毕业设计（论文）-多功能数字钟的设计与制作.doc

摘 要 多功能数字钟的设计与制作多功能数字钟的设计与制作 摘摘 要：要：本数字钟采用 STC89c58RD+单片机作为主控制器，结合温度传感器 DHT11、时钟芯片 DS1302、语音芯片 ISD4004，来实现温度湿度测量、闹钟、秒 表、倒计时、12 时制 24 时制转换、报时到分和显示年、月、日、时、分、秒 的功能。而在显示方面采用了 LCD12864 液晶显示。由于本设计需要庞大的程序 控制，因此软件程序均采用 C 语言编写，便于移植与升级。 关键词：关键词：单片机控制；数字钟；STC89c58RD+ ；DS1302；ISD4004；DHT11；LCD12864 Multi-functionMulti-function digitaldigital clockclock designdesign andand productionproduction Abstract：The digital clock uses STC89c58RD + microcontroller as the main controller, with temperature sensor DHT11, clock chip DS1302, and the amplifier chip ISD4004 , to achieve the temperature and humidity measurements, alarm clock, stopwatch, countdown, 12-hour 24-hour conversion, timekeeping to points and display year, month, day, hour, minute and second functions. The terms used in the display LCD12864 liquid crystal display. As the design requires a large process control, software programs are written using C language for easy migration and upgrades. Key words: microchip control；Digital Clock；STC89c58RD+；DS1302；ISD4004；DHT11；LCD12864 目 录 i 目目 录录 1背景与意义背景与意义.1 1.1背景 .1 1.2意义 .1 1.3 功能介绍.2 2方案比较与论证方案比较与论证.3 2.1设计任务与要求 .3 2.2方案比较与论证 .3 3系统硬件设计系统硬件设计.5 3.1总体电路框图 .5 3.2单元电路设计 .5 3.2.1 单片机模块5 3.2.2 时钟模块9 3.2.3 温湿度采集模块12 3.2.4 语音模块15 3.2.5 液晶显示模块19 3.2.6 按键模块. .23 4系统软件设计系统软件设计.24 4.1总体软件框图 .24 4.2各模块程序设计 .25 4.2.1 时钟驱动模块25 4.2.2 温湿度采集数据模块26 4.2.3 液晶驱动程序28 4.2.4 语音控制程序30 5系统调试与测试系统调试与测试.31 5.1硬件调试 .31 5.2软件调试 .31 6设计总结设计总结.32 致致 谢谢.32 参考文献参考文献.33 附录附录.34 附录 A：电路图.34 附录 B：程序清单.35 正 文 1 多功能数字钟的设计与制作 1背景与意义背景与意义 1.1 背景 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎 渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的 提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越 快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前 的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。 但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、 低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改 变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实 现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬 件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。 单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、 分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械 装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 1.2 意义 数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒、数字显示的计时装置,广泛用于 个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品, 由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远 远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大 地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序 自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各 正 文 2 种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研 究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以 及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐 带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使 数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时 及自动控制等各个领域。 目前家用的数字电子钟，多数只能显示小时、分钟等信息，功能单一，而 且大都采用 LED 数码管作为显示器件，功耗大，不能令消费者满意。为此，我 设计了一款多功能语音数字钟，它可以显示年、月、日、小时、分钟、秒钟、 星期等时间信息，可以进行 12 时制与 24 时制转换功能，同时可以显示环境的 温度和湿度信息。还具有按键调节时间，语音实时报时到分，秒表，倒计时和 5 路闹钟设置功能。时钟采用 LCD 作为显示器，界面友好。 1.3 功能介绍 1.3.1 液晶屏供可以显示 5 个页面，初始化时显示页面 1。其包括第一行 显示年、月、日。第二行显示时、分、秒、时制（12 时制则有 AM 和 PM 显示， 24 时制则没有） 。第三行显示湿度和温度。第四行显示星期。 1.3.2 按 Model 键切换成设置模式，按一下 Model 键液晶屏显示页面 2 为 时间设置，按 Set 键后，通过左键、右键、加键和减键就可以对包括年、月、 日、时、分、秒、星期和时制的时间参数进行设置，设置完后再按 Set 键就可 以保存设定的时间参数。 1.3.3 按两下 Model 键液晶屏显示页面 3 为闹钟设置，可同时设置不同的 5 路闹钟，其中，每路闹钟还有模式选择，包括星期一、星期二、星期三、星 期四、星期五、星期六、星期日、工作日、周末日和每天。按 Set 键后，通过 左键、右键、加键和减键就可以对包括闹钟时间、闹钟状态（开或关） 、闹钟路 数、闹钟模式的设置。设置完后再按 Set 键就可以保存设定的闹钟参数。 1.3.4 按三下 Model 键液晶屏显示页面 4 为秒表设置，秒表计时包括时、 分、秒及千分秒。按 Set 键清零，按加键或减键则开始和暂停。 1.3.5 按四下 Model 键液晶屏显示页面 5 为倒计时设置，倒计时计时同样 正 文 3 包括时、分、秒及千分秒。按 Set 键后通过左键、右键、加键和减键进行倒计 时时间设置，设置完后再按 Set 键就可以保存设定的倒计时时间参数。此时加 键或减键是倒计时的开关，按一下开始倒计时，再按一下暂停倒计时；按左右 键倒计时清零。 1.3.6 在液晶屏显示页面 1 时，按一下 Set 键，数字钟会进行 24 时制的实 时报时到分的功能。 2方案比较与论证方案比较与论证 2.1 设计任务与要求 2.1.1 实现基本的时钟显示，包括年、月、日、时、分、秒、星期的显示。 2.1.2 实现时间的 12 时制与 24 时制的转换 2.1.3 实现当前环境温度湿度的测量 2.1.4 实现闹钟功能 2.1.5 实现秒表和倒计时功能 2.1.6 实现实时报时到分的功能 2.2 方案比较与论证 方案一：采用 AT89C51 为主控器件，结合温度采集模块 DS18B20、时钟芯片 DS1302、语音芯片 ISD4004 和蜂鸣器也可以实现显示时间显示，也还可以实现 闹钟，秒表，倒计时和报时功能。在显示方面采用 LED 点阵显示。但是多功能 数字钟主要是以程序控制为主，要实现以上功能需要大量的程序，51 单片机的 内存比较小，一方面可能容纳不了这么多程序；另方面，即使容纳的了这么多 的程序，也必然会影响数字钟的运行速度，甚至可能卡机。同时，采用 DS18B20 检测温度有点大材小用，生活上的温度测量并不需要非常的精确。而 且，此方案选择 LED 点阵显示，必然使得制作时焊接麻烦，工程量大，同时还 会是数字钟需要很大的功耗。无论是从产品质量还是环保方面，此方案都不是 很理想的。下图为方案一的方框图： 正 文 4 单片机 AT89C51 温度检测 DS18B20 时钟芯片 DS1302 语音芯片 ISD4004 LED 显示 蜂鸣器 图 2.2.1 方案一方框图 方案二：采用单片机 STC89c58RD+为主控器件，结合温湿度传感器 DHT11、 时钟芯片 DS1302、语音芯片 ISD4004 和蜂鸣器来可以实现显示包括年、月、日、 时、分、秒、星期等时间显示，也还可以实现闹钟，秒表，倒计时和报时功能。 在显示方面采用 LCD12864 液晶显示屏显示。58 单片机具有更大的内存，对于 设计像这样大程序的器件是非常合适的。温湿度采集方面采用温湿度传感器已 经很够用了，而显示采用 LCD12864 液晶显示屏显示，减少了很多的焊接工作， 同时电路还更稳定，性能更好，更节能。下图为方案二的方框图： 单片机 STC89c58RD+ 温湿度传感器 DHT11 时钟芯片 DS1302 语音芯片 ISD4004 液晶显示屏 LCD12864 蜂鸣器 图 2.2.2 方案二方框图 正 文 5 通过方案一与方案二的比较，很明显方案二做出来的产品性能更好，更稳 定，更经济。在实现相同功能下，方案二会是一个更好的设计。所以我的设计 采用的方案二的设计思路。 3系统硬件设计系统硬件设计 3.1 总体电路框图 单片机 STC89c58RD+ 温湿度传感器 DHT11 时钟芯片 DS1302 语音芯片 ISD4004 液晶显示屏 LCD12864 蜂鸣器 键盘 电源 2 电源 1 喇叭 图 3.1 总体电路框图 3.2 单元电路设计 3.2.13.2.1 单片机模块单片机模块 3.2.1.1 STC89c58RD+单片机简介 STC89C58RD +是一种低功耗高性能的 8 位单片机，STC89C58RD+系列是全球 第一片掉电模式时典型功耗小于 0.1uA 的 8051 单片机。片内带有一个 32k 字 节的 F1ash 可编擦除只读存储器(PEROM)，它采用了 CMOS 工艺和 STC(宏晶)公 司的高密度非易失性存储器(NURAM)技术，而且其输出引脚和指令系统和 MCU- 51 系列单片机兼容。片内的 Flash 存储器允许在系统内可改编程序或用常规的 正 文 6 非易失性的存储器编程器来编程。同时它具有三级程序存储器保密的性能。 在众多的 51 系列单片机中，要算 STC(宏晶)公司的 STC89C58RD+最实用， 因为它不仅和 MCU-51 系列单片机指令、管脚完全兼容，而且它支持 ISP(在系 统可编程)，无需高价的编程器，可轻松通过串口实现程序下载和远程升级，加 上其片内的 32k 程序存储器是 Flash 工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电 的方式瞬间擦除、改写。此外，它有 1280 字节的 RAM,8K 以上的 E2PROM,内置 看门狗。在 ISP 下载编程时就可以任意设置 6 时钟/机器周期或 12 时钟/机器周 期，STC 单片机 ISP 引导码出厂时已有，不需要用户烧录。该单片机对开发设 备要求很低，开发时间也大大缩短。单片机出厂时已完全加密，无法解密，其 DIP 封装引脚如图 1 所示 图 3.2.1.1 STC89c58RD+单片机 正 文 7 3.2.1.2 单片机引脚功能 特点：1.增强型 6 时钟机器周期，12 时钟机器周期 8051 CPU 2.工作电压：5.5V-3.4V（5V 单片机）3.8V-2.0V（3V 单片机） 3.工作频率范围：0-40 MHz，相当于普通 8051 的 080MHz.实际工作频 率可达 48MHz. 4.用户应用程序空间 4K8K13K16K20K32K64K 字节 5.片上集成 1280 字节512 字节 RAM 6.通用 IO 口（3236 个） ，复位后为：P1P2P3P4 是准双向口 弱上拉（普通 8051 传统 IO 口） P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 IO 口用 时，需加上拉电阻。 7.I S P（在系统可编程）I A P（在应用可编程） ，无需专用编程器仿 真器 ，可通过串口（P3.0P3.1）直接下载用户程序，8K 程序 3 秒即可完成 一片 8.EEPROM 功能 9.看门狗 10.内部集成 M A X 8 1 0 专用复位电路（D 版本才有） ，外部晶体 2 0 M 以下时，可省外部复位电路 11.共 3 个 16 位定时器计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定 时器使用 12.外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down 模式可由 外部中断低电平触发中断方式唤醒 13.通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART 14.工作温度范围：0-75-40-85 15.封装：PDIP-40，PLCC-44，LQFP-4 3.2.1.3 单片机设计原理图介绍： 系统采用 STC89c58RD+单片机作为控制核心。STC89c58RD+单片机与 MCS_51 系 列单片机产品兼容，采用了 Flash 存储器结构，可以在线下载程序，易于日后 的升级。图 3 主要负责各个模块的初始化工作；设置定时器、寄存器的初值； 正 文 8 读取并处理时间、温度等信息；处理按键响应；控制液晶实时显示。 图 3.2.1.1 单片机硬件原理图 主控单片机硬件电路连接如图 3.2.1 所示。 其只要负责对温湿度传感器 DHT11 的温度湿度 采集处理和显示，对时钟 IC ds1302 时钟信息 提取并显示和写入需要设置的时间数据到 ds1302 指定的寄存器里。其中由 C1,C2 和 Y1 组成单片机时钟电路，其中系统采用 11.0592M 晶振；由 RST,C3,R1 组成按键电平复位电路。 如有图所示。为了增强 P0 口的驱动能力，故在 接口处接上 P0 ，10K 的上拉电阻。P0 口为 单片机与液晶显示器通信的数据端口； 图 3.2.1.2 按键电平复位电 路 P25，P26, P27 连接液晶显示器的控制信号端口；P10,P11,P12 为单片机与时钟 芯片 DS1302 通信的连接端口；P1.5 为单片机连接温湿度传感器 DHT11 的通信 端口；P30P35 为连接按键模块的接口。 正 文 9 3.2.23.2.2 时钟模块时钟模块 3.2.2.1 DS1302 简介 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片 内含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信 实时时钟/日历电路 提供秒 分 时 日 日期 月 年的信息 每月的天数和闰年的天数可自动调整 时 钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式 DS1302 与单片机之间 能简单地采用同步串行的方式进行通信 仅需用到三个口线 1 RES 复位 2 I/O 数据线 3 SCLK 串行时钟 时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节 的字符组方式通信 DS1302 工作时功耗很低 保持数据和时钟信息时功率小于 1mWDS1302 是由 DS1202 改进而来 增加了以下的特性 双电源管脚用于主电源 和备份电源供应 Vcc1 为可编程涓流充电电源 附加七个字节存储器 它广泛应 用于电话 传真 便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等 3.2.2.2 各引脚的功能： 产品领域 下面将主要的性能指标作一综合： 实时时钟具有能计算 2100 年之前的秒 分 时 日 日期 星期 月 年的能力 还有闰年调整的能力 31 8 位暂存数据存储 RAM 串行 I/O 口方式使得管脚数量最少 宽范围工作电压 2.0 5.5V 工作电流 2.0V 时,小于 300nA 读/写时钟或 RAM 数据时 有两种传送方式 单字节传送和多字节传送 字符 组方式 8 脚 DIP 封装或可选的 8 脚 SOIC 封装 根据表面装配 简单 3 线接口 与 TTL 兼容 Vcc=5V 可选工业级温度范围 -40 +85 与 DS1202 兼容 正 文 10 在 DS1202 基础上增加的特性 对 Vcc1 有可选的涓流充电能力 双电源管用于主电源和备份电源供应 备份电源管脚可由电池或大容量电容输入 附加的 7 字节暂存存储器 1. DS1302 的基本组成和工作原理 DS1302 的管脚排列及描述如下图及表所示 管脚描述 X1 X2 32.768KHz 晶振管脚 GND 地 RST 复位脚 I/O数据输入/输出引脚 SCLK串行时钟 Vcc1,Vcc2 电源供电管脚 图 3.2.2.1 DS1302 管脚 图 订单信息 部分# 描述 DS1302 串行时钟芯片 8 脚 DIP DS1302S 串行时钟芯片 8 脚 SOIC （200mil） DS1302Z 串行时钟芯片 8 脚 SOIC （150mil） 2. DS1302 内部寄存器 CH: 时钟停止位 寄存器 2 的第 7 位 12/24 小时标志 CH=0 振荡器工作允许 bit7=1,12 小时模式 CH=1 振荡器停止 bit7=0,24 小时模式 WP: 写保护位 寄存器 2 的第 5 位:AM/PM 定义 WP=0 寄存器数据能够写入 AP=1 下午模式 WP=1 寄存器数据不能写入 AP=0 上午模式 TCS: 涓流充电选择 DS: 二极管选择位 TCS=1010 使能涓流充电 DS=01 选择一个二极管 正 文 11 TCS=其它 禁止涓流充电 DS=10 选择两个二极管 DS=00 或 11, 即使 TCS=1010, 充电功能也被禁止 A、时钟 B、RAM 3.2.2.3 DS1302 原理图设计介绍 正 文 12 图 3.2.2.2 DS1302 原理图 电路原理图如图，DS1302 与单片机的连接也仅需要 3 条线：RST 引脚、 SCLK 串行时钟引脚、I/O 串行数据引脚，由 C4 和 Y2 组成 DS1302 时钟振荡电路， 提供计时脉冲，其中 Y2 为 32.768MHz。其中 SCLK,I/O,RST 分别接主控单片机 的 P10,P11,P12 脚。 3.2.33.2.3 温湿度采集模块温湿度采集模块 3.2.3.1 DHT11 传感器简介 DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传 感器 。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术 ，确保产品具有极 高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一 个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超 快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确 的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器 内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。 单 线制串行接口，使系 统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以 上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品 为 4 单排 引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。 1.传感器性能说明 正 文 13 2. 接口说明 图 3.2.3.1 接口说明图 3. 电源引脚 DHT11 的供电电压为 3 5.5V 。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳 定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（ VDD ， GND ）之间可增加一 个 100nF 的电容，用以去耦滤波。 4.串行接口 DATA 用于微处理器与 D HT 11 之间的通讯 和 同步 , 采用单总线数据格 正 文 14 式 , 一次通讯时间 4ms 左右 , 数据分小数部分和整数部分 , 具体格式在下 面说明 , 当前小数部分用于以后扩展 , 现读出为零 . 操作流程如下 : 一次完整的数据传输为 40bit, 高位先出。数据格式 :8bit 湿度整数数据 +8bit 湿度小数数据+8bi 温度整数数据 +8bit 温度小数数据+8bit 校验和数 据传送正确时校验和数据等于 “ 8bit 湿度整数数据 +8bit 湿度小数数据 +8bi 温度整数数据 +8bit 温度小数数据 ” 所得结果的末 8 位。 i 温度整数数据 +8bit 温度小数数据 ” 所得结果的末 8 位。用户 MCU 发送一次开始信号后 ,DHT11 从低功耗模式转换到高速模式 , 等待主机开始信 号结束后 ,DHT11 发送响应信号 , 送出 40bit 的数据 , 并触发一次信号采集 ,用 户可选择读取部分数据 . 从模式下 ,DHT11 接收到开始信号触发一次温湿度采 集 ,如果没有接收到主机发送开始信号 ,DHT11 不会主动进行温湿度采集 . 采 集数据后转换到低速模式。 5.测量分辨率 测量分辨率分别为 8 bit （温度） 、 8 bit （湿度） 6.电气特性 VDD=5V ， T = 25 ，除非特殊标注 注 : 采样周期间隔不得低于 1 秒钟。 3.2.3.2 DHT11 原理图简介右图为 温湿度传感器 DHT11 的硬件原理图 其中 1 脚为电源脚，2 脚连接到单片机 P15 脚，将数据传送到单片机中。 图 3.2.3.2 DHT11 原理图 3.2.43.2.4 语音模块语音模块 正 文 15 3.2.4.1 ISD4004 简介 ISD 系列语音芯片是美国 ISD 公司推出的产品。该系列语音芯片采用多电平直 接接模拟存储（Chip Corder）专利技术，声音不需要 A/D 转换和压缩，每个采 样值直接存储在片内的闪烁存储器中，没有 A/D 转换误差，因此能够真实、自 然地再现语音、音乐及效果声。避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量 化噪声和金属声。 ISD4004 语音芯片采用 CMOS 技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑 滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等（见图 1），因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。芯片设计是 基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口（SPI 或 Microwire）送入。采样频率可为 4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，频率越低， 录放时间越长，而音质则有所下降。片内信息存于内烁存储器中，可在断电情 况下保存 100 年（典型值）反复录音 10 万次。器件工作电压 3V，工作电流 2530mA，维持电流 1A?单片录放语音时间 816min，音质好，适用于移动 电话机及其它便携式电子产品中。 正 文 16 ISD4004 系列芯片引脚图如图 2 所示。 同相模拟输入（ANA IN+）-这是录音信号的同相输入端，输入放大器可用 单端或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值 32mV，耦合电容和本端的 3k 输入阻抗决定了芯片频率的低端截止频率。在差 分驱动时，信号最大幅度为峰峰值 16mV。 反相模拟输入（ANA IN-）-差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。信号 通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值 16mV，本端的标称输入阻抗为 56k,单 端驱动时，本端通过电容接地。两种方式下，ANA IN+和 ANA IN-端的耦合电容 值应用相同。音频输出（AUD OUT）-提供音频输出，可驱动 5k 的负载。 串行输入（MOSI）-此为单行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半 个周期将数据放到本端，供 ISD 输入。 正 文 17 串行输出（MISO）ISD-串行输出端，ISD 未选中时，本端呈高阻态。 串行时钟（SCLK）-ISD 的时钟输入端，由于控制器产生，用于同步 MOSI 和 MISO 的数据传输。数据在 SCLK 上升沿锁存到 ISD，在下降沿移出 ISD。 中断（INT）-本端为漏极开路输出，ISD 在任何操作（包括快进）中检测 到 EOM 或 OVF 时，本端变低并保持，中断状态在下一个 SPI 周期开始清除，中 断状态也可用 RITN 指令读取。 行地址时钟（RAC）-漏极开始输出。生个 RAC 周期表示 ISD 存储器的操作 进行了一行（ISD4004 系列中的存储器有 2400 行）。8kHz 采样频率的器件， RAC 周期为 200ms，其中 175ms 保持高电平，低电平为 25ms。快进模式下，RAC 为 218.75s 高电平，31.25s 为低电平，该端可用于存储管理技术。 外部时钟（XCLK）-本端有内部下拉元件，芯片内部的采样时钟在出厂前已 调校，误差在+1%内，在不外接时钟时，此端必须接地。 自动静噪（AM CAP）-1F 电容构成内部峰值检测电路的一部分，检测出的峰 值电平与内部设定的阈值作比较，决定自动静噪电路的工作与否。大信号时自 动静噪电路不衰减，静音时衰减 6dB。同时，1F 电容也影响自动静噪电路时 信号幅度的响应速度，本端接 VCCA 则禁止自动静噪。 OVF 标志指示 ISD 录放操作已到达存储器的末尾。EOM 标志只有放音过程中 检测到内部的 EOM 标志时，此状态位置 1，如图 3 所示。以下列举了几种对 ISD 器件进行操作进的批令次序。 信息快进。用户不必知道确切的地址，就能快地跳过一条信息。信息快进只用于放 音模式。放音速度是正常的 1600 倍，遇到 EOM 后停止，内部地址计数器加 1，并接下 条信息开始处。 正 文 18 上电顺序。器件延时 TPUD（8kHz）采样时，约 25ms 后才能开始操作。因此，用 户发完上电指令后，必须等待 TPUD，才能发出一条操作指令。例如从 00 处放音，应 遵循如下时序：发 power up 命令；等待 TPUD（上电延时）；发地址值为 00 的 SETPLAY 命令；发 PLAY 命令。器件会从 00 地址开始放音，当出现 EOM 时，立即中断， 停止放音。如果从 00 处录音，则按以下时序：发 power up 命令；等待 TPUD（上电延 时）；发 power up 命令；等待 2 倍 TPUD；发地址值为 00 的 SETREC 命令；发 REC 命 令。器件便从 00 地址开始录音，一直到出现 OVF（存储器末尾），录音停止。 3.2.4.2 ISD4004 硬件原理图简介 图 3.2.4.1 ISD4004 原理图 正 文 19 图 3.2.4.2 ISD4004 供电电路 电路原理图如图 3.2.4.1 所示，整个电路由单片机控制 3.2.53.2.5 液晶显示模块液晶显示模块 3.2.5.1 LCD12864 简介 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。 文字显示时，文字符或 2 个 168 点阵全高 ASCII 码字符，即每屏最多 可实现 32 个中文字符或 64 个 ASCII 码字符的显示。LMG-SSC12K64 内部提供 1282 字节的字符显示 RAM 缓冲区（DDRAM） 。字符显示是通过将字符显示编码 写入该字符显示 RAM 实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示 CGROM（中文字库） 、HCGROM（ASCII 码字库）及 CGRAM（自定义字形）的内容。 三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000006H（其代码分别是 0000、0002、0004、0006 共 4 个）显示自定义字型，02H7FH 显示半宽 ASCII 码字符，A1A0HF7FFH 显示 8192 种 GB2312 中文字库字形。字符显示 RAM 在液晶模块中的地址 80H9FH。字符显示的 RAM 的地址与 32 个字符显示 区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示。 正 文 20 LCD12864 液晶引脚图如下图 17 所示： LCD12864 引脚说明： VSS：模块的电源地 VDD：模块的电源正端 VO：LCD 驱动电压输入端 RS(CS):并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号 R/W(sid):并行的读写选择信号；串行的数据口 DBODB7：数据接口 PSB：并/串行接口选择； NC:空脚 RET：复位，低电平有效 LED_A：背光源正极 图 3.2.5.1 LCD12864 液晶屏 LED_K:背光源负极 LCD12864 硬件构成说明如下图 18 所示： 正 文 21 图 3.2.5.2 LCD12864 内部结构 IC3 为行驱动器。IC1,IC2 为列驱动器。IC1,IC2,IC3 含有以下主要功能器 件。 1 指令寄存器（IR） IR 是用于寄存指令码，与数据寄存器数据相对应。当 D/I=0 时，在 E 信号 下降沿的作用下，指令码写入 IR。 2 数据寄存器(DR) DR 是用于寄存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应。当 D/I=0 时，在下 降沿作用下，图形显示数据写入 DR，或在 E 信号高电平作用下有 DR 读到 DB7DB0 数据总线。DR 和 DDRAM 之间的数据传输是模块内部自动执行的。 3 忙标志：BF BF 标志提供内部工作情况。BF=1 表示模块在内部操作，此时模块不能接受 外部指令和数据。BF=0 时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。利 用 STATUS READ 指令，可以将 BF 读到 DB7 总线，从检验模块之工作状态。 4 显示控制触发器 DFF 次触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1 为开显示，DDRAM 的内 容就显示在屏幕上，DFF=0 为关显示。DDF 的状态是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信号控制的。 5 XY 地址计数器 XY 地址计数器是一个 9 位计数器。高 3 位是 X 地址计数器，低 6 位为 Y 地 址计数器，XY 地址计数器实际上是作为 DDRAM 的地址指针，X 地址计数器为 DDRAM 的页指针，Y 地址计数器为 DDRAM 的 Y 地址指针。 X 地址计数器没有记数功能的，只能用指令设置。 Y 地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，Y 地址自动加 1，Y 地址指针从 0 到 63. 6 显示数据 RAM(DDRAM) DDRAM 是存储图形显示数据的。数据为 1 便是显示选择，数据为 0 表示显 示非选择。 7 Z 地址计数器 正 文 22 Z 地址计数器是一个 6 位计数器，此计数器具备循环记数功能，它是用于 显示行扫描同步。当一行扫描完成，此地址计数器自动加 1，指向下一行扫描 数据，RST 复位后 Z 地址计数器为。 Z 地址计数器可以用指令 DISPLAY START LINE 预置。因此，显示屏幕的起 始行就由此指令控制，即 DDRAM 的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此 模块的 DDRAM 共 64 行，屏幕可以循环滚动显示 64 行。 3.2.5.2 LCD12864 原理图简介 下面是 LCD12864 的硬件连接原理图如图 3.2.5.2 所示： 图 3.2.5.3 液晶屏原理图 我设置单片机驱动 LCD12864 采用并行方式，RS,RW,EN 分别接主控单片机 的 P25,P26,P27 脚，DB0DB7 接到主控单片机的 P0 数据接口。 正 文 23 3.2.63.2.6 按键模块按键模块 图 3.2.6 按键原理图 我设计了 6 个按键作为输入键盘，其中 S1 是 Set 键，在设置模式下，按一下 S1 就可以对参数进行设置；同时若是在页面 1 时按一下 S1，则数字钟会进行实 时报时。S2 是左键，设置参数时是选位键，每按一次，相应的选择上一位。S5 为右键，同样是在设置参数时的选位键，每按一次，相应的选择下一位。S4 是 减键，是对被选中位数据进行减 1。S3 为加键，是对被选中位数据进行加 1。S6 则是 Model 模式选择键，没按一下，就进入下一页面。 正 文 24 4系统软件设计系统软件设计 4.1 总体软件框图 图 4.1 总体软件框图 开始 初始化 获取时间、日期和温湿度 是否模式 1？ 显示时间、 日期和温湿度等 是否闹钟时间？ 语音闹钟 是否模式 2？ 是否整点或 按 set 键？ 实时报时 设置时间日期等 是否模式 4？ 设置闹钟 是否模式 3？ 是否模式 秒表设置 倒计时设计 是否模式 1？ N Y Y Y Y Y Y N N N N N Y Y N N 正 文 25 4.2 各模块程序设计 4.2.1 时钟驱动程序： DS1302 读写时序说明： DS1302 是 SPI 总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取 相应寄存器的数据。下图图 21 是 DS1302 的控制字。 控制字的最高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写 入到 DS1302 中。 位 6：如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 RAM 数据； 位 5 至位 1（A4A0）：指示操作单元的地址； 位 0（最低有效位）：如为 0，表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个 SCLK 时钟的上升 沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从最低位（0 位）开始。同样，在紧跟 8 位的控制字指令后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿，读出 DS1302 的数据，读出的 数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如下图 22 所示： 主要驱动程序见附录。 图 21 控制字（即地址和命令字节） 图 22 DS1302 读写时序图 正 文 26 4.2.2 温湿度采集数据模块 图 4.2.2.1 温湿度传感器 DHT11 其通讯过程入下图所示： 图 4.2.2.2 通讯过程 总线空闲状态为高电平 , 主机把总线拉低等待 DHT11 响应 , 主机把总线 拉低必须大于 18 毫秒 , 保证 DHT11 能检测到起始信号。DHT11 接收到主机 的开始信号后 ,等待主机开始信号结束 , 然后发送 80us 低电平响应信号 .主 机发送开始信号结束后 , 延时等待 20-40us 后 , 读取 DHT11