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1、第二届电子设计竞赛 参赛题目 多功能万年历参赛级别 初级组 学生学院 信息工程学院_ 参赛队员 马冬伟_周厚宏 刘建群_作品编号 X7023 目 录摘要3第一章 作品设计4第一节、方案论证和比较4第二节、作品硬件设计51、作品硬件框图52、设计总电路图63、AT89S52主控模块74、实时时钟模块95、语音模块106、 液晶显示模块117、18B20温度测量模块128、无线编码发射与无线接收译码模块139、收音机模块15第三节、系统软件设计161、液晶显示模块182、语音模块183、18B20温度传感测温模块184、实时时钟模块185、阴阳历转换模块19第四节、Protues软件仿真19第二章
2、 作品功能与特色21第一节、作品功能与相关操作介绍211、能显示当前年、月、日、时、分、秒及星期并提示是否为阳历闰年。212、显示阴历月、日，在显示阴历时间时能标明是否为闰月；213、显示当前温度；224、可调整显示日期和时间；225、可设置定时闹钟提示。226、能够进行整点和半点语音报时；237、能用语音提示任意时刻的时间、温度、公历日期、农历日期。238、能在掉电的情况下保存用户之前的所有设置；239、具有日程管理与音乐提示功能2310、能够实现录音、留言功能；2411、能够无线控制相关操作并实现窃听2412、能够实现秒表计时2413、能够实现收音功能25第二节、作品特色26第三节、个别功
3、能指标26第三章 设计问题总结27附录A 作品实物图29附录B 页面显示图30附录C 系统源程序部分代码33参考文献42摘要随着科学技术的发展，电子产品的功能正在日益趋向多样化。低成本、多功能、低耗能已成为产品设计的主题。闹钟也一样，单一功能的闹钟似乎已经不能满足人们的要求，功能多样化已成为总的趋势，本作品正是为应呼人们需求而设计的。除基本闹钟功能外，还具备有语音报时、温度显示、收音机、秒表计时等十多项功能，实用性非常高；采用89s52单片机作为为主控芯片，外加语音、实时时钟、收音等8个模块，使得设计灵活性与稳定性高，用户或制作者可根据需要随时更改参数；作品中有些模块能设置进入睡眠待机状态，如
4、采用四节5号电池直接供电时，正常工作电流2025mA，功耗非常低；设计时使部分芯片肩负多个功能，充分利用硬件资源、使作品性价比高、成本低。关键词：AT89S52单片机 多功能 语音 功耗低 睡眠待机 第一章 作品设计第一节、方案论证和比较方案1：可提取现有整点报时闹钟芯片，用其做主控器，外加功放电路与显示电路，歌曲采用独立音乐芯片来达到设计要求设计要求，其具有设计容易、外围电路也较简单的特点，但是其功能不完善，资源少，可扩展空间不大。方案2：采用可编程逻辑器件（FPGA）作为主控芯片，然后运用AD、DA 转换实现语音的采集与播放，外加功放与现实电路来达到设计要求。采用FPGA可以大大缩短设计时
5、间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。但此方案转换电路过多，设计成本很高，性价比低。方案3： 采用单片机（AT89S51）主控，外加ISD4002组成语音模块、DS12CR887组成时间模块、DS18B20温度模块、收音模块等来实现设计要求。外围电路模块化使作品工作更加稳定，而且扩展空间大，作品的功能多，其中有些芯片可同时用于几个模块，使设计成本大大降低，占用空间小；有些模块可设置进入睡眠状态，使得作品功耗低。在有线模式的基础上特意增加无线模式，使作品的功能更加丰富，实用性更高综合比较以上三种方案，我们选择最后一种第二节、作品硬件设计1、作品硬件框图本设计方案以AT89S52单片机为控制核心，
6、外加语音、实时时钟、温度采集、无线电发射与接受、编码与译码、LCD显示、按键控制等模块。DS12CR887实时时钟模块与18B20温度采集模块分别给系统提供当前时间、日期及温度信息，MUC对信息进行处理后控制LCD 显示。DS12CR887实时时钟模块还作为外部存储RAM。MUC再不断地将用户设置与当前信息进行监测，如果条件符合，就启动ISD4002语音模块与TDA2282功放模块进行语音提示。ISD4002语音模块作为语音信号存储器，键盘输入可实现各种模式的切换，与数值的调整。无线电发射与接受、编码与译码模块实现无线控制。LED实现工作提示。整个作品硬件电路方框图如下图所示：DS12CR88
7、7实时时钟模块18B20温度测量模块ISD4002语音模块LED灯提示按键输入、模式选择12864LD显示译码模块无线接收模块MUCAT89S52主机部分编码模块无线发射模块收音机模块 遥控器部分 收音机部分图1-12、设计总电路图3、AT89S52主控模块AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式
8、控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图3-1引脚工能介绍VCC : 电源GND: 地P0 P3 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/
9、O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个
10、机器周期高电平将使单片机复位。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。主控模块硬件电路图3-2其中AT89S52的P34、P35、P36分别对应接语音芯片的SCLK
11、、SS、MOSI引脚。通过SPI总线实现信息传输。P00P07分别对应实时时钟芯片的AD0AD7引脚及12864LCD显示模块的EB0!EB7引脚，进行并口通信。P25、P26、P27分别接12864LCED的E、R/W、RS控制端。P24接18B20的数据传输端DQ。P20、P21、P22、P23分别接DS12CR87D的/CS、AS、R/W、DS读写控制端。MUC对各模块的数据进行提取与分配。起着主控主用。4、实时时钟模块DS12R887是一款集成了DS12R885裸片、32.768kHz石英晶体和一个可充电电池的表面铁封装器件。该芯片提供实时时钟/日历、闹钟、控制/状态寄存器以及114字
12、节的非易失、电池备份的静态RAM。少于31天的月份，月末日期可自动调整，其中包括闰年补偿。该器件还可以工作于24小时或带AM/PM指示的12小时格式。一个精密的温度补偿电路用来监视VCC的状态。如果监测到主电源故障，该器件可以自动切到内部封装的备用电源供电。时钟、日历和闹钟BCD模式的数据存储方式如下表：表4-1 日历和闹钟BCD模式的数据存储方式模块电路图如下图4-15、语音模块ISD4002属于美国ISD公司4000系列产品，2.73.3V单电源单片语音录放电路，同时提供相应的28引线DIP/SOIC、 TSOP硬封。 ISD4002采用直接模拟量存贮技术，音质好，信息存放在芯片内部FLA
13、SHRAM中，抗断 电，无需专用语音开发工具，能随意更改内容和耗电省等优点。 该系列最大特点是录放时间长，并设计成和微处理器或微控制器配合使用实现 寻址和控制，使本器件引出端数减到最少，而使用更加灵活，且该芯片可设定进入待机状态，功耗接近为零。其指令由五位地址码和10地址码组成。具体操作指令如下表5-1：表5-1指令表模块电路图如下图5-1：图5-1如图5-1语音模块的接口解释:AT89S52的P34、P35、P36分别对应接语音芯片的SCLK、SS、MOSI引脚。通过SPI总线实现信息传输。在录音模式下，分段录好要播放的语音，并分配固定地址。当进入语音模式时，单片机发送发音指令取出指定地址的
14、语音信息进行播放，从而达到语音报时的目的。6、 液晶显示模块如图6-1，为液晶显示电路，AT89S52单片机的PC5、PC6、PC7做LCD12864的控制线，PA0PA7做数据传输线图6-17、18B20温度测量模块DS18B20数字温度计提供9为温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18B20或是从DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线（和地）。读、写和完成温度变换所需的电源可以有数据本身提供，而不需要外部电源。因为每个DS18B20有唯一的系列号，因此多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。测温范围：-55+125。固有测温分辨率为0.5。温度测量模块的硬件电路如图：通过P24脚对18B20写命令可以完成表的控制，如下图7-1所示：图7-1表2 DS18B20的控制命令指令代码操作说明温度转换44H开始启动DS18B20温度转换读ROM33H读ROM内容匹配ROM55H对指定器件操作跳过CCH跳过器件识别读暂存器BEH读暂存器内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48
