多功能语音报时数字钟的设计 4.docx

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多功能语音报时数字钟的设计4

多功能语音报时数字钟的设计

摘要：

自进入21世纪以来，电子产业飞速发展，各种新兴的电子产品布满了电子专柜，电子产品几乎走进了家家户户，走进了社会的各个行业，有力的推动了社会生产力的发展和电子信息化、电子智能化的提高。

数字钟也在发生着各种各样的变化，由体积较大、功能少、运行不精确的机械钟变为在液晶显示屏上显示数字的数字钟，再到多种功能于一钟的语音报时数字钟等等。

本设计是实现一款可正常显示当前时间，测量当前温度，带有语音报时的多功能数字钟。

本设计是采用AT89C51单片机控制的多功能语音报时数钟，可以显示年、月、日、时、分、秒、星期、温度。

具有年、月、日、时、分校准功能，自动提取温度并显示功能，语音报时功能，调整时间按下相应键会发出嘟嘟提示声功能。

采用DS1302时钟芯片进行时钟控制，DS18B20传感器实现温度采集功能，LCD12864作为液晶显示模块，ISD1420语音芯片实现语音播报时间功能。

钟表的多功能化给我们生活带来了很大的改善，比如定时报警、备忘提醒、电气设备的自动断电、自动开启关闭等功能。

数字时钟对世界有着重要的影响，对工业、电子业、商业有着重要的推进作用，使用简单方便，成本低，显示直观，在广阔的市场具有非常很好的前景市场。

数字时钟之所以这么受广大的欢迎，它使用简单直观，数字时钟在显示方面能清楚的在LED显示屏上显示出年、月、日、周日、时、分、秒，还有调准时间的准确度的功能，并且能够显示当日的温度情况。

但目前市场上的数字时钟还比较机械性和传统性，在实际运用过程中不够灵活。

而随着社会的不断发展，人们对数字时钟的控制要求越来越高，数字时钟应用到很多方面，在报警和闹铃的方面都应用到数字时钟准确的计时功能，还有定时器，微波炉，自动通电器，数字时钟可以成为自己生活中的小助手，可以轻松掌控时间，又能了解天气及温度的变化。

语音报时多功能数字时钟改善了人们的生活质量，为人们的生活、工作带来极大的便利。

关键词：

数字钟单片机温度液晶显示语音报时

一、绪论

时间对于我们每个人都很重要，包括老人和小孩，通过眼睛看时间，当然可以看到当前时间，但是对于视力不好老人和不认识钟表的小孩来说，语音报时数字钟就给他们带来了很大的帮助，只需要按下相应键就可以自动播报获得时间。

电子钟是采用电子电路及相应程序完成的时间计时，它被广泛应用于车站，码头，机场等地方，成为我们日常生活不可缺少的东西，没有时间，我们就不知道下一分钟我们该做什么，我们什么时候该吃饭，什么时候该睡觉，什么时候该上班。

可以说，没有时间的提醒我们几乎无法生活甚至生存。

钟表的多功能化、智能化给我们生活带来了很大的改善。

比如定时报警、备忘提醒、电气设备的自动断电、自动开启关闭等功能。

随着信息技术时代的高速发展和人民生活愈加美好的趋势，只有年、月、日、周日、时、分、秒，还有调准时间的准确度的功能和显示当日的温度情况，早已不能满足人们的需要，因此许多人对数字时钟提出了更新颖、更高档次的需求。

人们对全球通讯的要求越来越高，越来越多的数码电子产品通过新技术提高自身的性能和强度。

本文研究的目的是，设计一个带有温度计功能的日历时钟，既能轻松掌控时间，又能了解天气及温度的变化。

利用芯片DS18B20及DS1302采集数据显示在液晶模块12864带时钟日历上，每个DS1820都有一个独特的片序信号，所以多只DS1820可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方，使用温度传感器将温度信息转换为电流或电压输出。

这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。

由于数字时钟操作简单，功能稳定，调试方便，因此多功能语音报时数字钟的研究对我们的日常生活有着息息相关的联系，推广数字钟的智能化、多功能化有很大的应用价值。

（一）课题研究背景

自古以来人类的生活就离不开时间，也就离不开时钟。

从开始的沙漏计时到普通的机械时钟再到现如今的数字时钟。

为了能准确的计时，人类一直在探索新颖的计时工具。

用单片机控制的数字钟在数字钟中占有很大的地位，它用途广泛，体型小巧，功能强大，走时精确，价格低廉，操作简单，因此深受消费者的喜爱。

随着科技的日新月异，人类对数字钟的要求也越来越高，在很多应用中它还要满足人类不同的需求，实现不同的功能。

数字时钟已经不单单是一种显示时间的工具，多功能化的发展趋势已经成为主导。

电子技术的应用在我们生活中无处不在，它正在改变着我们的生活质量、品味。

数字钟给人类带来了方便，目前普通的数字钟已经不能满足所有的人群，许多人对数字钟提出了更新颖、更高档次的需求。

多功能数字钟已经在质量和性能上都有了很大的提高。

电子闹钟、语音报时、备忘提醒、秒表显示等已经集很多功能于一钟。

二、研究或设计的国内外现状和发展趋势

多功能语音报时数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的数字装置广泛应用于家庭、办公室、车站、码头等公共场所已成为人民生活中不可缺少的必需品。

由于数字集成电路的发展和石英晶体与振荡器的广泛应用使得数字钟的精度远远超过老式钟表而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

随着现代化技术的发展有关专家分析指出我国电子商务的基础设施将日臻完善三网合一潮流势不可挡高速宽带互联网将扮演越来越重要的角色移动通讯将成为进行电子商务的主要媒介。

而今我们已经进入了数字时代数字钟的使用将会越来越受欢迎。

数字钟未来将呈现出个性化、专业化的两大趋势而且每个网站在资源方面总是有限的客户的需求又是全方位的所以不同类型的网站以战略联盟的形式进行相互协作也是必然趋势。

数字钟的实现更体现了这一点。

在不久的将来数字钟肯定会逐渐被人们接受。

很快会走进千家万户给人们带来方便。

（二）课题研究意义

基于51单片机的数字钟具有走时精确、价格低廉、性能稳定等特点。

51系列单片机是最早的单片机，目前的各个系列、各个厂家的单片机内部多数也是在51单片机发展的。

通过对数字钟的研究，在数字钟的基础上扩展功能——年、月、日、时、分、秒、星期、温度、语音报时、闹钟等。

传统的电路设计都是用分立元器件来设计，这样电路既复杂又容易出错，使设计者的工作量加大，而且最终结果调试也不容易实现功能。

本设计采用分立模块设计，然后对各个模块进行功能实现，采用市面上现有常用的芯片及其它器件。

操作简单，功能稳定，调试方便。

因此多功能语音报时数字钟的研究对我们的日常生活有着息息相关的联系，推广数字钟的智能化、多功能化有很大的应用价值。

（三）本设计的主要内容

本设计是采用AT89C51单片机控制的DS1302时钟芯片，利用DS18B20进行温度采集，利用ISD1420语音芯片进行语音报时的录放功能。

本多功能语音报时数字钟的功能：

1．24小时计时；

2．具有年、月、日、星期显示；

3．具有时、分、秒显示；

4．具有温度采集、显示；

5．语音报时功能。

二、设计方案的选择

（一）主控芯片的选择

目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器芯片主要为8XC5X系列单片机。

该系列单片机均采用标准MCS-51内核，硬件资源相互兼容，品类齐全，功能完善，性能稳定，体积小，价格低廉，货源充足，调试和编程方便，所以应用极为广泛。

例如比较常用的AT89C2051单片机，带有2KBFlash可编程、可擦除只读存储器（E2PROM）的低压、高性能8位CMOS微型计算机。

拥有15条可编程I/O引脚，2个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行UART通道，并能直接驱动LED输出。

仅仅是为了完成时钟设计或者是环境温度采集设计，应用AT89C2051单片机完全可以实现。

但是将两种功能结合在一片单片机上，就需要更多的I/O引脚，故本设计采用具有32根I/O引脚的AT89C51单片机。

AT89C51单片机是一款低功耗，低电压，高性能CMOS单片机，片内含4KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。

因此，AT89C51具有很强的功能，灵活性高且低廉价格的单片机，可在各个控制领域方便地应用。

AT89C51具有以下主要性能：

1．可改编程序存储器有4KB；

2．全静态工作：

0——24Hz；

3．内部随机存储器：

128×8字节；

4．32个外部双向输入/输出（I/O）口；

5．6个中断优先级；2个16位可编程定时计数器；

6．可编程串行通道；

AT89C51为适应不同的产品需求，采用PDIP、TQFP、PLCC三种封装形式，

本系统采用双列直插封装形式。

（二）时钟芯片的选择

选择一：

直接利用单片机内部定时器计数器实现对年月日时分秒的计数，虽然本方案可以实现计时计数功能，但是设计出来的数字钟走时精度较差，且程序繁琐。

所以不采取本方案。

选择二：

采用DS1320芯片作为时钟芯片实现时钟走时。

DS1302是美国

DALLAS公司的一种高性能、低功耗的时钟芯片，实时时钟可提供年、月、日、时、分、秒、星期，每个月小于31天时可以自动调整，而且具有闰年补偿功能。

DS1302需要使用32.768KHz的晶振。

故本设计采用DS1320芯片实现时钟计时。

AT89C51单片机是一款低功耗，低电压，高性能CMOS单片机，片内含4KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。

因此，AT89C51具有很强的功能，灵活性高且低廉价格的单片机，可在各个控制领域方便地应用。

（三）温度传感器的选择

选择一：

使用模拟温度传感器，如热敏电阻，随环境温度的变化，它的阻值会发生相应变化，用单片机采集电阻两端的电压，然后根据公式计算当前的温度。

本方案很明显的就是不能直观地看到当前温度，而且计算过程复杂、易出错。

选择二：

采用DS18B20温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰等特点，可以直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。

故本设计采用DS13B20温度传感器实现测温模块。

（三）显示模块的选择

选择一：

采用数码管显示，数码管显示单一的数字、功能少，不能显示汉字，且显示数字时还要用到38译码器，完成时间显示需要多个数码管及译码器，工作繁琐。

选择二：

采用LCD液晶显示，可以显示多行文字，由于本数字钟显示文字数字较多，故采用LCD12864实现显示模块。

（五）语音芯片的选择

选择一：

采用现成的语音芯片，进行播报设置，闹铃设置，价格便宜，但个性化差。

选择二：

利用录放芯片，自己进行录制，价格较高，能够进行个性化设置。

由于大多说人喜欢个性化，且价格差别并不是太多，因此选择语音录放芯片ISD1420。

三、系统的硬件电路设计

（一）总体设计

多功能语音报时数字钟主要显示年、月、日、时、分、秒、温度等模块。

硬件电路的设计主要包括单片机最小应用系统及显示电路、按键电路、DS1302时钟电路，ISD1420语音电路。

采用AT89C51或其兼容系列。

采用12MHz高精度的晶振以获得较稳定时钟频率减小测量误差。

时钟电路是以DS1302作为主控芯片、报时电路用ISD1420作为主控芯片、显示部分用LCD12864进行显示。

（二）各模块电路设计

1．时钟电路

单片机内部的各种操作所需时间的基准时钟信号即为时钟信号。

用内外部振荡形式实现。

XTAL1和XTAL2两个端口是51单片机的反向放大器的输入和输出端，两个引脚构成振荡器。

通过这种方式得到的时钟信号比较稳定，在实际应用中经常会用此方式。

2.复位电路

为了能够使单片机内部数据初始化常采用复位电路。

复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态并从初始状态开始正常工作。

单片机的复位通过外围电路实现功能。

复位后系统将输入/输出（I/0）端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H,SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。

复位分为上电复位和手动复位两种情况。

本系统采用手动复位方式