目 录
摘要： 2
关键字： 2
1前言 2
1.1语音数字时钟的背景 3
1.2语音数字钟的意义和应用 3
1.3课题研究的内容 3
2语音时钟的设计方案 4
2.1语音时钟的设计原理 4
2.2语音时钟的工作原理 5
3语音时钟的模块化设计 6
3.1单片机最小系统设计 6
3.2实时时钟模块设计 7
3.3液晶显示模块设计 8
3.4语音报时模块设计 9
3.5时间校准模块设计 10
3.6程序下载模块设计 11
4 电路制作过程简介 11
4.1 语音时钟功能介绍 11
4.2 元件清单列表 12
4.3 电路制作及调试 12
5 语音时钟程序设计 13
6 其他实现方案讨论 16
7 实验结论与心得体会 16
8参考文献 16
9附录 17
9.1 PCB 印制电路板图 17
9.2 yuyin_main.c程序设计 18
9.3 头文件lcd1602.h 22
9.4 头文件ds1302.h 24
9.5 头文件music.h 28
基于51系列单片机的语音时钟设计
李 蝉
（河南大学物理与电子学院，河南 开封，475000）
摘要：
随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。
本设计基于单片机技术原理，以STC89C52单片机作为核心控制器，设计制作出一个多功能数字时钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、校时模块、语音播报模块、液晶显示模块、按键控制模块组成。该系统具有简单清晰的操作界面，能够准确显示时间以及日期，并且实现同步播报功能，可随时进行时间调整。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性，而且系统具有一定的可扩展性。
关键字：
单片机；语音时钟；液晶显示；时钟模块；
1前言
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统）。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。
1.1语音数字时钟的背景
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。 现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些 对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数字电子时钟的时间简单明了而且读 数快、时间准确显示到秒。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。数字钟的精度、 稳定度远远超过老式机械时钟。数字钟是以其小巧，价格低廉，精度高，使用方便，功能多，便于集成化智能化而受广大消费的喜爱， 因此得到了广泛的使用。
1.2语音数字钟的意义和应用
数字钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显 示直观、具有更长的使用寿命，无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟。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。例如定时自动报警、定时启闭电路、定时广播、时间程序自动控制、通断动力设备控制，甚至各种定时电气的自动启用等，随着科技的进步与发达，部分电子钟还带投影功能，同时衍生为许多其他产品的辅助功能。因此研究数字钟以及扩大其应用有着非常现实的意义。
1.3课题研究的内容
本课程设计要求基于STC89C52单片机实现LCD1602液晶实时时钟显示。以STC89C52单片机作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个多功能数字时钟系统。改语音报时系统具有简单清晰的操作界面，能够准确显示时间以及日期，并且实现同步播报功能，可随时进行时间调整。设计以硬件软件化为指导思想，采用模块化层次化的设计方法，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性，而且系统具有一定的可扩展性。
2语音时钟的设计方案
2.1语音时钟的设计原理
语音时钟钟实际上是DS1302时钟模块进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定，该计时模块采用石英晶体振荡器电路构成数字语音时钟。图2-1所示为数字语音时钟的一般构成框图。数字钟电路主要由DS1302时钟模块、时间校准模块、语音播报模块、液晶显示模块、按键控制模块组成。
图2-1 语音时钟的一般组成框图
2.2语音时钟的工作原理
语音时钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和报时功能。因此，一个基本的语音时钟电路主要由LCD1602液晶显示器、DS1302时钟模块、时间校准电路、报时电路、振荡器以及核心STC89C52单片机组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，故DS1302采用32.768KHz石英晶体振荡器加分频器来实现。液晶显示电路以LCD1602为核心，将“年”、“月”、“日”、“时”、“分”、“秒”通过显示器显示出来。语音报时电路可以根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对显示数字进行校对调整。图2-2所示为语音时钟的设计仿真图。
图2-2 语音时钟的设计仿真图
3语音时钟的模块化设计
本设计以51单片机为核心，采用自顶向下，逐步分解的设计方法和模块化的设计思想。模块化设计思想史将一个复杂的系统逐渐分解成若干功能模块，从而逐步进行设计，并且应用Keil C51软件平台完成各功能模块的程序设计，应用Proteus软件绘制原理图并且完成电路仿真，使用Protel软件绘制PCB印制板电路图，最终下载到硬件中实现设计。
3.1单片机最小系统设计
单片机最小系统，又称为单片机最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，其最小系统一般应该包括：单片机、电源、晶振电路、以及复位电路。图3-1为51单片机最小系统一般原理图。
图3-1单片机最小系统一般原理图
3.2实时时钟模块设计
DS1302 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、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振，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31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。
DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。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，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc>2.0V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。SCLK为时钟输入端。图3-2为DS1302的引脚功能图。
图3-2 DS1302引脚功能图
3.3液晶显示模块设计
数字钟采用以LCD1602为核心的液晶显示，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。LCD1602显示的内容为16×2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块，可以显示字符和数字。
LCD1602微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，控制简单，电路连接方便，故本系统采用LCD1602作为显示模块的核心，图3-3为LCD1602的实物图，表3-4为LCD1602管脚接口说明。
