雷寧 朱凡元

【摘要】本文設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)控制的多功能電子日歷，兼具數(shù)碼相框功能。軟件采用C51模塊化編程。系統(tǒng)具有時(shí)間、日歷、溫度實(shí)時(shí)顯示，圖片循環(huán)播放，調(diào)時(shí)、調(diào)鬧、整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。具有低功耗、小型化、運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);TFT彩屏;SD卡;語(yǔ)音芯片

Abstract：This paper presents a design of multi-function electronic calendar based on MCU.It is also a digital photo frame.Software use C51 modular programming.The system has many functions including time，data，temperature display in real time，pictures loop play，time adjustment，alarm adjustment，broadcast when integral hours.It has the characteristics of low power consumption，small size，run stable，easy to operate.

Keywords：MCU;TFT;SD card;voice chip

0.引言

隨著我國(guó)電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，各種功能強(qiáng)大、款式新穎的電子產(chǎn)品不斷問(wèn)世，電子時(shí)鐘日歷便是這一發(fā)展趨勢(shì)中的代表，因其擁有時(shí)間精確、界面友好、擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、醫(yī)院、學(xué)校、企業(yè)、商店等相關(guān)行業(yè)的大廳、會(huì)議室、門(mén)衛(wèi)等場(chǎng)所。

本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)控制的多功能電子日歷，該系統(tǒng)具備電子日歷和電子相框兩種功能。日歷模式下可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行顯示，并可通過(guò)按鍵手動(dòng)調(diào)整日期、時(shí)間、設(shè)置鬧鈴，同時(shí)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能;相框模式下可將SD卡中存儲(chǔ)的圖片進(jìn)行循環(huán)顯示。

1.硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用STC單片機(jī)為控制核心，包括單片機(jī)、TFT顯示、 時(shí)鐘日歷、溫度采樣、語(yǔ)音模塊、SD存儲(chǔ)卡，鍵盤(pán)接口幾部分組成。硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

1.1 主控芯片

主控芯片選用宏晶科技生產(chǎn)的增強(qiáng)型單片機(jī)STC12C5A60S2，該型號(hào)單片機(jī)屬于高速，低功耗，超強(qiáng)抗干擾的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）單片機(jī)。其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，工作頻率范圍：0-35MHz，內(nèi)部集成1280字節(jié)RAM，可通過(guò)STC-ISP下載軟件經(jīng)串口（P3.0/P3.1）直接快速下載用戶程序。此款單片機(jī)可以適應(yīng)本設(shè)計(jì)中控制TFT彩屏顯示，并與SD卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的場(chǎng)合，滿足高速且內(nèi)存空間較大的要求。

1.2 TFT彩屏

顯示部分為突出美觀，靚麗的特點(diǎn)，采用2.4寸TFT彩屏實(shí)現(xiàn)。TFT顯示屏是一種薄膜晶體管液晶顯示器，具有獨(dú)立的像素點(diǎn)控制方式，每一個(gè)像素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)，一方面具有較高的響應(yīng)速度，另一方面可以精準(zhǔn)顯示色階，具備亮度高，層次感強(qiáng)、對(duì)比度高等特點(diǎn)。TFT的驅(qū)動(dòng)IC選用ILI9325，與單片機(jī)接口需要13根數(shù)據(jù)線：8位數(shù)據(jù)線，片選/CS、寫(xiě)/WR、讀/RD，命令數(shù)據(jù)切換/RS，復(fù)位/RST?？紤]到單片機(jī)控制方便以及顯示圖片必須清晰，顏色鮮艷的要求，本設(shè)計(jì)中每一個(gè)像素選用16位真彩（RGB565）顯示，即紅色、綠色、藍(lán)色對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)格式分別為5位、6位、5位。8位單片機(jī)控制TFT屏顯示輸出時(shí)需要向每一個(gè)像素點(diǎn)寫(xiě)入顏色，此時(shí)需要分兩次寫(xiě)入。

1.3 測(cè)溫電路

實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)部分選用由DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字傳感器DS18B20，通過(guò)其進(jìn)行溫度檢測(cè)后經(jīng)單片機(jī)送TFT顯示。該芯片內(nèi)部測(cè)溫范圍-55℃～+125℃，常溫下測(cè)量精度為±0.5℃;內(nèi)部設(shè)有64位的ROM單元，存儲(chǔ)芯片唯一序列號(hào);9字節(jié)暫存器單元，用來(lái)存放轉(zhuǎn)換好的溫度，設(shè)置最高、最低報(bào)警溫度，配置轉(zhuǎn)換精度（9位～12位）等。該芯片共三個(gè)引腳：VCC，GND，DQ，硬件電路中通過(guò)P3.7連接DQ，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DS18B2的數(shù)據(jù)交換，解決本設(shè)計(jì)中單片機(jī)I/O口不足的問(wèn)題。

1.4 日歷時(shí)鐘

日歷時(shí)鐘芯片選用DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路芯片DS1302，該芯片外部連接普通32.768kHz晶振，通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機(jī)提供秒、分、時(shí)、日、月、年等實(shí)時(shí)時(shí)間信息，并可對(duì)月末日期、閏年天數(shù)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。該芯片與單片機(jī)通訊需要3根數(shù)據(jù)線，I/O串行數(shù)據(jù)線，SCLK串行時(shí)鐘線，RST復(fù)位線。

1.5 鍵盤(pán)接口

本設(shè)計(jì)中設(shè)置5個(gè)按鍵，采用獨(dú)立式鍵盤(pán)模式，鍵盤(pán)經(jīng)單片機(jī)P1.0～P1.4輸入，分別對(duì)應(yīng)“模式鍵”、“調(diào)時(shí)鍵”、“加鍵”、“減鍵”、“確認(rèn)鍵”。當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)I/O口為高電平，有鍵按下時(shí)對(duì)應(yīng)I/O口為低電平?！澳Ｊ芥I”可切換日歷模式和相框模式;在日歷模式下按下“調(diào)時(shí)鍵”可對(duì)日期、時(shí)間、鬧鈴等進(jìn)行設(shè)置;短時(shí)按下“加鍵”、“減鍵”可實(shí)現(xiàn)加1、減1功能，持續(xù)按下“加鍵”、“減鍵”1.5s可連續(xù)加1、減1。

圖2 主函數(shù)流程

2.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 模塊化編程

考慮到所編寫(xiě)的C51程序工程中包含顯示、語(yǔ)音、存儲(chǔ)、日歷、溫度檢測(cè)等多個(gè)模塊，因此采用C51模塊化編程思路，每個(gè)模塊由一個(gè)*.c 文件和一個(gè)*.h文件組成。其中：*.h文件對(duì)模塊中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)原型進(jìn)行描述;*.c文件對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)例或?qū)ο筮M(jìn)行定義，體現(xiàn)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)算法。主函數(shù)需要調(diào)用以上各模塊，各模塊中也存在函數(shù)互相調(diào)用的情況，需要在相應(yīng)文件的開(kāi)頭寫(xiě)入include語(yǔ)句，包含上面模塊的*.h文件。模塊化編程的方法不僅有利于程序結(jié)構(gòu)劃分、程序調(diào)試，還增加了程序的可讀性和可移植性。主函數(shù)流程如圖2所示。

各模塊初始化部分由以下幾條語(yǔ)句構(gòu)成：

Ds1302_init（）;

Lcd_init（）;

Sd_init（）;

Ds18b20_init（）;

Isd1760_init（）;

由于硬件電路中時(shí)鐘芯片接入了備用電源，掉電后可繼續(xù)走時(shí)，不需要每次上電都重置時(shí)間，所以DS1302初始化語(yǔ)句僅在第一次調(diào)試時(shí)寫(xiě)入，以后調(diào)試運(yùn)行時(shí)可注釋此條語(yǔ)句。

日歷模式下的流程如圖3所示

圖3 日歷模式流程

2.2 圖片存放與讀取

相框模式中使用的彩色圖片需要占用很多存儲(chǔ)空間，因此選用SD卡來(lái)存放。SD卡是目前日常生活與工作中常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，在MP3、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備上廣泛應(yīng)用，具有價(jià)格低廉、存儲(chǔ)容量大、安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在圖片存儲(chǔ)的過(guò)程中，事先通過(guò)軟件將相應(yīng)圖片轉(zhuǎn)化為.bin文件，存儲(chǔ)于SD卡中。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)采用SPI模式，即使用CS、CLK、DataIn、DataOut的4線制模式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信過(guò)程中需要對(duì)SD卡扇區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)，要求一次性對(duì)512個(gè)字節(jié)進(jìn)行操作。存放圖片的扇區(qū)首地址通過(guò)WinHex軟件獲得。

圖4 日歷模式顯示效果

2.3 整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能及鬧鈴實(shí)現(xiàn)

日歷模式中具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鈴功能，這部分功能的實(shí)現(xiàn)采用語(yǔ)音芯片ISD1760來(lái)完成，該芯片屬于Winbond 推出的單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路ISD1700系列，可錄、放音十萬(wàn)次，處理多達(dá)255段以上信息。

圖5 相框模式顯示效果

整點(diǎn)時(shí)刻要求播報(bào)“現(xiàn)在時(shí)刻：xxxx年xx月xx日，星期x，上午（下午、中午、凌晨、晚上）xx點(diǎn)整”。定時(shí)鬧鈴采用特定的樂(lè)曲鈴聲。這些語(yǔ)音片段及樂(lè)曲均需保存在語(yǔ)音芯片ISD1760中?？紤]到整點(diǎn)報(bào)時(shí)播放的內(nèi)容是隨機(jī)的，需要事先將播放的聲音一段一段的錄入到語(yǔ)音芯片中，然后將錄制好的語(yǔ)音片段組合播放出來(lái)。這時(shí)確定錄音片段的首地址非常關(guān)鍵。通過(guò)另外編寫(xiě)單片機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)在播放錄音片段的同時(shí)讀取每段錄音的首地址。需要將“現(xiàn)在時(shí)刻”、“年”、“月”、“日”、“星期”、“點(diǎn)”、“分”、“上午”、“中午”、“下午”、“凌晨”、“晚上”“1”、“2”……“零”、“十”、“整”，以及鬧鈴樂(lè)曲等25段語(yǔ)音片段的首地址記錄下來(lái)，保存在數(shù)組中，供語(yǔ)音模塊調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)播報(bào)的功能以及定時(shí)鬧鈴功能。

3.系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果

通過(guò)Keil uVision4軟件調(diào)試程序，生成hex文件后下載到STC12C5A60S2單片機(jī)中，通過(guò)不斷測(cè)試，修改程序，優(yōu)化代碼，完成系統(tǒng)硬件功能，最終較好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼相框和電子日歷的功能。圖4為日歷模式下正常顯示和鬧鐘調(diào)節(jié)狀態(tài)效果圖，圖5為相框模式下正常顯示和兩幅圖切換時(shí)的效果圖。

參考文獻(xiàn)

[1]郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009，1.

[2]李婕，蒲忠勝.簡(jiǎn)易數(shù)碼相框與電子閱讀器的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（5）.

[3]李永平，李杰，徐一峰.基于單片機(jī)的語(yǔ)音電子日歷[J].電子世界，2012（2）.

作者簡(jiǎn)介：

雷寧（1978—），女，講師，現(xiàn)供職于江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要從事電子技術(shù)的教學(xué)與研究。

朱凡元（1993—），男，現(xiàn)就讀于江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系。