电子系统设计.docx

1、电子系统设计电子系统设计：具有报时报温功能的电子钟一、目的及任务 1.通过查阅相关资料，深入了解温度测量相关知识；2.学习动态显示方式的实现方法及原理；3.复习“MCS-51单片机原理及C语言程序设计”，掌握其借口扩展，如：显示、键盘等；4.确定具有报时报温功能的电子钟原理图，构建硬件平台；5.采用C语言编写应用程序并调试通过；6.制作出样机并测试达到功能和技术指标要求；7.写出设计报告和答辩PPT。二、功能说明1.具有显示年、月、日、星期、时、分、秒的基本时钟功能；2.具有显示实时温度的功能；3.具有设定闹钟的功能；4.具有设定日期、时间的功能；5.具有整点语音播报时间和温度的功能。三、设计

2、思路以51单片机为核心，运行程序。由DS1302提供时钟日历，DS18B20实现温度测量，ISD1760实现语音播报功能。四、使用说明录入程序后，数码管默认显示当前时间（初始值由程序提前录入），依此按下K4分别显示当前日期（初始值也为程序提前录入），当前星期（初始值依旧为程序初始化），当前温度和当前闹钟设定值，再次按下重新显示当前时间。在任何一个上述显示状态下按下K5进入设定时间的中断程序，默认进入时间设定界面，K1,K2,K3分别使时、分、秒依此加一，连按可连续加；再次按K5进入日期设定界面，K1,K2,K3分别对应年、月、日依此加一，同样连按可连续加；再次按K5进入星期设定界面，按下K1可

3、使星期依此加一；再按K5进入闹钟设定界面，可以设定要定闹钟的小时和分钟，K1,K2分别使小时、分钟依此加一，再按K5回到时间设定界面。在任何一个设定界面按下K4即可跳出中断，默认回到时间显示界面。在显示（K4）状态下，如果时间与闹钟所定的时间相同，则led1和数码管开始闪烁，默认闪烁一分钟（具体值可在程序中修改），此时按下K4表示已收到闹钟提示，可跳出闹钟闪烁状态。如果时间进入到整点，则语音功能开启，系统将自动播报当前时间和温度。如果时间在晚上18点以后数码管亮度将自动降低以适应晚上低亮度的显示环境。在温度显示界面，如果温度超过33度（也可在程序中修改）则数码管第一位将显示H表示HOT（HIG

4、H也行），并且数码管将闪烁显示以提示用户（不喜欢该功能也可以删掉）。五、硬件设计1.主要硬件说明 （1）SST89E516RD单片机 通用8位8051系列兼容微处理器。 工作电压： 4.50V - 5.50V工作频率040MHz内部RAM共有1Kbyte（256Byte + 768Byte）支持最大64KByte外部程序和数据存储空间 3个16位定时/计数器（T0，T1，T2）全双工增强型串行通讯口（UART） 帧错误识别 - 自动地址识别 10个中断源，4个优先级4个8位I/O口（32个I/O引脚）和1个4位口，共36个I/O准的每个指令周期12个时钟，也可以倍频，以实现每个指令周期6个时钟

5、支持掉电检测SST89E516RD的功能方框图和引脚定义图 （2）DS1302DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。结构DS1302的引脚排列,其中Vcc2为主电源，VC

6、C1为后备电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此

7、次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。下图为DS1302的引脚功能图： (3)ISD1760语音芯片ISD1700系列芯片是Winbond推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（vAlert）,双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。工作电路： （4）DS

8、18B20温度传感器 DS1302是 Dallas 公司生产的一种实时时钟芯片.它通过串行方式与单片机进行数据传送,能够向单片机 提供包括秒,分,时,日,月,年等在内的实时时间信息,并可对月末日期,闰年天数自动进行调整; 它还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚,在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。另外,它还能提供 31 字节的用于高速数据暂存的 RAM.鉴于上述特点,DS1302 已在许多单片机系统中得 到应用,为系统提供所需的实时时钟信息。DS1302 时钟芯片内主要包括移位寄存器,控制逻辑电路,振荡器,实时时钟电路以及用于高速暂存的31 字节 RAM。DS1302 与单片机系统

9、的数据传送依靠 RST,I/O,SCLK 三根端线即可完成。其工作过 程可概括为:首先系统 RST 引脚驱动至高电平,然后在作用于 SCLK 时钟脉冲的作用下,通过 I/O 引脚 向 DS1302 输入地址/命令字节,随后再在 SCLK 时钟脉冲的配合下,从 I/O 引脚写入或读出相应的数据 字节.因此,其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的。独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信 多点（multidrop）能力使分布式温度检测应用得以简化 不需要外部元件 可用数据线供电 不需备份电源 测量范围从-55至+125，增量值为0.5。等效的华氏温度范围是-67至257，增量值为0.9 以9位数

10、字值方式读出温度 在1秒（典型值）内把温度变换为数字 用户可定义的，非易失性的温度告警设置 告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度告警情况） DS18B20系统方框图2.硬件电路设计（1）原理图绘制（2）硬件布局 （3）PCB布线六、程序设计 1.程序设计说明 因为程序要实现的功能比较多，考虑到程序的可读性和简洁性使用了头文件的方式调用相关的功能。因为几乎每个功能都要用到数码管显示，为了以后设计和调试方便所以第一步先编写了数码管显示的头文件，具体先了解了锁存器的使用方法，写出P2.5，P2.6和WR位在显示时的状态，然后输入简单段码进行运行和调试，功能实现完全并且修正各种显示问

11、题后将函数编写为头文件方便调用。时钟日历为该电路主要功能，所以接下来开始该部分的设计。各种初始化、写入、读出函数都采用课本上例程，然后对例程进行补充，增加了对日期和星期的显示和设定函数，再次封装为头文件方便主程序调用。温度显示部分依旧采用了课本上的例程，依旧对程序进行了补充，增加了小数位的读取，并在读取函数中直接加入了数码管显示函数进行显示（这个是为了主程序而服务），然后封装头文件。语音部分首先用书上例程加单步调试进行语音的录入，录入完成后删除主函数中while(1), Erase和 set 函数，只保留play功能，封装为头文件。主程序的编写为此次试验主要部分，它综合全部功能导致逻辑部分难度

12、较大，使得调试也比较困难。大体设计思路为：在主函数中先进行系统的初始化，然后进入while(1)循环中，实现按下K4使当前显示状态的标志switch_statu自加1，并加入了防止连按的功能。然后判断switch_statu的值分别调用不同的函数显示当前值，再后面的功能为夜间自动调低亮度、闹钟闪烁和整点播报。按下K5进入设定部分的中断，并且按下K4跳出中断，具体原理类似于主函数部分。同时在主程序中还有对所需的各种变量、数组的定义，闹钟部分的显示、设定函数，实现了所有要求的功能。 2.源程序（1）主函数#include #include #include #include #include di

13、splay.h#include time.h#include temprature.h#include voice.hvoid change_time();void change_date();void change_week();void DelayMs(unsigned char);void read_clock();void change_clock();unsigned char code seg_code=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x67,0x77,0x7C, 0x39,0x5E,0x79,0x71,0x00,0x40

14、;unsigned char i,j=0,k=0,l=0,m=0,switch_statu=1,switch_buffer,stemp=0;unsigned char time_data,times_temps=1;unsigned char clock_buffer8,clock_display_buffer8;unsigned char voice_buffer_s16=0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,0x40,0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x78,0x80,0x90,0x98;unsigned char voice_buffer_e16=

15、0x17,0x1f,0x27,0x2f,0x37,0x3f,0x47,0x4f,0x57,0x5f,0x67,0x77,0x7f,0x8f,0x97,0x9f;sbit K1=P10;sbit K2=P11;sbit K3=P12;sbit K4=P13;sbit K5=P32; void main() initial_ds1302(); EA=1; EX0=1; for(i=0;i8;i+) clock_bufferi=0; clock_buffer0=clock_buffer1=clock_buffer7=16; clock_buffer4=17; P1=0x0f; while(1) if

16、(K4=0&stemp=0) switch_statu+; stemp=1; if(K4=1) stemp=0; if(switch_statu=6) switch_statu=1; switch(switch_statu) case 1: read_time();break; case 2: read_date();break; case 3: read_week();break; case 4: read_temp();break; case 5: read_clock();break; default:read_time();break; if(switch_statu!=4&switc

17、h_statu!=5) for(i=0;i8;i+) display_bufferi=seg_codedisplay_bufferi; display(8,display_buffer); read_time(); j=0; for(i=0;i=1&display_buffer1=8) DelayMs(5); if(display_buffer3=0&display_buffer4=0&display_buffer6=0&display_buffer7=0) Cpu_Init(); ISD_Init(); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_s11,0,voice_buffer

18、_e11,0); / delay(1200); if(display_buffer0=1) if(display_buffer0=2) ISD_SET_PLAY(voice_buffer_sdisplay_buffer0,0,voice_buffer_edisplay_buffer0,0); /x delay(1200); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_s10,0,voice_buffer_e10,0); / delay(1200); if(display_buffer1!=0) ISD_SET_PLAY(voice_buffer_sdisplay_buffer1,0,v

19、oice_buffer_edisplay_buffer1,0); /x delay(1200); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_s12,0,voice_buffer_e12,0); / delay(1200); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_s13,0,voice_buffer_e13,0); / delay(1200); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_slast_shi,0,voice_buffer_elast_shi,0); /x delay(1200); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_s10,0,vo

20、ice_buffer_e10,0); / delay(1200); if(last_ge!=0) ISD_SET_PLAY(voice_buffer_slast_ge,0,voice_buffer_elast_ge,0); /x delay(1200); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_s12,0,voice_buffer_e12,0); / delay(1200); ISD_SET_PLAY(voice_buffer_slast_shifen,0,voice_buffer_elast_shifen,0); /x delay(1200); ISD_SET_PLAY(voic

21、e_buffer_s14,0,voice_buffer_e14,0); / void int0_int(void)interrupt 0 switch_statu=4; while(1) if(switch_statu!=4) display(8,display_buffer); P1=0x0f; if(K5=0&stemp=0) switch_statu+; stemp=1; if(K5=1) stemp=0; if(switch_statu=5) switch_statu=1; switch(switch_statu) case 1: read_time();change_time();b

22、reak; case 2: read_date();change_date();break; case 3: read_week();change_week();break; case 4: read_clock();change_clock();break; default:read_time();change_time();break; for(i=0;i8;i+) display_bufferi=seg_codedisplay_bufferi; if(K4=0) switch_statu=5; return; void read_clock() for(i=0;i=100)time_data=0; display_buffer2=time_data/10; display_buffer3=time_data%10; set_date(); DelayMs(50); k=1; if(K2=0&k=0) DelayMs(50); if(K2=0) time_data=display_buffer4*10+display_buffer5; time_data+; if(time_data=13)time_data=1; display_buffer4=time_data/10; display_buffer5=time_da