毕业设计(论文)-基于单片机的语音报时电子钟设计

毕业设计（论文）-基于单片机的语音报时电子钟设计语音报时电子钟设计

摘要: 语音报时电子钟，以AT89S52单片机为核心，由键盘控制、录放音模块、温度

采集、液晶显示等功能模块组成。单片机通过时钟芯片DS1302获取时间数据，对数据处理

后送到中文液晶12864显示输出，并可通过按键对时间进行调整。基于题目基本要求，本

系统对时间显示和语音报时进行了重点设计，通过ISD4004语音芯片把声音录进去，单片

机读取时间数据后再把语音芯片里的录音段取出来，进行语音报时。此外，扩展单片机外

围接口、温度采集、语音报时等功能。

关键词: 语音报时; 单片机;中文液晶; 时钟芯片

Design of electronic clock with speech broadcast

Abstract: The design of speech tick electronic clock,base on chip microcomputer AT89S52, is composed by the following functional modules: keyboard displaying ,sound phonating.，

temperature gathering ,LCD display.The microcomputer get time data from time chip DS1302,then data processing and the output is displayed on a Chinese character LCD 12864,and process time get across the keystroke. According to the basic requirements of the subject ,our system stresses on the realization of time displaying and sound timing,

througth the speech chip ISD4004 record the sound, the microcomputer get the time data and take out the data from the speech chip, sound

timing.Furthermore ,we also extend the primary function ,adding new functions ,such as the single chip peripheral ports ,temperature gathering , sound timing and so on..

Key words: sound timing ; chip microcomputer ;Chinese character

LCD;time chip

1 设计任务及要求……………………………………………………………………………(3) 2整体方

案设计与论证…………………………………………………………………(3) 3系

统电路的总体方案……………………………………………………………(5) 3.1

工作原理 (5)

3.2 总体设计…………………………………………………………………………………(5) 4系

统硬件设计 (5)

4.1 AT89S52单片机最小系统………………………………………………………………(5) 4.2 温度测量模块……………………………………………………………………………(6) 4.3时钟

模块..........................................................................................(7) 4.4键盘模块 (8)

4.5 LED显示模块…………………………………………………………………………(9) 4.6 语音

模块…………………………………………………………………………(9) 4.7 电源…………………………………………………………………………(10) 5系统软

件设计…………………………………………………………………………(10) 5.1 主程序流程图……………………………………………………………………………(11) 5.2子

程序流程图 (11)

6 总结与体会 (13)

7 参考文献 (14)

8 附录 (15)

语音报时电子钟设计

电子信息科学与技术04级(2)班:张志汝

指导老师:黄大星讲师

1(设计任务及要求

1) 显示当前年、月、日、星期、分钟、秒、温度和节日信息。

2) 整点报时(早上8点至晚上9点)。

3)可以调整时钟的时间设置。

4)温度显示

5)国际、国内公历重要节日提醒。

6)实现语音报时。

2(整体方案设计与论证

方案一:

采用数字电路，电子钟由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和

校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过

分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。此方案电路复杂，且成本比较高，故不选用此方案。

方案二:

电子钟系统由单片机、时钟芯片、温度传感器、语音芯片等组成。用普通的51单片机作为核心控制器件，单片机通过DS1302读取时间并送液晶显示，并带掉电保护，语音芯片ISD4004录音以后通过编程，由单片机取出时间并实现报时，还可以实现其他扩展功能。

综合比较以上两种方案，方案一太过于复杂的电路，且制作成本高，方案二电路简单且容易制作，故选方案二。

3、总体方案

3.1 工作原理:

利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20、DS1302读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。LED显示屏为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现语音报时功能。键盘采用独立键盘，有设置、退出、步进加1、步进减1四个控制键盘。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。

3.2 总体设计

设计总体框图:

DS1302 ISD4004

语音芯片

DS18B20

AT89S52

单片机 12864液晶

显示屏独立键盘

图1 系统总体框图

4、系统硬件设计(单元电路设计及分析)

4.1 AT89S52单片机最小系统:

最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为AT89S52单片机的最小系统。

图2 单片机最小系统

4.2语音模块

4.2.1模块介绍

语音信号采用简单的单片录放音电路(ISD4004)，录放周期8分钟。可以分段录音也可以录也可以整首歌那样录进去，这样就增加了不少功能，可以用来做音乐报时，也可以录音用做语音报时，还可以随时更换闹铃的音乐。

4.2.2电路分析

该系统的语音模块的电路原理图

图3 语音模块电路图语音信号采用简单的单片录放音电路(ISD4004)，录放周期8分钟。其音频信号输送到

单片机电路中的音频信号输入口经放大耦合到扬声器。

4.3 时钟模块

DS1302 是美国DALLAS 公司推出

的一款高性能、低功耗、带RAM 的实

时时钟芯片，它可以对年、月、日、周

日、时、分、秒进行计时，且具有闰年

补偿功能，工作电压宽达2.5,5.5V。

工作时功耗很低，保持数据和时钟信息

时，功耗小于1mW。当停电时，进入

低功耗模式，采用后备电源供电，功耗

电流<1μA。其管脚图和内部结构如图1

所示。

其接线电路如图4

图4 时钟电路

4.4 键盘模块

键盘、状态显示模块:为了使软件编程简单，本设计利用可编程芯片8255。接法如表1所示。PA口接按键，PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+Vcc,按键的另一端接地。当有键按下时，与该

键相连的PA口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮LED点阵。模块电路如图5

图5 键盘电路

4.5 LED显示模块

YM12864是内带中文字库的液晶屏，显示界面有4行，总共可显示32个汉字。其引脚和YM1602兼容。可显示中文，ASCII码，和自定义的字库，具有图形显示功能。模块电路如图6

图 6 液晶显示电路

4.6 温度测量模块:

温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55?~125?，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625?，采用寄生电源工作方式， CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。

DS18B20 是美国DALLAS 半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了板(ON-BOARD)专利技术。其主要特性为:

, 适应宽电压供电，电压范围:3.0,5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 , 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理

器与DS18B20 的双向通讯。

, DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多

点测温。

, DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只

三极管的集成电路内。

, 测温范围,55?,，125?，在-10,+85?时精度为?0.5?。

, 可编程的分辨率为9,12 位，对应的可分辨温度分别为0.5?、0.25?、0.125?和

0.0625?，可实现高精度测温。

, 在9 位分辨率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在750ms

内把温度值转换为数字，速度更快。

, 测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传

送CRC 校

验码，具有极强的抗干扰纠错能力。

, 负压特性:电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

接口电路如图7所示。

图7 DS18B20测量电路

4.6电源:

200W/5V的直流稳压电源更加安全电路图如图8

图8 电源电路

5、系统软件设计

5.1主程序如图 9

图9 主程序流程图

5.2时间显示子程序流程如图 10

图10 时间子程序流程图 5.3温度测量流程图如图 11

图11 温度测量程序流程图

7、总结

在制作的过程中出现很多问题，刚开始时间显示不准确，而且只是显示年、月，其他都显示不出来，通过调试发现不是液晶显示问题，后来更换了时钟芯片。还有就是时钟芯片的上拉电阻，刚开始没加上拉电阻，发现时间的显示很不稳定，有时候还会出现时间显示不完全。在语音电路的设计中，关于录音地址的问题，因为录音是分段录进去的，然后存储在一个一个的地址中，如何能准确计算录音的时间，并能把单片机读出来的时间数据通过取出ISD4004芯片上的录音段进行语音报时，除了录音时计算好时间的长度，还有在编程时取地址也要特别注意，否则就可能出现报时错误。如何解决时间数据跟语音芯片上的录音的播放是重点，在制作的过程中遇到过很多问题，但最终还是一一解决了。

这次的毕业设计总的来说还是很成功的，自己从中学到很多，也发现了不少问题，为自己以后的学习、进步打下了不错的基础。

致谢

在过去的几个月中，我努力投身到毕业设计中，终于完成了毕业设计，此次毕业设计顺利完成，除了自己的努力外，我还得到了指导老师和同学的大力支持和帮助，特别是同班的几个同学，有不懂的都向他们请教。此外，还要特别感谢对我予以指导和帮助的指导老师黄大星。在他繁忙的工作之余还指导我的设计和修改我的论文，在此对他表示衷心的感谢。由于知识能力有限，在做毕业设计中可能有很多的不足之处，希望各位老师和同学都能对我在设计中的缺陷和不足予以指正，谢谢大家～

9、参考文献

[1]谢自美.电子线路设计?实验?测试.武汉:华中科技大学出版社,1994.3 [2]黄正瑾.电子设计竞赛赛题解析[Z]南京:东南大学出版社,2003 [3]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M]北京:清华大学出版社,2004.2 [4]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[A]北京:北京航空航天大学出版社,2003.1 [5] 先锋工作室.单片机程序设计实例[M]北京:清华大学出版社,2002.12 [6]戴佳,戴卫恒.51单片机C语方应用程序设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2006.1,500.

[7]谭浩强.C程序设计 [M].第二版.北京:清华出版社,1999.1-400.

10、附录

1.系统原理图

2.ISD4004原理图

3.系统PCB图

4.ISD4004录放音电路PCB图