基于52單片機智能貼心時鐘的研究與設計

譚銘明，姚玲英（通訊作者），阮煜琴，梁俊焱，鐘楚洪

（廣東第二師范學院物理與信息工程系，廣東廣州，510303）

0 引言

在智能化信息時代的發展下，人們對于傳統時鐘的要求也逐漸增多。該智能貼心時鐘以STC89C52單片機為核心，利用DS1302時鐘模塊將時間顯示詳細至年、月、日、星期、時、分、秒，并可通過按鍵來實現對時間的校準和鬧鐘的設置。同時，利用DHT11溫濕度傳感器對溫濕度進行采集，單片機通過溫濕度變化產生不同的信號，以按鍵實現當前氣候狀態的溫濕度播報、貼心提示。

1 電路總體設計方案

系統電路框圖如圖1所示，根據功能之間的不同，可將該系統分為六個部分，分別為STC89C52單片機、溫濕度測量電路、時鐘發生電路、LCD顯示電路、語音播報電路及按鍵電路。

圖1 系統電路框圖

2 硬件與軟件設計

■2.1 硬件設計

2.1.1 主控制模塊

該設計使用STC89C52芯片作為貼心時鐘的處理器，C52系列芯片編程簡單便捷，配合開發板與Keil可以輕松地對芯片中的代碼進行修改和測試。該電路作為貼心時鐘的處理器，承擔了信息處理和信息存儲的功能。這部分電路包含主芯片STC89C52，11.0592MHz晶振電路以及復位電路。

2.1.2 溫濕度測量電路

該電路的主要部分為DHT11溫濕度傳感模塊，占用1個I/O口。該模塊可提供實時的溫濕度數據，并通過一個數據端口輸送給處理器，且該模塊使用比較方便，模塊上引出的3個接線端口直接連接到單片機上便可使用，由于用于傳輸數據的只有一個端口，使用一個I/O口便能收集溫濕度數據，十分節省I/O口。該電路承擔了提供溫濕度數據的功能，并且在模塊的VCC與GND之間連接了一個104瓷片電容，用于濾除掉雜波成分，使其輸出數據的時候電壓更穩定。

2.1.3 時鐘電路

時鐘電路采用DS1302模塊，共占用3個I/O口。該模塊可提供時分秒、年月日等信息，采用串行通信方式，節省I/O口，且具有工作電壓范圍較寬，芯片功耗低的優點，其承擔的主要功能為提供日期與時間信息。DS1302采用雙電源供電，在主電源非正常斷電時，仍可利用備用電源繼續工作。

2.1.4 LCD時鐘顯示電路

該電路采用液晶顯示屏LDC1604作為貼心時鐘的屏幕，共占用11個I/O口。該顯示屏最多能同時顯示16×4個字符，使用起來簡單便捷，但該模塊引腳較多，除VCC與GND外仍有12個端口。顯示屏采用并行通信方式，直接把八個數據傳輸口與單片機相連。其承擔的主要功能為顯示出當前的溫濕度、日期與時間。雖然占用了8個I/O口作為通信端口，但是同時保證了數據的實時顯示，減少延時。

2.1.5 語音播報電路

圖2 主程序流程圖

語音播報電路我們采用DFPlayer Mini模塊(以下簡稱其為語音模塊)，采用串口通信。此模塊具有體積小巧，價格實惠，可直接接駁揚聲器等優點。語音模塊上已集成有MP3、WAV、WMA的硬解碼功能，無需進行復雜的編程，通過簡單的串口指令即可控制其播放指定的音頻。該模塊上含有一個TF卡槽，音頻存儲在TF卡里，只要將其插入卡槽，便能使其讀取到TF卡內的音頻信息。語音模塊主要承擔了存儲音頻信息及驅動揚聲器播放音頻的功能，按下外置的按鈕即可播放當前溫濕度信息、前后溫濕度對比、以及對應的穿衣搭配和增減衣物建議。

2.1.6 鍵盤電路鍵盤電路目前采用了各個功能配備獨立按鍵的設計，按鈕類型采用微動按鈕，分別設有“返回主界面按鈕”、“進入副界面按鈕”、“UP按鈕”，“DOWN按鈕”，“確認按鈕”，以及“語音播報按鈕”這6個按鈕。這6個按鈕目前直接分配了6個I/O口，按鈕的另一端接地，當有按鍵按下時，I/O口的電平變為低電平，隨即由芯片檢測到，并執行對應的功能。

■2.2 軟件設計

2.2.1 系統主程序設計

將主程序分成各個子程序模塊，逐一實現各個模塊功能，其整體思路如圖2所示。

2.2.2 語音模塊軟件實現

（1）從EEPROM區讀取存儲的溫濕度數據

內部EEPROM讀一字節：先寫地址，再讀數據。

讀操作程序：

（2）溫濕度以及穿衣小提示播報

播報溫濕度：將從DHT11芯片獲取的溫濕度進行播報，需要注意的是獲取的溫濕度為十六進制，而語音播報的對應值為十進制，此時，通過十進制與十六進制轉換，完成語音播報。

播報穿衣小提示：將常出現的溫濕度劃分為多個范圍，且將臨界值設為設定值，將讀取到的溫濕度與設定值進行對比，播報對應的語音。

播報程序：

（3）將溫濕度數據存入EEPROM區

內部EEPROM寫一字節：先寫地址，再寫數據。需要注意的是，在EEPROM寫字節之前需要先將那一扇區的數據擦除。

由STC89C52內部EEPROM詳細地址表可以編寫。詳細地址表如表1所示。

表1 STC89C52內部EEPROM詳細地址表

3 系統的仿真與調試

在完成硬件設計后，對系統進行仿真如圖3所示。系統設置的初始時間為2020年7月25日星期六18點17分58秒，初始鬧鐘時間為18點18分，可通過按下rep按鈕實現語音播報功能，系統還設有五個按鍵，利用加入副屏實現對當前時間的校準與鬧鐘的設置。仿真時將DHT11溫濕度調為27℃、75%，與LCD液晶屏顯示保持一致。由于Proteus 8 Professional仿真軟件元件庫中，沒有語音模塊，在仿真時，采用示波器代替語音模塊，通過觀察波形的輸出實現語音播報。

圖3 系統仿真圖

根據仿真電路圖，進行對硬件實物的連接測試系統的可行性與穩定性，測試結果如圖4所示，由圖可見，實際測試結果與仿真結果一致，時間顯示與調節、實時溫濕度顯示、語音播報等基本功能均可穩定實現。

圖4 液晶屏實物顯示圖

4 總結

該電子時鐘設計通過Keil uVision4進行C語言編譯設計，通過控制主控芯片STC89C52實現溫濕度監控顯示、實時時間顯示與設置、語音播報功能等基本功能。經過對系統的硬件測試，基本功能均可達到設計的預期效果。從測試中看出該系統穩定性好，操作簡單，具有一定的實用性，更加貼近于人們日常生活中的使用習慣，使人們的生活更加便利。