖以及電路圖芯片內(nèi)部框圖以及電路圖 圖 2-6 isd4003-4 內(nèi)部框圖 ss 1 mosi 2 miso 3 vssd 4 vssa 11 vssa 12 aud out 13 am cap 14 ana in- 16 ana in+ 17 vcca 18 vssa 23 rac

34、24 int 25 xclk 26 vccd 27 sclk 28 u30 isd4003 input- 2 input+ 3 gnd 4 output 5 vcc 6 u31 lm386 miso mosi sclk ss int rac rt9 20k c7 104 c8 104 c9 104 e7 4.7uf e8 1uf e9 4.7uf e10 220uf mk750 mic2 q18 9014 r113 1k r114 10k r115 10k r116 300k r117 2k speaker 8/0.5w gnd 1 out 2 in 3 u32 se8117 vcc j21

35、jumper 圖 2-7 語音模塊電路圖 2.6.32.6.3 芯片管腳芯片管腳 語音芯片管腳排列圖如 2-8 所示： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 /ss mosi miso vssd nc nc nc nc nc nc vssa vssa audout amcap 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 sclk vccd xclk /int rac vssa nc nc nc nc vcca ana in+ ana in- nc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 vssa ra

36、c nc nc /int xclk vccd sclk ss mosi miso vssd nc nc 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 nc nc vcca ana in+ ana in- nc amcap nc audout nc vssa vssa nc nc tsop pdip / soic 圖 2-8 芯片管腳排列圖 引腳描述：引腳描述： 電源（vcca，vccd）: 為使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同 的電源總線，并且分別引到外封裝不同管腳上，模擬和數(shù)字電源端最好分別走 線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦合電容應(yīng)盡量靠近器

37、件。 地線（vssa，vssd）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。 幾個 vssa 盡量在引腳焊盤上相連，并用低阻通路連到電源上，vssd 也用低阻通 路連到電源上。 同相模擬輸入（ana in+）: 錄音信號的同相輸入端，輸入放大器可用 單端或差分驅(qū)動。單端輸入時，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 32mv，耦合電容和本端的 3k 電阻輸入阻抗決定芯片頻帶的低端截止頻率。差 分驅(qū)動時，信號最大幅度為峰峰值 16 mv。 反相模擬輸入（ana in-）: 差分驅(qū)動時，這是錄音信號的反相輸入 端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 16 mv，本端的標(biāo)稱輸入阻抗為 56k，單段

38、驅(qū)動時，本端通過電容接地，兩種方式下，anain+、anain-端的耦 合電容值應(yīng)相同。 音頻輸出（aud out）: 提供音頻輸出，可驅(qū)動 5k 的負載。 片選（ss）: 此端為低，即向該 isd4000 芯片發(fā)送指令，兩條指令之 間為高電平。 串行輸入（mosi）: 此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿 之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端，供 isd 輸入。 串行輸出（miso）: isd 的串行輸出端。isd 未選中時，本端呈高阻態(tài)。 串行時鐘（sclk）: isd 的時鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步 mosi 和 miso 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸。數(shù)據(jù)在 sclk 上升沿鎖存到 isd，在下降

39、沿移出 isd。 中斷（/int）: 漏極開路輸出，isd 在任何操作（包括快進）中檢測到 eom 或 ovf 時，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個 spi 周期開始時清除。中斷 狀態(tài)也可用 rint 指令讀取。 ovf 標(biāo)志指示 isd 錄、放操作已到達存儲器的末尾。 eom 標(biāo)志只在放音中檢測到內(nèi)部的 eom 標(biāo)志時，此狀態(tài)位置 1。 行地址時鐘（rac）: 漏極開路輸出。每個 rac 周期表示 isd 存儲器的 操作進行了一行（isd4000 系列中的存儲器共 600 至 2400 行） 。該信號 175ms 保 持高電平，低電平為 25ms?？爝M模式下，rac 的 218.75us 是

40、高電平 31.25us 為 低電平。該端用于存儲管理技術(shù)。 外部時鐘（xclk）: 本端內(nèi)部有下拉元件，芯片內(nèi)部的采樣時鐘出廠前 已調(diào)校，誤差在1%內(nèi)。商業(yè)級的芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)，其頻率變化 在2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在-6/+4%內(nèi)，建 議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度，可從本端輸入外部時鐘（如前表所列） 。由 于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定，故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入 時鐘的占空比無關(guān)緊要，因內(nèi)部首先進行了分頻。在不外接時鐘時，此端必須 接地。 自動靜噪（amacp）: 當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下 時，自動靜噪功能使信號衰減，

41、這樣有助于減小無信號（靜音）時的噪聲。通 常，本端對地接 1uf 的電容，構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出 的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較，決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時， 自動靜噪電路不衰減，靜音時衰減 6db。1uf 的電容也影響自動靜噪電路對信號 幅度的響應(yīng)速度。本端接 vcca 則禁止自動靜噪。 2.6.42.6.4 isd4003-4isd4003-4 指令表指令表 語音芯片 isd4003-4 指令表如表 2.1 所示： 表 2.1 isd4003-4 指令表 指令指令5 位控制碼，位控制碼，操作摘要操作摘要 powerup00100 上電：等待 tpud 后器件可

42、以工 作 setplay11100 從指定地址開始放音 必須后跟 play 指令使放音繼續(xù) play11110 從當(dāng)前地址開始放音（直至 eom 或 ovf） setrec10100 從指定地址開始錄音 必須后跟 rec 指令使錄音繼續(xù) rec10110 從當(dāng)前地址開始錄音（直至 ovf 或停止） setmc11101 從指定地址開始快進 必須后跟 mc 指令使快進繼續(xù) mc11111 執(zhí)行快進，直到 eom 若再無信息，則進入 ovf 狀態(tài) stop0x110 停止當(dāng)前操作 stoppwrdn0x01x 停止當(dāng)前操作并掉電 rint0x110 讀狀態(tài)：ovf 和 eom. 2.72.7 獨立

43、式鍵盤設(shè)計獨立式鍵盤設(shè)計 實現(xiàn)鍵盤控制的方法有多種，它可以用 fpga 來進行控制，也可以用單片 機來進行控制。在本系統(tǒng)中，我們采用了單片機來進行控制，因為單片機可以 很好的解決鍵抖動。 由若干個按鍵組成一個鍵盤，其電路結(jié)構(gòu)可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤 兩種。 獨立式鍵盤每個鍵單獨占用一根 i/o 口線，每根 i/o 口線上的按鍵工作 狀態(tài)不會影響其他 i/o 口線上的狀態(tài)，矩陣式鍵盤按鍵排列為行列式矩陣結(jié)構(gòu)， 也稱行列式鍵盤結(jié)構(gòu)。4 行 4 列共 16 個鍵，只占用 8 根 i/o 口線，鍵數(shù)目較多， 可節(jié)省口線。本設(shè)計采用的是獨立式鍵盤。鍵盤的工作方式可分為編程控制方 式和中斷控制方式。c

44、pu 在一個工作周期內(nèi)，利用完成其他任務(wù)的空余時間， 調(diào)用鍵盤掃描子程序，經(jīng)程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進 而判斷是哪個鍵，并執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程序。這種方式為編程掃描方式。由于 單片機在正常應(yīng)用過程中，可能會經(jīng)常進行鍵操作，因而編程控制方式使 cpu 經(jīng)常處于工作狀態(tài)， 在進行本次設(shè)計中，只涉及到了設(shè)置、上調(diào)、下調(diào)、確定 四個功能。因此采用獨立式鍵盤。按鍵設(shè)計圖如圖 2-9 所示： 圖 2-9 按鍵設(shè)計 第三章第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.13.1 主程序設(shè)計主程序設(shè)計 包含主程序設(shè)計、語音芯片錄放音程序設(shè)計、實時時鐘程序設(shè)計、溫度芯 片程序設(shè)計、液晶顯示程序設(shè)計五部分

45、。 圖 3-1 所示為主程序流程圖。 圖 3-1 主程序流程圖 在此，僅將流程圖中的重點做以解釋說明。由于系統(tǒng)中要用到四個外部中 斷，而 at89c52 只有 2 個中斷源引腳 int0 和 int1，所以需要另外擴展 2 個中斷 源引腳。在本系統(tǒng)中，將計數(shù)引腳 t0 和 t1 擴展為 2 個中斷源引腳。具體方法 如下： 1）將定時器/計數(shù)器 t0 和 t1 設(shè)定為計數(shù)功能。 2）將定時器/計數(shù)器 t0 和 t1 設(shè)定為方式 2，即自動加載 8 位計數(shù)定時模式。 3）設(shè)定 tl0 和 tl1 計數(shù)初值為 0 xff，設(shè)定 th0 和 th1 加載數(shù)據(jù)為 0 xff。 4）開啟定時器/計數(shù)器中斷

46、。 將計數(shù)中斷 0、1 設(shè)定為下降沿觸發(fā)方式。每當(dāng) t0 或 t1 引腳出現(xiàn)負跳變就 會產(chǎn)生一次中斷，達到了擴展 2 個中斷源的目的。 3.23.2 ds1302ds1302 ds1302 的引腳中 vcc1 為后備電源，vcc2 為主電源。rst 是復(fù)位/片選線， 通過把 rst 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。rst 輸入有兩種功能：首 先，rst 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst 提供 終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) rst 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被 初始化，允許對 ds1302 進行操作。如果在傳送過程中 rst 置為低電平，則會終 止此次數(shù)

47、據(jù)傳送，i/o 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 vcc2.0v 之前，rst 必須保持低電平。只有在 sclk 為低電平時，才能將 rst 置為高電平。i/o 為串 行數(shù)據(jù)輸入輸出端（雙向） ， sclk 為時鐘輸入端。 3.3 溫度芯片 ds18b20 溫度數(shù)據(jù)由單片機從數(shù)字溫度芯片 ds18b20 獲取。ds18b20 的通信方式為單 線總線方式（詳見美國 dsllas 公司關(guān)于該芯片的數(shù)據(jù)手冊） ，本系統(tǒng)中以單片 機模擬單線總線方式實現(xiàn)與其接口。單片機以字節(jié)為單位對其進行讀寫操作， 讀寫一個字節(jié)分成 8 個連續(xù)的位讀寫時隙實現(xiàn)。單片機讀寫 ds18b20 的位時隙 如圖 3-2、3-3

48、所示。 圖 3-2 主機讀“0”時隙和讀“1”時隙 圖 3-3 主機寫“0”時隙和寫“1”時隙 單片機對 ds18b20 的操作需遵循以下步驟： 1）復(fù)位，即單片機發(fā)出復(fù)位脈沖（將總線從高電平拉到低電平并保持 480 微秒到 960 微秒，然后釋放） ，等待接收 ds18b20 的存在脈沖（ds18b20 將總線 從高電平拉低，保持 60 微秒到 240 微秒） 。 2）發(fā)送 rom 操作指令，即讀 rom（33h） 、匹配 rom（55h） 、忽略 rom（cch）和搜素 rom（f0h）其中之一。 3）發(fā)送存儲器操作指令，即讀便箋存儲器（beh） 、寫便箋存儲器（4eh） 、 復(fù)制便箋存儲

49、器（18h） 、溫度轉(zhuǎn)換（44h） 、回寫 e2prom 的值到便箋存儲器 （b8h）和讀電源供給（b4h）其中之一。 4）處理或數(shù)據(jù)操作。要注意，ds18b20 進行一次 12 位的溫度轉(zhuǎn)換需要 750 毫秒，如果溫度轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束就去讀溫度數(shù)據(jù)，將不能得到正確的溫度值，且 會終止正在進行的溫度轉(zhuǎn)換。所以，必須等待足夠的時間，讓溫度轉(zhuǎn)換完成。 本系統(tǒng)中，重復(fù) showtimes 次讀取時間數(shù)據(jù)，顯示時間和溫度等操作來實現(xiàn)這 個等待時間。 3.43.4 ocm12864ocm12864 液晶顯示液晶顯示 ocm12864 液晶顯示模塊是 128*64 點陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及 圖形，

50、可與 cpu 直接接口，具有 8 為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口、6 條控制線及電源線。采用 kso108 控制 ic。at89c52 讀/寫 0cm1286 時序圖如圖 3-4/3-5： 圖 3-4 at89c52 讀 ocm12864-1 的時序 圖 3-5 at89c52 寫 ocm12864-1 的時序 3.53.5 語音芯片語音芯片 isd4003isd4003 語音報時和鬧鈴功能由語音芯片 isd4003-4 實現(xiàn)。isd4003-4 單片錄放時間 為 4 分鐘，其通信方式為 spi 方式（詳見 isd 公司關(guān)于該芯片的數(shù)據(jù)手冊） ，本 系統(tǒng)中以單片機模擬 spi 方式與其接口。單片機對其寫入 1

51、6 位格式命令時序如 圖 3-6 所示。 圖 3-6 單片機寫 16 位格式命令時序圖 單片機啟動 isd4003-4 放音需遵循以下步驟： 1）發(fā)送上電指令； 2）等待上電延時時間； 3）發(fā)送設(shè)定放音起始地址指令和放音起始地址，16 位二進制為 11100，a 表示地址位； 4）發(fā)送放音指令，16 位二進制為 11110，x 表示無作用。 在本系統(tǒng)中，首先選取不同的起始地址分別錄入語音“現(xiàn)在時間” 、 “溫度” 、 “攝氏度” 、 “0”到“10”的語音、 “點”和“分” ，然后再錄入鬧鈴音。鬧鐘開 啟狀態(tài)下，若時間到達鬧鐘設(shè)定時間，則按指定地址播放鬧鈴音。若發(fā)生計時 中斷 t0，將中斷發(fā)生

52、時的時、分和溫度值分離為十位和個位兩部分，再分別計 算出對應(yīng)的語音存儲地址，按照十位的語音， “10”的語音，個位的語音進行語 音輸出。每次語音報時以輸出語音“現(xiàn)在時間”開始，接著按上述方式分別輸 出時和分的語音，再輸出語音“溫度” ，然后輸出溫度值的語音和語音“攝氏度” 。 3.63.6 源程序源程序 timer0: clr tr0 mov th0,#0b8h mov tl0,#000h djnz r1,goon push acc mov a,p3 push acc mov p3,#0ffh mov a,r7 push acc acall time mov r1,#50 pop acc mo

53、v r7,a pop acc mov p3,a pop acc goon: setb tr0 reti time: mov a,53h add a,#01h da a mov e7,a clr c subb a,#60h jnc min1 mov 53h,r7 sjmp ok min1: mov 53h,#00h jb b.6,ok;當(dāng) b.6 為 1 時;設(shè)置時間不進位 time2: mov a,52h swapa inc a mov r7,a clr c subb a,#0cah jnc min2 mov a,r7 swapa mov 52h,a sjmp ok min2: mov 52h

54、,#0ch inc 51h vlr c mov a,51h subb a,#0c6h jnc hour sjmp ok hour: mov 51h,#0c0h time3: mov a,50h add a,#01h da a mov r7,a clr c subb a,#24h jnc hour1 mov 50h,r7 sjmp ok hour1: mov 50h,#00h ok: ret timer1: push acc mov a,r7 push acc clr tr1 mov th1,#0dch mov tl1,#00h setb tr1 acall time1 pop acc mov

55、r7,a pop acc reti time: mov a,43h add a,#01h da a mov r7,a jc min11 mov 43h,r7 sjmp ok1 min11: 43h,#00h tme21: mov a,42h swapa inc a mov r7,a clr c subb a,#0cah jnc min21 mov a,r7 swapa mov 42h,a sjmp ok1 min21: mov 42h,#0ch inc 41h clr c mov a,41h subb a,#0c6h jnc hour2 sjmp ok1 hour2: mov 41h,#0c0

56、h time31: mov a,40h add a,#01h da a mov r7,a clr c subb a,#60h jnc hour11 mov 40h,r7 sjmp ok1 hour11: mov 40h,#00h ok:ret 第四章第四章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 4.14.1 proteusproteus 軟件介紹軟件介紹 proteus 軟件是來自英國 labcenter electronics 公司的 eda 工具軟件， proteus 軟件有近 20 年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它 eda 工具 一樣的原理布圖、pcb 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的

57、功能是， 他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛 擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運 行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等， proteus 能夠很容易的為用戶建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 proteus 產(chǎn)品 系列也包含了革命性的 vsm 技術(shù)，用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的 周圍電子器件一起仿真。不愧為一款非常優(yōu)秀的單片機仿真軟件。 proteus 組合了高級原理布圖、混合模式 spice 仿真，pcb 設(shè)計以及自動布 線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于 15 年來的持續(xù)開發(fā)，被

58、電 子世界在其對 pcb 設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品。proteus 產(chǎn)品系 列也包含了我們革命性的 vsm 技術(shù)，用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有 的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如 led/lcd、鍵盤、rs232 終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。 其功能模塊:個易用而又功能強大的 isis 原理布圖工具；prospice 混合 模型 spice 仿真； ares pcb 設(shè)計。 prospice 仿真器的一個擴展 proteus vsm：便于包括所有相關(guān)的器件的基 于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤， 開關(guān)，按鈕，leds 甚至 lcd 顯示 cpu 模型。 1）支持許多通用的微控制器，如 pic， hc11 以及 8051； 2）交互的裝置模型包括:led 和 lcd 顯示，rs232 終端，通用鍵盤； 3）強大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲器，斷點和單步模式； 4）iar c-spy 和 keil uvision2 等開發(fā)工具的源層調(diào)試； 5）應(yīng)用特殊模型的 dll 界面-提供有關(guān)元件庫的