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)具有時間、日歷、溫度實(shí)時顯示，圖片循環(huán)播放，調(diào)時、調(diào)鬧、整點(diǎn)報(bào)時等功能。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)品不斷問世，電子時鐘日歷便是這一發(fā)展趨勢中的代表，因其擁有時間精確、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、會議室、門衛(wèi)等場所。

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。日歷模式下可以對年、月、日、星期、時、分、秒，實(shí)時溫度進(jìn)行顯示，并可通過按鍵手動調(diào)整日期、時間、設(shè)置鬧鈴，同時具備整點(diǎn)報(bào)時功能;相框模式下可將SD卡中存儲的圖片進(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、 時鐘日歷、溫度采樣、語音模塊、SD存儲卡，鍵盤接口幾部分組成。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，該型號單片機(jī)屬于高速，低功耗，超強(qiáng)抗干擾的單時鐘/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，每一個像素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動，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)、對比度高等特點(diǎn)。TFT的驅(qū)動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/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)中每一個像素選用16位真彩（RGB565）顯示，即紅色、綠色、藍(lán)色對應(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屏顯示輸出時需要向每一個像素點(diǎn)寫入顏色，此時需要分兩次寫入。

1.3 測溫電路

實(shí)時溫度檢測部分選用由DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字傳感器DS18B20，通過其進(jìn)行溫度檢測后經(jīng)單片機(jī)送TFT顯示。該芯片內(nèi)部測溫范圍-55℃～+125℃，常溫下測量精度為±0.5℃;內(nèi)部設(shè)有64位的ROM單元，存儲芯片唯一序列號;9字節(jié)暫存器單元，用來存放轉(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。該芯片共三個引腳：VCC，GND，DQ，硬件電路中通過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口不足的問題。

1.4 日歷時鐘

日歷時鐘芯片選用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、日、月、年等實(shí)時時間信息，并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進(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串行時鐘線，RST復(fù)位線。

1.5 鍵盤接口

本設(shè)計(jì)中設(shè)置5個按鍵，采用獨(dú)立式鍵盤模式，鍵盤經(jīng)單片機(jī)P1.0～P1.4輸入，分別對應(yīng)“模式鍵”、“調(diào)時鍵”、“加鍵”、“減鍵”、“確認(rèn)鍵”。當(dāng)無鍵按下時I/O口為高電平，有鍵按下時對應(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)時鍵”可對日期、時間、鬧鈴等進(jìn)行設(shè)置;短時按下“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

考慮到所編寫的C51程序工程中包含顯示、語音、存儲、日歷、溫度檢測等多個模塊，因此采用C51模塊化編程思路，每個模塊由一個*.c 文件和一個*.h文件組成。其中：*.h文件對模塊中的數(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)文件的開頭寫入include語句，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句構(gòu)成：

Ds1302_init（）;

Lcd_init（）;

Sd_init（）;

Ds18b20_init（）;

Isd1760_init（）;

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

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空間，因此選用SD卡來存放。SD卡是目前日常生活與工作中常用的數(shù)據(jù)存儲卡，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、存儲容量大、安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在圖片存儲的過程中，事先通過軟件將相應(yīng)圖片轉(zhuǎn)化為.bin文件，存儲于SD卡中。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)對SD卡進(jìn)行讀寫時采用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。通信過程中需要對SD卡扇區(qū)進(jìn)行讀寫，要求一次性對512個字節(jié)進(jìn)行操作。存放圖片的扇區(qū)首地址通過WinHex軟件獲得。

圖4 日歷模式顯示效果

2.3 整點(diǎn)報(bào)時功能及鬧鈴實(shí)現(xiàn)

日歷模式中具備整點(diǎn)報(bào)時和鬧鈴功能，這部分功能的實(shí)現(xiàn)采用語音芯片ISD1760來完成，該芯片屬于Winbond 推出的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路ISD1700系列，可錄、放音十萬次，處理多達(dá)255段以上信息。

圖5 相框模式顯示效果

整點(diǎn)時刻要求播報(bào)“現(xiàn)在時刻：xxxx年xx月xx日，星期x，上午（下午、中午、凌晨、晚上）xx點(diǎn)整”。定時鬧鈴采用特定的樂曲鈴聲。這些語音片段及樂曲均需保存在語音芯片ISD1760中。考慮到整點(diǎn)報(bào)時播放的內(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音芯片中，然后將錄制好的語音片段組合播放出來。這時確定錄音片段的首地址非常關(guān)鍵。通過另外編寫單片機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)在播放錄音片段的同時讀取每段錄音的首地址。需要將“現(xiàn)在時刻”、“年”、“月”、“日”、“星期”、“點(diǎn)”、“分”、“上午”、“中午”、“下午”、“凌晨”、“晚上”“1”、“2”……“零”、“十”、“整”，以及鬧鈴樂曲等25段語音片段的首地址記錄下來，保存在數(shù)組中，供語音模塊調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)播報(bào)的功能以及定時鬧鈴功能。

3.系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果

通過Keil uVision4軟件調(diào)試程序，生成hex文件后下載到STC12C5A60S2單片機(jī)中，通過不斷測試，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的效果圖。

參考文獻(xiàn)

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

[2]李婕，蒲忠勝.簡易數(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)的語音電子日歷[J].電子世界，2012（2）.

作者簡介：

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。