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1、I目 录1 绪 论 .11.1 发展现状、目的及意义 .11.2 设计内容 .12 系统总体设计 .22.1 总体框架设计 .22.2 设计与运行环境 .22.3 硬件功能描述 .23 系统硬件设计 .33.1 主控模块 AT89S51.33.1.1 AT89S51 引脚图 .33.1.2 AT89S51 功能 .33.2 实时时钟芯片 DS1302.53.2.1 DS1302 引脚功能 .53.2.2 DS1302 内部结构图 .63.2.3 DS1302 的数据输入输出 .63.2.4 DS1302 的寄存器 .63.3 电源模块的设计 .73.4 独立按键模块 .73.5 显示模块 .8
2、3.6 复位电路模块 .83.7 闹铃模块 .94 系统软件设计 .104.1 主程序设计 .104.2 主程序流程图 .104.3 读 DS1302 中断及闹铃检测流程图 .115 结 论 .12致 谢 .12参考文献 .14附 录 .151 绪论11 绪 论1.1 发展现状、目的及意义单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器
3、RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机在出现时，Intel 公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller） 。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D 转换器，D /A 转换器，串行通信接口，Watchdog 电路，LCD 控制器等。 随着半导体工
4、艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。同时，随着人们生活节奏的加快，时钟已经成为人们日常生活中的必需品，许多家用电器都带着时钟模块，而人们也不再满足于仅仅具有时间显示功能的时钟，对时钟功能的要求也越来越全面，单片机以其强大的功能成为多功能电子时钟的首选，为电子时钟的功能扩展提供了强大的支持，实现一物多用，提高电子时钟的使用价值。当然们不再满足于电子时钟的计时显示功能时语音时钟在社会生活中已经得到了广泛应用，本文探讨的系统即为其中一种，给出的实现方案和系统设计过程中实现的单片机模拟单线总线通信方式，
5、单片机模拟 SPI 通信方式，有一定参考价值。此外，文中探讨的系统也对传统的语音时钟做了扩充，增加了数字温度计模块。本设计详细介绍了该系统的组成和基本原理，中带你介绍了硬件设计的思想和软件设计的思路，保证在系统功能齐全，性能良好的前提下，最大限度的简化电路，降低系统的整体成本，提高系统的可靠性！1.2 设计内容基于单片机的多功能时钟设计，主要探讨了一种带数字温度计的语音时钟的实现方案。本方案采用单片机 AT89S51 作为控制单元，与数字温度芯片 DS18B20 接口获得温度数据，与实时时钟芯片 DS1302 接口获得时间/日历数据，通过与液晶模块 OCM12864-1 接口显示温度，时间和日
6、历。按键中断模块包含四个按键，分别与单片机1 绪论2INT0，INT1，T0，T1 引脚连接，实现四个外部中断源，用以调整时间和闹钟，开关闹钟和控制语音报时。语音报时通过语音芯片 ISD4003-4 和扬声器实现。2 系统总体设计12 系统总体设计2.1 总体框架设计系统结构如图 2-1 所示。本方案采用单片机 AT89S51 作为控制单元，与数字温度芯片 DS18B20 接口获取温度数据，与实时时钟芯片 DS1302 接口获取时间/日历数据，通过与液晶模块 OCM12864-1 接口显示温度、时间和日历。图 1 中的按键中断模块包含了四个按键，分别与单片机的 INT0，INT1，T0，T1
7、连接，实现四个外部中断源，用以调整时间和闹钟，开关闹钟和控制语音报时。图 2-1 系统结构图2.2 设计与运行环境数字钟的程序设计和调试均在 Keil uVision2 环境下完成的。设计并完成的程序下载至 STC89C52 单片机后，即可初始化时钟芯片 DS1302 从而开始计时，系统开始正常运行。2.3 硬件功能描述（1）本设计采用 DS1302 实时时钟芯片来进行计时，并将 1302 的数据输入单片机进行处理，送入 LCD1602 液晶显示屏进行显示。（2）用四个电位按键来实现对电子时钟的调试工作，当按第一下总控键时进入中断程序，即时钟的调整状态，有两个电位按键分别来调整时钟的加和减；第
8、四个按键用来调整时分秒日月年，按一下调整秒，连按两下调整分，按三下调整时，四下调整日，五下调整月，六下调整年，七下退出时间设置。（3）用一个按键和其他部件组成的复位电路与芯片连接来实现整个程序及硬件的重新复位功能。3 系统硬件设计13 系统硬件设计数字钟的电路主要有电源模块、显示模块、按键模块、复位电路模块、时钟芯片模块、主控芯片 STC89C52 模块和闹铃模块等 7 大模块组成。3.1 主控模块 AT89S51AT89S51 是 51 系列单片机的一个型号，它是 ATMEL 公司生产的。AT89S51 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的F
9、lash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89S51 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89S51 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89S51 可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程（S 系列的才支持在线编程） 。其将通用的微处理器和 Flash
10、存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。AT89S51 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。3.1.1 AT89S51 引脚图AT89S51 引脚图如图 3-1：图 3-1 AT89S51 引脚图3.1.2 AT89S51 功能AT89S51 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能3 系统硬件设计2包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控
11、制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。AT89S51 的主要管脚有：（1） XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）：振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端；P0P3：为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚相连接，13 脚定义为 IR 输入端，10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口，分别连接 N1 的 SDAS（18 脚）和SCLS（19 脚）端口，12 脚、27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应
