多功能旋转led时钟的设计与实现
Key words：LED screen ; STC12C5A60S2 ; DS1302 ; mercury switch ; voice broadcast 目 录
1．绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 系统的研究目标 1
1.3 论文的章节安排 2
2. 系统硬件设计 3
2.1 系统硬件整体设计 3
2.2 单片机最小系统设计 3
2.2.1 STC12C5A60S2单片机简介 3
2.2.2时钟电路设计 4
2.2.3复位电路设计 4
2.3 按键及水银开关模块设计 5
2.3.1 按键模块 5
2.3.2 水银开关模块 6
2.4 时钟模块设计 7
2.5 LED屏模块设计 8
2.5.1 74HC573锁存器 9
2.5.2 LED屏模块 10
2.6语音模块设计 11
3．系统软件设计 13
3.1 系统软件总体设计 13
3.2 初始化设计 14
3.2.1 系统初始化设计 14
3.2.2 语音模块初始化设计 14
3.3 按键及水银开关模块设计 15
3.3.1 按键模块软件设计 15
3.3.2 水银开关模块软件设计 17
3.4 DS1302时钟模块设计 18
3.5 LED屏模块设计 19
3.6 语音模块设计 20
4．系统调试 22
4.1 系统模块调试 22
4.1.1 按键及水银开关模块调试 22
4.1.2 LED屏模块调试 22
4.1.3 时钟模块调试 23
4.1.4语音模块调试 23
4.2 系统综合调试 23
4.3 调试环境 23
4.4调试下载软件 24
5．总结与展望 25
5.1 总结 25
5.2 展望 25
参考文
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
献 26
附录 27
附录一 系统硬件电路原理图 27
附录二 PCB图 28
附录三 实物图 29
附录四 主要系统程序 30
致 谢 35
1．绪论
1.1 研究背景及意义
从古至今，时间是人们生活中不可缺少的重要伴侣。如果没有时间的概念，社会将停滞不前。从古代的圭表、水漏，到后来的电子时钟，都充分显示出了时间的重要性，因此利用当今先进的科技致力于电子时钟的研究将能更好地服务人们的生活。
电子科技日渐进步，人们对电子设备的体积和智能性及其精度的要求也日益提高。而电子时钟主要是利用现代科技将时钟电子化、人性化、数字化、多功能化。单片机因具有稳定性高、集成度高、体积小、价格低廉、控制功能强、易扩展等特点，成为设计智能仪器的首选器件。本设计采用了STC12C5A60S2单片机，大大提高了系统的可靠性和稳定性。电子钟与传统的机械钟相比，具有时间更加精准、显示更加直观、无机械传动装置等优点，所以在生活与工作中得到大量使用。
LED屏是一种新型成像电子设备，由发光二极管按顺序排列而制成，因为其耗电量小、节能环保、亮度高、可视角度广、寿命长、时尚简约等特点，正在被广泛的应用于日常生活中。我国LED屏行业的主要产品不仅在国内占有绝对的市场，同时在全球市场也占据了一定的份额。由于产品的全球化，其稳定性、可靠性有了显著的提升。本设计就利用LED屏作为时钟的显示器，共采用9块8×8LED屏，构成了24×24的点阵。
随着时代发展，电子时钟需要增加更多的功能，例如：报时、闹钟、红外遥控、温湿度显示等，这就要求电子时钟具有多功能性。而本设计除了能够显示时钟外，还添加了按键设置闹钟，重力感应，语音报时三项功能。
1.2 系统的研究目标
本设计的研究目标是设计基于51单片机的多功能旋转LED屏时钟。系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器，通过DS1302时钟芯片获得时间信息，再以LED屏显示时间（年/月/日/时/分/星期），并添加了五个独立按键用于设定闹钟，当到达闹钟所设定的时间时，语音模块会播放音乐，按下退出键语音停止播放。它们的作用分别是左右切换闹钟的时/分/星期，增减时间数值（0~9），还有一个退出键用以退出时间设置，恢复时间显示状态。每到整点时钟会进行整点报时。本设计中运用4个水银开关呈菱形放置，当时钟垂直地面放置时，总会有两个水银开关导通，另外两个则关断，根据不同的水银开关导通组合，可以判断出时钟所处的方向，从而使时钟具有类似重力感应的功能，将时钟旋转摆放时，始终能够自上而下显示时钟。
1.3 论文的章节安排
第一章：绪论，介绍了时钟的发展历史及应用前景，然后阐述课题的研究目标及主要内容。
第二章：系统硬件设计，介绍多功能LED屏时钟硬件系统的组成与设计，主要介绍51单片最小系统、按键及水银开关模块、LED屏显示模块、时钟模块、语音模块等电路的设计。
第三章：系统软件设计，介绍了单片机的初始化以及控制算法，并阐述各模块软件设计方法。
第四章：系统调试，分为系统模块调试和系统综合调试，调试时钟系统是否能够实现各个功能。
第五章：总结与展望，主要是对本课题设计和研究以及研究过程中遇到的问题进行总结，并提出了本设计的不足之处和改进的方向。
2.系统硬件设计
本硬件电路设计的宗旨是：可靠性好，电路简洁高效，便于检测。可靠性是第一要求，在电路设计过程中要注意将模拟地与数字地分开，将控制电路与驱动电路进行隔离，电路原理图的设计都必须经过测试和验证，在布局、布线时要考虑了电磁兼容性以及信号之间的相互干扰等问题，所以在设计中要做好屏蔽工作，保证硬件系统的稳定、可靠，避免因电路设计不合理而损坏芯片。PCB板设计时要合理放置元器件，正确设置线宽，并且注意散热等问题。简洁是指在满足了稳定、高效的要求后，使电路设计尽可能简洁，尽量减少元器件数量，缩小电路板面积，从而使电路轻便简洁，且易于安装。
1．绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 系统的研究目标 1
1.3 论文的章节安排 2
2. 系统硬件设计 3
2.1 系统硬件整体设计 3
2.2 单片机最小系统设计 3
2.2.1 STC12C5A60S2单片机简介 3
2.2.2时钟电路设计 4
2.2.3复位电路设计 4
2.3 按键及水银开关模块设计 5
2.3.1 按键模块 5
2.3.2 水银开关模块 6
2.4 时钟模块设计 7
2.5 LED屏模块设计 8
2.5.1 74HC573锁存器 9
2.5.2 LED屏模块 10
2.6语音模块设计 11
3．系统软件设计 13
3.1 系统软件总体设计 13
3.2 初始化设计 14
3.2.1 系统初始化设计 14
3.2.2 语音模块初始化设计 14
3.3 按键及水银开关模块设计 15
3.3.1 按键模块软件设计 15
3.3.2 水银开关模块软件设计 17
3.4 DS1302时钟模块设计 18
3.5 LED屏模块设计 19
3.6 语音模块设计 20
4．系统调试 22
4.1 系统模块调试 22
4.1.1 按键及水银开关模块调试 22
4.1.2 LED屏模块调试 22
4.1.3 时钟模块调试 23
4.1.4语音模块调试 23
4.2 系统综合调试 23
4.3 调试环境 23
4.4调试下载软件 24
5．总结与展望 25
5.1 总结 25
5.2 展望 25
参考文
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
献 26
附录 27
附录一 系统硬件电路原理图 27
附录二 PCB图 28
附录三 实物图 29
附录四 主要系统程序 30
致 谢 35
1．绪论
1.1 研究背景及意义
从古至今，时间是人们生活中不可缺少的重要伴侣。如果没有时间的概念，社会将停滞不前。从古代的圭表、水漏，到后来的电子时钟，都充分显示出了时间的重要性，因此利用当今先进的科技致力于电子时钟的研究将能更好地服务人们的生活。
电子科技日渐进步，人们对电子设备的体积和智能性及其精度的要求也日益提高。而电子时钟主要是利用现代科技将时钟电子化、人性化、数字化、多功能化。单片机因具有稳定性高、集成度高、体积小、价格低廉、控制功能强、易扩展等特点，成为设计智能仪器的首选器件。本设计采用了STC12C5A60S2单片机，大大提高了系统的可靠性和稳定性。电子钟与传统的机械钟相比，具有时间更加精准、显示更加直观、无机械传动装置等优点，所以在生活与工作中得到大量使用。
LED屏是一种新型成像电子设备，由发光二极管按顺序排列而制成，因为其耗电量小、节能环保、亮度高、可视角度广、寿命长、时尚简约等特点，正在被广泛的应用于日常生活中。我国LED屏行业的主要产品不仅在国内占有绝对的市场，同时在全球市场也占据了一定的份额。由于产品的全球化，其稳定性、可靠性有了显著的提升。本设计就利用LED屏作为时钟的显示器，共采用9块8×8LED屏，构成了24×24的点阵。
随着时代发展，电子时钟需要增加更多的功能，例如：报时、闹钟、红外遥控、温湿度显示等，这就要求电子时钟具有多功能性。而本设计除了能够显示时钟外，还添加了按键设置闹钟，重力感应，语音报时三项功能。
1.2 系统的研究目标
本设计的研究目标是设计基于51单片机的多功能旋转LED屏时钟。系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器，通过DS1302时钟芯片获得时间信息，再以LED屏显示时间（年/月/日/时/分/星期），并添加了五个独立按键用于设定闹钟，当到达闹钟所设定的时间时，语音模块会播放音乐，按下退出键语音停止播放。它们的作用分别是左右切换闹钟的时/分/星期，增减时间数值（0~9），还有一个退出键用以退出时间设置，恢复时间显示状态。每到整点时钟会进行整点报时。本设计中运用4个水银开关呈菱形放置，当时钟垂直地面放置时，总会有两个水银开关导通，另外两个则关断，根据不同的水银开关导通组合，可以判断出时钟所处的方向，从而使时钟具有类似重力感应的功能，将时钟旋转摆放时，始终能够自上而下显示时钟。
1.3 论文的章节安排
第一章：绪论，介绍了时钟的发展历史及应用前景，然后阐述课题的研究目标及主要内容。
第二章：系统硬件设计，介绍多功能LED屏时钟硬件系统的组成与设计，主要介绍51单片最小系统、按键及水银开关模块、LED屏显示模块、时钟模块、语音模块等电路的设计。
第三章：系统软件设计，介绍了单片机的初始化以及控制算法，并阐述各模块软件设计方法。
第四章：系统调试，分为系统模块调试和系统综合调试，调试时钟系统是否能够实现各个功能。
第五章：总结与展望，主要是对本课题设计和研究以及研究过程中遇到的问题进行总结，并提出了本设计的不足之处和改进的方向。
2.系统硬件设计
本硬件电路设计的宗旨是：可靠性好，电路简洁高效，便于检测。可靠性是第一要求，在电路设计过程中要注意将模拟地与数字地分开，将控制电路与驱动电路进行隔离，电路原理图的设计都必须经过测试和验证，在布局、布线时要考虑了电磁兼容性以及信号之间的相互干扰等问题，所以在设计中要做好屏蔽工作，保证硬件系统的稳定、可靠，避免因电路设计不合理而损坏芯片。PCB板设计时要合理放置元器件，正确设置线宽，并且注意散热等问题。简洁是指在满足了稳定、高效的要求后，使电路设计尽可能简洁，尽量减少元器件数量，缩小电路板面积，从而使电路轻便简洁，且易于安装。
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