课程设计论文基于AT89S52单片机的多功能万年历设计.doc
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1、第二届电子设计竞赛 参赛题目 多功能万年历参赛级别 初级组 学生学院 信息工程学院_ 参赛队员 XXX_XXX XXX_作品编号 X7023 目 录摘要3第一章 作品设计4第一节、方案论证和比较4第二节、作品硬件设计51、作品硬件框图52、设计总电路图63、AT89S52主控模块74、实时时钟模块95、语音模块106、 液晶显示模块117、18B20温度测量模块128、无线编码发射与无线接收译码模块139、收音机模块15第三节、系统软件设计161、液晶显示模块182、语音模块183、18B20温度传感测温模块184、实时时钟模块185、阴阳历转换模块19第四节、Protues软件仿真19第二章
2、 作品功能与特色21第一节、作品功能与相关操作介绍211、能显示当前年、月、日、时、分、秒及星期并提示是否为阳历闰年。212、显示阴历月、日,在显示阴历时间时能标明是否为闰月;213、显示当前温度;224、可调整显示日期和时间;225、可设置定时闹钟提示。226、能够进行整点和半点语音报时;237、能用语音提示任意时刻的时间、温度、公历日期、农历日期。238、能在掉电的情况下保存用户之前的所有设置;239、具有日程管理与音乐提示功能2310、能够实现录音、留言功能;2411、能够无线控制相关操作并实现窃听2412、能够实现秒表计时2413、能够实现收音功能25第二节、作品特色26第三节、个别功
3、能指标26第三章 设计问题总结27附录A 作品实物图29附录B 页面显示图30附录C 系统源程序部分代码33参考文献42摘要随着科学技术的发展,电子产品的功能正在日益趋向多样化。低成本、多功能、低耗能已成为产品设计的主题。闹钟也一样,单一功能的闹钟似乎已经不能满足人们的要求,功能多样化已成为总的趋势,本作品正是为应呼人们需求而设计的。除基本闹钟功能外,还具备有语音报时、温度显示、收音机、秒表计时等十多项功能,实用性非常高;采用89s52单片机作为为主控芯片,外加语音、实时时钟、收音等8个模块,使得设计灵活性与稳定性高,用户或制作者可根据需要随时更改参数;作品中有些模块能设置进入睡眠待机状态,如
4、采用四节5号电池直接供电时,正常工作电流2025mA,功耗非常低;设计时使部分芯片肩负多个功能,充分利用硬件资源、使作品性价比高、成本低。关键词:AT89S52单片机 多功能 语音 功耗低 睡眠待机 第一章 作品设计第一节、方案论证和比较方案1:可提取现有整点报时闹钟芯片,用其做主控器,外加功放电路与显示电路,歌曲采用独立音乐芯片来达到设计要求设计要求,其具有设计容易、外围电路也较简单的特点,但是其功能不完善,资源少,可扩展空间不大。方案2:采用可编程逻辑器件(FPGA)作为主控芯片,然后运用AD、DA 转换实现语音的采集与播放,外加功放与现实电路来达到设计要求。采用FPGA可以大大缩短设计时
5、间,减少PCB面积,提高系统的可靠性。但此方案转换电路过多,设计成本很高,性价比低。方案3: 采用单片机(AT89S51)主控,外加ISD4002组成语音模块、DS12CR887组成时间模块、DS18B20温度模块、收音模块等来实现设计要求。外围电路模块化使作品工作更加稳定,而且扩展空间大,作品的功能多,其中有些芯片可同时用于几个模块,使设计成本大大降低,占用空间小;有些模块可设置进入睡眠状态,使得作品功耗低。在有线模式的基础上特意增加无线模式,使作品的功能更加丰富,实用性更高综合比较以上三种方案,我们选择最后一种第二节、作品硬件设计1、作品硬件框图本设计方案以AT89S52单片机为控制核心,
6、外加语音、实时时钟、温度采集、无线电发射与接受、编码与译码、LCD显示、按键控制等模块。DS12CR887实时时钟模块与18B20温度采集模块分别给系统提供当前时间、日期及温度信息,MUC对信息进行处理后控制LCD 显示。DS12CR887实时时钟模块还作为外部存储RAM。MUC再不断地将用户设置与当前信息进行监测,如果条件符合,就启动ISD4002语音模块与TDA2282功放模块进行语音提示。ISD4002语音模块作为语音信号存储器,键盘输入可实现各种模式的切换,与数值的调整。无线电发射与接受、编码与译码模块实现无线控制。LED实现工作提示。整个作品硬件电路方框图如下图所示:DS12CR88
7、7实时时钟模块18B20温度测量模块ISD4002语音模块LED灯提示按键输入、模式选择12864LD显示译码模块无线接收模块MUCAT89S52主机部分编码模块无线发射模块收音机模块 遥控器部分 收音机部分图1-12、设计总电路图3、AT89S52主控模块AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式
8、控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。图3-1引脚工能介绍VCC : 电源GND: 地P0 P3 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/
9、O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻引脚号 第二功能P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5 MOSI(在系统编程用)P1.6 MISO(在系统编程用)P1.7 SCK(在系统编程用)P3.0 RXD(串行输入)P3.1 TXD(串行输出)P3.2 INT0(外部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0(定时器0外部输入)P3.5 T1(定时器1外部输入)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)RST: 复位输入。晶振工作时,RST脚持续2 个
10、机器周期高电平将使单片机复位。ALE/PROG:地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。PSEN:外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND。为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。主控模块硬件电路图3-2其中AT89S52的P34、P35、P36分别对应接语音芯片的SCLK
11、、SS、MOSI引脚。通过SPI总线实现信息传输。P00P07分别对应实时时钟芯片的AD0AD7引脚及12864LCD显示模块的EB0!EB7引脚,进行并口通信。P25、P26、P27分别接12864LCED的E、R/W、RS控制端。P24接18B20的数据传输端DQ。P20、P21、P22、P23分别接DS12CR87D的/CS、AS、R/W、DS读写控制端。MUC对各模块的数据进行提取与分配。起着主控主用。4、实时时钟模块DS12R887是一款集成了DS12R885裸片、32.768kHz石英晶体和一个可充电电池的表面铁封装器件。该芯片提供实时时钟/日历、闹钟、控制/状态寄存器以及114字
12、节的非易失、电池备份的静态RAM。少于31天的月份,月末日期可自动调整,其中包括闰年补偿。该器件还可以工作于24小时或带AM/PM指示的12小时格式。一个精密的温度补偿电路用来监视VCC的状态。如果监测到主电源故障,该器件可以自动切到内部封装的备用电源供电。时钟、日历和闹钟BCD模式的数据存储方式如下表:表4-1 日历和闹钟BCD模式的数据存储方式模块电路图如下图4-15、语音模块ISD4002属于美国ISD公司4000系列产品,2.73.3V单电源单片语音录放电路,同时提供相应的28引线DIP/SOIC、 TSOP硬封。 ISD4002采用直接模拟量存贮技术,音质好,信息存放在芯片内部FLA
13、SHRAM中,抗断 电,无需专用语音开发工具,能随意更改内容和耗电省等优点。 该系列最大特点是录放时间长,并设计成和微处理器或微控制器配合使用实现 寻址和控制,使本器件引出端数减到最少,而使用更加灵活,且该芯片可设定进入待机状态,功耗接近为零。其指令由五位地址码和10地址码组成。具体操作指令如下表5-1:表5-1指令表模块电路图如下图5-1:图5-1如图5-1语音模块的接口解释:AT89S52的P34、P35、P36分别对应接语音芯片的SCLK、SS、MOSI引脚。通过SPI总线实现信息传输。在录音模式下,分段录好要播放的语音,并分配固定地址。当进入语音模式时,单片机发送发音指令取出指定地址的
14、语音信息进行播放,从而达到语音报时的目的。6、 液晶显示模块如图6-1,为液晶显示电路,AT89S52单片机的PC5、PC6、PC7做LCD12864的控制线,PA0PA7做数据传输线图6-17、18B20温度测量模块DS18B20数字温度计提供9为温度读数,指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18B20或是从DS18B20送出,因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线(和地)。读、写和完成温度变换所需的电源可以有数据本身提供,而不需要外部电源。因为每个DS18B20有唯一的系列号,因此多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上,这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。DS18B2
15、0可使系统结构更趋简单,可靠性更高。测温范围:-55+125。固有测温分辨率为0.5。温度测量模块的硬件电路如图:通过P24脚对18B20写命令可以完成表的控制,如下图7-1所示:图7-1表2 DS18B20的控制命令指令代码操作说明温度转换44H开始启动DS18B20温度转换读ROM33H读ROM内容匹配ROM55H对指定器件操作跳过CCH跳过器件识别读暂存器BEH读暂存器内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H吧暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调用B8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 8、无线编码发射与无线接收译码模块PT2262
16、/PT2272一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由:地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平。从而实现解码。PT2262/2272同时具有低功耗,外部元器件少,RC振荡电阻,工作电压范围宽:2.615v 等特点。图
17、8-1表8-1 PT2262对应管脚功能表表8-2 PT2272对应管脚功能表TWH630/TWH631是一对专用的无线发与无线接收模块,能够实现数字信号的传送,添加频率调制器与解调器也可传送音频信号。TWH630以315MHz正弦波为载波,自动生成调制信号;TWH631接收到信号后自动解调,输出源信号。TWH630/TWH631具有外接电路简单,功耗小,稳定性高等特点。无线编码发射模块硬件电路图如下图8-3所示:图8-2无线接收与译码硬件电路图如下图所示:图8-39、收音机模块图1是自动搜索调频收音机的电原理图。图9-1其核心器件是一块TDA7088集成电路,这块集成电路中包含了调频收音机中
18、从天线接收、振荡器、混频器、AFC(频率自动控制)电路、中频放大器(中频频率为70kHz)、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输出等全部功能,还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路。自动搜索调频收音机采用电调谐方式选择电台,省去了可变电容器,设置了“搜索”和“复位”两个轻触式按钮。使用时只要按下搜索按钮,收音机就会自动搜索电台,当它搜索到一个电台后,会准确地调谐并停止下来。如果想换一个电台,只需再次按下搜索按钮,收音机就会继续向频率高端搜索电台。当调谐到频率最高端后,就需要按下复位按钮,让收音机本振频率回到最低端才能重新开始搜索电台。这种自动搜索调频收音机使用方便,
19、调谐准确,由于不使用可变电容器,所以使用寿命长。第三节、系统软件设计软件采用C语言设计。C语言对数据进行了许多专业性的处理,避免了运行间非异步的破坏;它提供复杂的数据类型,大大增强了程序的处理能力和灵活性;自动为变量分配合理的地址;提供丰富的库函数,宏定义等;基于以上的优点,采用C语言来开发可以大大提高效率,缩短开发周期。开发环境:Keil C51。 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全
20、Windows界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。作品软件流程图闹钟标志flag=1语音报时日期、时间调整语音提示时间、温度、公历日期、农历日期日程调整否否否否否00是是是是是是11101初始化温度测量模块键盘扫描初始化液晶显示器开始判断闹钟、日程调整标志alarm判断闹钟标志flag1初始化实时时钟模块语音提示歌曲播放判断日程提醒标志flag3提取当前时间及温度信息阳历转阴历液晶显示相关信息判断时间调整标志flag闹钟时间比较判断是否半点或整
21、点判断key5是否按下判断key6是否按下判断key7是否按下判断key2是否按下闹钟调整进入录音模式进入放音模式进入秒表计时模式将相关信息输入时钟芯片将相关信息输送到外部RAM1、液晶显示模块液晶显示采用LCD128*64规格.程序主要有液显初始化、数据写入、指令写入、显示数据、显示字符串、定行定点显示数据、忙碌状态检查。主要为: void init(void) ; void write_date(uchar date) ; void write_com(uchar com); void writestring(uchar * str);void write_sfm1(uchar add,u
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