基于羚羊61板的电子时钟设计

1石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）专业应用电子技术班级3063160701姓名李福泉2009年05月27日附12成绩评议学号306316070112姓名李福泉题目基于凌阳61板的电子时钟设计指导教师建议成绩评阅教师建议成绩答辩小组建议成绩院答辩委员会评阅意见及评定成绩答辩委员会主任签字（盖章）年月日附23毕业设计开题报告学院职业技术学院专业应用电子技术学号306316070112姓名李福泉题目基于凌阳61板的电子时钟设计选题的目的和意义选题目的实现数字电子钟的基本功能，在液晶上显示年月日、时分秒、农历、星期，语音播报日期时间，闹钟提醒功能，秒表功能，精确到001S。选题意义数字钟是现代计时器，也是用作时间控制的时钟源。数字钟因其具有走时准，显示直观，款式新颖，附加功能多等优点而受到人们的欢迎。设计一个具有整点报时，可对时的数字钟。因此研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。国内外研究应用动态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。在数字钟的发展上看,主要向小型化、多功能化发展。凌阳61板体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而凌阳61板是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。国内外现在正在研究更加精确的原子钟，以适应时代科技发展的需要。设计提纲1、选题基于凌阳61板的电子时钟设计2、设计理念应用61板的可编程，实现电子时钟的功能。3、搜集资料从硬件及软件上进行技术支持，使之实现基本功能。4、初步完成进行系统的调试和测试，看是否达到预期目标。计划进度09年3月9日前完成开题报告并开题09年4月30日前向指导老师提交论文初稿09年5月15日前向指导老师提交论文二稿09年5月25日前向指导老师提交论文三稿指导教师意见指导教师签字年月日附34指导教师意见分数序号项目123451选题意义2文献检索能力3考勤情况、工作态度4工作量评价5任务难度评价6基本理论运用正确7分析、解决问题的能力8创造性或可行性评价9规范化评价10其他注请在适当的栏内打“”对论文的简短评价1指出论文存在的问题及错误2对创造性或可行性评价3建议成绩优良中及格不及格指导教师签字年月日附35附46评阅教师意见分数序号项目123451选题意义2文献检索能力3工作量评价4任务难度评价5基本理论运用正确6分析问题的能力7解决问题的能力8创造性或可行性评价9规范化评价10其他注请在适当的栏内打“”对论文的简短评价1指出论文存在的问题及错误2对创造性或可行性评价3建议成绩优良中及格不及格评阅教师签字年月日附57答辩小组评议意见附58学号306316070112姓名李福泉题目基于凌阳61板的电子时钟设计分数序号项目123451选题意义2任务难度及工作量3资料来源充足、可信4基本理论运用正确5分析、解决问题的能力6答辩语言表达能力7答辩逻辑思维能力8创造性或可行性评价9规范化评价其他注请在适当的栏内打“”答辩小组意见1建议成绩等级优良中及格不及格2需要说明的问题答辩小组长签字年月日石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第1页1摘要本设计主要介绍了利用凌阳科技公司的SPCE061A单片机作为主控制器设计的数字电子钟方案。利用凌阳SPLC501A液晶模组，结合SPCE061A强大的语音功能，实现了公历、农历、秒表、闹钟及语音报时、播报日期等功能。数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点,在生活中已经得到了广泛的应用。随着科技的发展，人们对电子产品的应用要求越来越高，数字电子钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示日期、农历、以及星期等，给人们的生活带来了方便。另外数字钟还具备秒表和闹钟功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。本方案要求利用凌阳科技公司的SPLC501A液晶模组作为显示模块，凌阳16位单片机SPCE061A作为主控芯片，充分利用SPCE061A精简开发板（简称61板）上面的三个按键，完成一个简易的数字系统数字电子钟。关键词数字电子钟，精确，报时，多功能石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第2页2ABSTRACTTHEDESIGNINTRODUCEDTHEUSEOFSPCE061ASUNPLUSTECHNOLOGY,INCSINGLECHIPDESIGNASAMAINCONTROLLERPROGRAMDIGITALELECTRONICCLOCKSUNPLUSSPLC501AUSELCDMODULE,COMBINEDWITHAPOWERFULVOICESPCE061AREALIZETHEGREGORIANCALENDAR,CHINESE,STOPWATCH,ALARMCLOCKANDVOICETIME,FEATURESSUCHASBROADCASTDATEDIGITALELECTRONICCLOCKWITHACCURATETRAVELTIME,ABELL,SUCHASTHECHARACTERISTICSOFMULTIPURPOSEINLIFEHASBEENAWIDERANGEOFAPPLICATIONSWITHTHEDEVELOPMENTOFTECHNOLOGYFORTHEAPPLICATIONOFELECTRONICPRODUCTSHAVEBECOMEINCREASINGLYDEMANDING,DIGITALELECTRONICCLOCKNOTONLYDISPLAYSTHECURRENTTIME,ANDCANDISPLAYTHEDATE,THECHINESE,ASWELLASTHEWEEKSANDSOON,TOPEOPLESLIVESMORECONVENIENTANOTHERDIGITALCLOCKALSOHASASTOPWATCHANDALARMCLOCKFUNCTIONANDALARMCLOCKTONESCANBESELECTEDTOHAVEAMULTIMEDIAELECTRONICBELLCOLORSTHEPROGRAMREQUIRESTHEUSEOFSUNPLUSTECHNOLOGY,INCSPLC501ALIQUIDCRYSTALDISPLAYMODULEASAMODULE,SUNPLUS16BITSINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHEMASTERCHIPSPCE061A,TAKEFULLADVANTAGEOFSTREAMLININGSPCE061ADEVELOPMENTBOARDTHEBOARD61OFTHETHREEBUTTONSABOVETOCOMPLETEASIMPLEOFDIGITALSYSTEMSDIGITALELECTRONICCLOCKDESIGNREQUIREMENTSKEYWORDSDIGITALCLOCK,ACCURATE,TIME,MULTIFUNCTION石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第3页3目录1引言111系统功能112基本参数113注意事项12模块特性简介221SPCE061A单片机2211SPCE061A简介2212芯片特性322SPCE061A精简开发板323SPLC501A液晶模组53系统总体方案介绍64系统硬件设计841SPCE061A最小系统842电源模块843音频输出模块944液晶显示模块95系统软件设计1051软件结构1052各模块程序说明10521主程序10522中断服务程序11523时间日期模块126数字钟硬件连接及操作1361硬件框图1362实物连接1563操作步骤1564操作界面177结论19参考文献20致谢21石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第1页11引言数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点,在生活中已经得到了广泛的应用。随着科技的发展，人们对电子产品的应用要求越来越高，数字电子钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示日期、农历、以及星期等，给人们的生活带来了方便。另外数字钟还具备秒表和闹钟功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。本方案利用凌阳科技公司的SPLC501A液晶模组作为显示模块，凌阳16位单片机SPCE061A作为主控芯片，充分利用SPCE061A精简开发板（简称61板）上面的三个按键，完成一个简易的数字系统数字电子钟。该数字钟既可以显示当前的日期和时间，又可以将当前的日期和时间播报出来，同时具有闹钟秒表等功能，满足了不同人的需要。该方案的主要功能是在SPLC501A液晶模组上显示时间、日期，能通过SPCE061A的音频通道播报当前的日期和时间。61板上面的三个按键可以控制实现所有的功能，在显示日期和时间状态下按KEY1键进入功能选择菜单，此时KEY2为下翻键，KEY3为上翻键，KEY1为确定键；在显示日期和时间状态下按KEY2键播报当前的时间，按KEY3键播报当前的日期，当KEY2、KEY3键同时按下时控制闹钟的开/关。11系统功能本系统利用凌阳科技公司的SPCE061A单片机作为控制器，扩展SPLC501A液晶模组。系统具有以下功能1可以在SPLC501A液晶模组上面显示时间、日期、农历、星期、闹钟；2可以语音播报日期和时间；3整点报时功能；4具备闹钟功能；5闹钟的铃声可以选择；6具备秒表功能，精确到001S。12基本参数1工作电压45V（3节干电池）；2日期显示范围20012100年；3时间采用24小时制。4秒表精确到001S。13注意事项1请将61板上的J5跳线选择33V；2在安装电池时注意正负极，否则容易烧坏芯片。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第2页22模块特性简介该数字钟系统主要由SPCE061A精简开发板（简称61板）和SPLC501A液晶模块构成。系统通过61板上的三个按键控制SPLC501A液晶模块显示，通过扬声器播放语音。所以这里主要介绍这两个模块。21SPCE061A单片机211SPCE061A简介SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，具有易学易用且效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放和语音识别的函数库，只要了解库函数的使用方法，就可以很容易完成语音录放，为软件开发提供了方便的条件。SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境（UNSPIDE），用户可以进行在线调试、仿真；而程序的下载（烧写）也是通过该接口完成。21为SPCE061A单片机的内部结构框图图21SPCE061A内部结构图石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第3页3212芯片特性16位NSP微处理器；工作电压内核工作电压VDD为30V36VCPU，I/O口工作电压VDDH为VDD55VI/O；CPU时钟032MHZ49152MHZ；内置2K字SRAM；内置32K字FLASH；可编程音频处理；系统处于节电模式下，耗电小于2A36V；2个16位可编程定时/计数器；2个10位DAC输出通道；32位通用可编程输入/输出端口；14个中断源；具备触键唤醒功能；32768HZ实时时钟；7通道10位ADC专用音频转换通道，内置麦克风放大器和自动增益控制AGC功能；具备串行设备接口；低电压复位LVR功和低电压监测LVD功能；内置在线仿真ICE，INCIRCUITEMULATOR接口。22SPCE061A精简开发板SPCE061A精简开发板（简称61板），是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发仿真实验板，大小相当于一张扑克牌，是“凌阳科技大学计划”专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使用。61板除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，采用电池供电，方便学生随身携带使学生在掌握软件的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼学生的动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会61板上有调试器接口（PROBE接口）以及下载线（EZ_PROBE）接口，分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线，配合UNSPIDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。61板上的主要功能模块如下电源输入模块；音频电路（包含MIC输入、DAC音频功放输出）模块；按键模块；I/O端口接口模块；石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第4页4调试、下载接口模块；图22为61板的实物图图2261板实物图61板功能分区如图23图2361板功能分区图61板的硬件结构框图如图24石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第5页5图2461板硬件结构框图上图中的各部分硬件说明如表1所示。表161板各部分硬件说明名称说明POWER5V和33V供电电路S4复位按键S5EZPROBEG和PROBE切换的3PIN排针EZPROBE下载线的5PIN接口MIC麦克风输入电路VRTA/D转换外部参考电压输入接口K1K3扩展的按键，接IOA0IOA2PLL锁相环外部电路RESET复位电路PROBE在线调试5PIN接口J32PIN喇叭插针OSC32768HZ晶振电路PORTA/B32个I/O口23SPLC501液晶显示模组概述SPLC501液晶显示模组为128X64点阵，面板采用STN（SUPERTWISTEDNEMATIC）超扭曲向列技术制成并且由128SEGMENT和64COMMON组成，LCM非常容易通过接口被访问。模组上的液晶显示器采用凌阳科技的SPLC501芯片作为LCD驱动和控制器，为128X64点阵图形液晶显示器。SPLC501A液晶模组的实物图如图23所示表2为SPLC501液晶显示模组的基本参数表2SPLC501液晶显示模组的基本参数显示模式黄色模式STN液晶显示格式12864点阵地图形液晶显示输入数据兼容68、80系列MPU数据输入背光无模块尺寸72873695MM视屏尺寸58843579MM点大小042051MM像素尺寸046056MM石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第6页6图23SPLC501A液晶模组实物图SPLC501A液晶模组的硬件框图如图24所示图24液晶模组的硬件框图3系统总体方案介绍电子钟的系统结构如图31，61板作为整个系统的控制中心，负责控制键盘扫描；年、月、日、星期以及时间的计算；SPLC501A晶显示的驱动；并根据按键值播报当前的日期或者时间。SPLC501A液晶显示模组主要用来显示当前的时间，日期，以及显示功能选择菜单和时间日期调整菜单。硬件框图如图31所示石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第7页7图31硬件框图硬件连接图图32硬件连接图石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第8页8功能结构图图33功能结构图4系统硬件设计41SPCE061A最小系统SPCE061A最小系统包括SPCE061A芯片及其外围的基本模块，其中外围的基本模块有晶振输入模块（OSC）、锁相环外围电路（PLL）、复位电路（RESET）、指示灯（LED）等，如图41所示。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第9页9图41SPCE061A最小系统42电源模块61板电源模块电路如图42，SPCE061A的内核供电为33V，而I/O端口可接33V5V，所以在电源模块（61板上）中有一个端口电平选择跳线，如图中的J5。图42电源模块本系统需要的端口高电平为33V，所以图42中的J5跳线需要跳到2和3上。43液晶显示模块SPLC501A液晶模组为12864点阵模式，面板采用STN（SUPERTWISTEDNEMATIC）超扭曲相列技术制成，非常容易通过接口被访问。其电路原理图如图44所示石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第10页10图44液晶模组电路44音频输出模块SPCE061A内置2路10位DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。43是音频输出电路图。图43语音输出电路5系统软件设计51软件结构软件结构如图51，图中可以看出各文件之间的调用关系。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第11页11图51软件结构图下面简要介绍一下各个程序文件的功能1MAINC实现了系统的初始化，显示开机画面，键盘扫描和语音播报。2SYSTEMC包含了工程中大部分的功能函数，包括各种界面的显示、时间和日期的调整、秒表的调整、闹钟的时间设定、闹钟的铃声选择等。3KEYC键盘扫描文件，里面定义了键盘扫描函数、延时函数，用来实现对键盘的扫描等功能，键盘扫描采用查询方式。4ISRASM中断服务函数文件，实现语音解码、秒表和时间以及日期的修改。5SPEAKC语音播报函数，实现语音播报日期、时间以及闹钟。52各模块程序说明521主程序主程序流程如图52所示，在主程序中初始化了整个工程中用到的变量，初始化了液晶显示模块。开2HZ中断实现计时。在主程序中调用了键盘扫描程序，对IOA口的低三位进行扫描，如果有键按下，就把相应的键值存入到一个变量中，通过主程序来判断是哪个键按下，并执行相应的功能若是KEY1键按下，则会进入功能选择菜单，此时KEY1就会为确定键，KEY2为下翻键，KEY3为上翻键；若是KEY2键按下，播报时间；若是KEY3键按下，播报当前的日期；KEY2、KEY3键同时按下控制闹钟的开/关。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第12页12图52主程序流程图522中断服务程序中断服务程序有三个一个是2HZ中断服务程序，用来计时；一个是1KHZ中断服务程序，用于秒表计时；另外一个是FIQ中断服务程序，用来播放语音。程序的流程分别如图55、图54、图53所示图53IRQ5时基中断流程图石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第13页13图54IRQ4时基中断流程图图55FIQ中断程序523时间日期模块时间日期程序模块的流程图如图56所示,该模块用到了2HZ的时基中断，用来实现计时，同时实现了日期的更新，其中农历是使用查表的方法来实现的。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第14页14图56时间日期模块流程图6数字钟硬件连接及操作61硬件框图数字钟的系统硬件框图如图61，61板作为整个系统的控制中心，负责控制键盘扫描；年、月、日、星期以及时间的计算；SPLC501A晶显示的驱动；并根据按键值播报当前的日期或者时间。SPLC501A液晶显示模组主要用来显示当前的时间，日期，以及显示功能选择菜单和时间日期调整菜单。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第15页15图61数字钟系统硬件框图硬件功能模块连接说明用61板控制数字钟系统，使用了IOA口的高八位、IOB的4、5、6共11个I/O口连接SPLC501A液晶模组，另外使用了61板的语音输出模块；以及61板上的三个按键，硬件连接如图62所示图62数字钟电路连接图数字钟的连接示意图见图63，IOA的高八位接到液晶模组的八个数据端，同时也连接了液晶模组的电源，即直接用一根10PIN的排线连接61板“”、IOA815、“”与SPLC501A液晶显示模组的“”、DB07、“”，主要用来向液晶模组传送命令和数据；IOB6接EP，IOB5接R/W，IOB4接AO，用来控制液晶的显示和工作方式。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第16页16注意电源的正负极不要接反；DB0连接IOA8，DB7连接IOA15，也不要接反。图63数字钟连接示意图62实物连接依照图63所示的连接方式，将61板、液晶显示模组、喇叭、电源及电池安装到相应的位置。连接完成后的实物如图64。图64电子时钟实物连接图63操作步骤步骤一根据图63数字钟连接示意图连接硬件，并连接好下载线。步骤二打开电池盒电源。步骤三启动UNSPIDE。打开数字钟应用实例程序，编译、链接确认没有错误。如图64所示石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第17页17图64编译、链接图步骤四下载程序代码到61板上。步骤五下载成功后会有几秒钟的开机画面，随后会进入时间日期显示界面，初始时间设定为000000，日期为2006年8月1日。按KEY1键进入功能选择界面。按KEY2键播报当前的时间。按KEY3键播报当前的日期。KEY2、KEY3键同时按下控制闹钟的开与关。具体操作流程图如图65。图65数字钟的操作流程石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第18页1864操作界面1时间显示界面如图33所示，此时按KEY1键会进入功能选择菜单，按KEY2键播放当前的时间，按KEY3键播放当前的日期，KEY2和KEY3同时按下，切换闹钟的开与关，当闹钟响时，按下三个键中的任何一个都可以关闭闹钟。图33时间显示界面2功能选择菜单界面如图34所示，此时KEY1为确定键，KEY2为下翻键，KEY3为上翻键。图34功能选择界面3时间日期调整界面如图35所示此时KEY1为确定键，KEY2为加一键，KEY3为减一键，图中闪烁的部分表示当前正在调整的选项，当设置完成后，按KEY1会自动退出设置界面。图35时间日期显示界面4闹钟设置界面如图36所示，此时KEY1为确定键，KEY2为下翻键，KEY3为上翻键。石家庄经济学院职业技术学院毕业设计（论文）第19页19