基于單片機的電子時鐘設計【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p>　　基于單片機的電子時鐘設計</p><p><b>　　選題的背景、意義</b></p><p>　　1.1選題的發(fā)展背景：</p><

2、;p><b>　　單片機的發(fā)展：</b></p><p>　　第一階段（1974年-1976年）：單片機初級階段。因工藝限制，單片機采用雙片的形式而且功能比較簡單。例如，仙童公司生產的F8單片機，實際上只是包括了8位CPU、64B的RAM和2個并行口。因此，還需加1塊3851（由1KB的ROM、定時器/計數器和2個并行I/O口構成）才能組成1臺完整的計算機。</p>&l

3、t;p>　　第二階段（1976年-1978年）：低性能單片機階段。以Intel公司制造的MCS-48單片機為代表，這種單片機內集成有8位CPU、并行I/O口、8位定時器/計數器、RAM和ROM等，但是不足之處是無串行口，中斷處理比較簡單，片內RAM和ROM容量較小且尋址范圍不大于4KB。</p><p>　　第三階段（1978年-現在）：高性能單片機階段。這個階段推出的單片機普遍帶有串行口I/O口，多級中斷

4、系統(tǒng)，16位定時器/計數器，片內ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內還帶有A/D轉換器。這類單片機的典型代表是：Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于這類單片機的性能性價比高，所以仍被廣泛應用，是目前應用數量較多的單片機。</p><p>　　第四階段（1982年-現在）：8位單片機鞏固發(fā)展及16位單片機、32位單片機推出階段。此階段的主

5、要特征是一方面發(fā)展16位單片機、32位單片機及專用型單片機；另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結構，以滿足不同的用戶需要。16位單片機的典型產品如Intel公司生產的MCS-96系列單片機，其集成度已達120000管子/片，主振為12MHz，片內RAM為232B，ROM為8KB，中斷處理為8級，而且片內帶有多通道10位A/D轉換器和高速輸入/輸出不見（HSI/HSO），實時處理的能力很強。而32位單片機除了具有更高的集成度外，其主振

6、已達20MHz，這使32位單片機的數據處理速度比16位單片機提高許多，性能比8位、16位單片機更加優(yōu)越[1]。</p><p><b>　　中斷技術：</b></p><p>　　當單片機的CPU正在處理某件事情（例如，正在執(zhí)行主程序）時，單片機外部或者內部發(fā)生的某一時間（如外部設備產生的一個電平的變法，一個脈沖沿的發(fā)生或者內部計數器的計數溢出等）請求CPU迅速去處理

7、，于是，CPU暫時中止當前的工作，轉到中斷服務處理程序處理所發(fā)生的時間。中斷服務處理程序處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作（例如，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序），這稱為中斷。CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應過程。對事件的整個處理過程，稱為中斷處理（或中斷服務）。</p><p>　　如果沒有中斷技術，CPU的大量時間可能會浪費在原地踏步的查詢操作上，或者采用定時查詢，即不論有無中斷請求，都

8、要定時去查詢。采用中斷技術完全消除了CPU在查詢方式中的等待現象，大大提高了PCU的工作效率。由于中斷工作方式的有點極為明顯，因此在單片機的硬件結構中都帶有中斷系統(tǒng)。</p><p><b>　　單片機電子鐘原理：</b></p><p>　　電子時鐘是一個將時，分，秒顯示在人的面前的計時裝置，它的計時周期一般為24小時，顯示滿為23時59分59秒，另外還會有秒表，顯

9、示日期等額外的功能。因此，一個數字鐘的電路主要是由譯碼顯示器，時、分、秒、星期計數器，校時電路，報時電路和振蕩器組成。</p><p>　　主電路系統(tǒng)由譯碼顯示器，秒信號發(fā)生器，時、分、秒、星期計數器，校時電路和報時電路組成。秒信號產生器是整個系統(tǒng)的時基信號，直接決定了計時系統(tǒng)的精確程度，一般采用石英晶體振蕩器和分頻器制成。將標準秒信號送入秒計數器（采用60進制計數器）中，每當累計60秒時會發(fā)出一個分脈沖信號，該

10、信號作為分計數器的時鐘脈沖。</p><p>　　分計數器（也采用60進制計數器），每當累計60分鐘，就會發(fā)出一個時脈沖信號，該信號會被送到時計數器中。</p><p>　　時計數器（采用24進制計數器），可以實現24小時的累計。每當累計24小時，就會發(fā)出一個星期脈沖信號，該信號會被送到星期計數器中。</p><p>　　星期計數器采用7進制計數器，可實現7天的累計

11、。</p><p>　　譯碼顯示器將時，分，秒，星期計數器的輸出狀態(tài)顯示出來。</p><p>　　整點報時電路是通過計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生一個脈沖信號，然后觸發(fā)一個音頻發(fā)生器實現。</p><p>　　校時電路是用來對時，分，秒，星期顯示數字進行校對調整。</p><p><b>　　1.2選題的意義：</b><

12、/p><p>　　電子時鐘從原理上來說，是一種比較典型的數字電路，它包含了組合邏輯電路以及時序電路。傳統(tǒng)電子時鐘的設計方法有兩種：使用組合邏輯電路以及時序電路等一些中小規(guī)模的集成電路來設計；使用單片機的編程技術來設計。這兩種設計都有著硬件復雜，設計使用的時間較長以及成本較高的缺點。</p><p>　　電子時鐘是一種采用數字電路實現顯示時、分、秒數字的計時裝置，是人們日常生活中不可缺少的物品，

13、在個人，家庭以及辦公室等公共場所中被廣泛應用，給人們的生活，學習，工作以及娛樂帶來了許多便利條件。而由于數字集成電路和石英晶體振蕩器等相關技術的不斷發(fā)展，電子時鐘的性能相對于老式鐘表有了更大的提高，變得更加準確、穩(wěn)定，攜帶也變得越來越方便，并且還大大的擴展了原來所以的報時功能。在許多方面，例如定時自動報警、時間程序自動控制、按時自動打鈴、定時廣播、自動起閉路燈、甚至各種定時電氣的自動啟用等，都是在鐘表數字化的基礎上制成的。因此，研究電子

14、時鐘還有發(fā)展它的更深的應用，有非常重要的意義。</p><p>　　二、相關研究的最新成果及動態(tài) </p><p><b>　　2.1單片機研究：</b></p><p>　　目前單片機應用于各個領域中，它在儀表儀器中的應用顯得更加優(yōu)越?；趩纹瑱C制成的電子時鐘有計時準確、功耗較低的優(yōu)點，因此，它在各個領域里得到了廣泛的應用。目前單片機正處在微

15、控制器的全面發(fā)展階段，各個公司的產品在保證盡量兼容的同時，又向高速度、高運算能力、較大的尋址范圍和小型廉價方面發(fā)展。在單片機發(fā)展的同時，也推動了應用系統(tǒng)的發(fā)展，而應用系統(tǒng)的發(fā)展，又會反過來對單片機有更高的要求，使得單片機的發(fā)展得到促進?，F今，國內外的單片機正向著功能更強、速度更快、功耗更低、輻射更小等發(fā)面發(fā)展。而隨著集成度的不斷提高，眾多的外圍功能器件集成在片內已經變得可能，這也將是單片機以后發(fā)展的趨勢。隨著單片機檔次的提高（為了適應檢

16、測、控制功能的更高要求），使單片機除了一般必須要有ROM、RAM、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)外，片內集成的器件通常還要有電源監(jiān)控與復位電路，WDT，A/D轉換器，DMA控制器，中斷控制器，鎖相環(huán)，頻率合成器，CRT控制器等等。</p><p>　　由于單片機系統(tǒng)的優(yōu)異的性能，可靠性以及較低的成本，被應用于各個技術領域中，然而，對于一些特殊的應用系統(tǒng)，我們不但希望單片機系統(tǒng)能完成有關數據的采集以及處理，而且還想知道產

17、生這些數據的時間，以更好更細地掌握現場情況。所以，為單片機添加數字時鐘將是一項不可或缺的新型工程技術。隨著社會的快速發(fā)展，國內外已經有許多有關數字鐘的設計成果，而使用單片機設計的數字鐘功能更強大，界面也比較好，更好的滿足了人們對數字鐘的智能化要求。</p><p>　　單片機的發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內裝化等各方面發(fā)展。為滿足不同的用戶需要，各公司競相推出能滿足不同需要的產品。</p>

18、<p><b>　　1.CPU的改進</b></p><p>　　(1)采用雙CPU結構，以提高處理能力。</p><p>　?。?）增加數據總線寬度，單片機內部采用16位數據總線，其數據處理能力明顯優(yōu)于一般8位單片機。</p><p>　　（3）串行總線結構，大大減少單片機外部引線，使得單片機與外部接口電路連接簡單。</p

19、><p><b>　　2.存儲器的發(fā)展</b></p><p>　?。?）加大存儲容量。</p><p>　?。?）片內RPROM采用E^PROM或閃爍（Flash）存儲器。</p><p><b>　?。?）程序保密化。</b></p><p>　　3.片內I/O的改進<

20、/p><p>　　單片機都有較多的并行口，以滿足外圍設備、芯片擴展的需要，并配有串行口，以滿足多機通信功能的要求。</p><p>　　（1）增加并行口的驅動能力，這樣可以減少外部驅動芯片。</p><p>　?。?）增加I/O口的邏輯控制功能，大大加強了I/O口線控制的靈活性。</p><p>　?。?）有些單片機設置了一些特殊的串行接口功能，

21、為構成分布式、網絡化系統(tǒng)提供了方便條件。</p><p><b>　　4.外部電路內裝化</b></p><p>　　隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的外圍功能器件集成在片內。這也是單片機發(fā)展的重要趨勢。除了一般必須具有的ROM、RAM、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機檔次的提高，以適應檢測、控制功能更高的要求，片內集成的不見還有A/D轉換器、D/A轉換器、D

22、MA控制器、中斷控制器、鎖相環(huán)、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、CRT控制器、譯碼驅動器等。</p><p>　　隨著集成電路技術及工藝的不斷發(fā)展，能裝入片內的外圍電路也可以是大規(guī)模的，把所需要的外圍電路全部裝入單片機內，即系統(tǒng)的單片化是目前單片機發(fā)展趨勢之一。</p><p><b>　　5.低功耗化</b></p><p>　　8位單片

23、機中有二分之一的產品已CMOS化，CMOS芯片的單片機具有功耗小的優(yōu)點，而且為了充分發(fā)揮低功耗的特點，這類單片機普遍配置有Wait和Stop兩種工作方式。</p><p>　　綜觀單片機幾十年的發(fā)展歷程，單片機今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路內裝化以及片內存儲器容量增加和Flash存儲器化方向發(fā)展。但其位數不一定會繼續(xù)增加，盡管現在已經有了32位單片機，但使用的并不多?？梢灶A言，今

24、后的單片機將是功能更強、集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便。</p><p>　　此外，專用化也是單片機的一個發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機將會越來越多。</p><p>　　2.2電子時鐘研究：</p><p>　　電子時鐘不僅僅只作為一個鐘表的作用，它在其他方面的應用也很多，廣泛的應用于各個領域。目前電子時鐘的設計大體相同，有所不同的是它的相關擴展

25、功能，比如定時控制，整點報時，日歷顯示等等。</p><p>　　現今的科技處于高速發(fā)展階段，人們對電子產品的要求也隨之越來越高。為了適應發(fā)展，對電子時鐘的研究也應該有所加深。目前電子時鐘的發(fā)展趨勢是：體積變得越來越小巧，功能變得越來越強大，比如增加了定時控制，鬧鐘，整點報時等功能，設計出來的電子時鐘的外觀更加的美觀、時尚，隨著人們的審美觀的改變而改變著，而且，電子時鐘的性能比之以前也更加穩(wěn)定，時間上的誤差越來越

26、小。</p><p>　　三、課題的研究內容及擬采取的研究方法、技術路線及研究難點，預期達到的目標</p><p><b>　　3.1研究內容</b></p><p>　　利用單片機最小系統(tǒng)設計一個數字鐘，主要由振蕩器、LCD數碼管顯示、按鍵以及蜂鳴器等模塊構成，實現時間、日期的顯示，并具備鬧鈴功能。</p><p>&

27、lt;b>　　振蕩器</b></p><p>　　數字鐘的核心是振蕩器，它的作用是產生一個頻率標準時間頻率信號，接著由分頻器分秒脈沖，所以，振蕩器頻率的穩(wěn)定性和精確性決定了數字鐘的質量以及數字鐘計時的準確程度。通常我們采用石英晶體振蕩器。一般情況下，振蕩器的頻率越高，數字鐘計時的準確程度越高。石英晶體振蕩器分頻后得到一個準確穩(wěn)定的32768Hz的方波信號，這可以確保數字鐘的準確以及穩(wěn)定。<

28、/p><p><b>　　LCD數碼管</b></p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，我們經常使用的是點陣字符型的LCD顯示器。使用點陣字符型的LCD顯示器的時候，一定要有相對應的LCD控制器和驅動器，用來對LCD顯示器執(zhí)行掃描、驅動，以及還需要一定空間的RAM和ROM，用來存儲寫入的命令以及顯示字符的點陣。目前人們已經把LCD控制器、驅動器、RAM、ROM以及LCD顯

29、示器用PCB連接在一起，統(tǒng)稱作液晶顯示模塊LCM（LCD Module）。使用的時候只要向LCM里面輸入相應的命令和數據就可以實現顯示所需要的內容。這種模塊與單片機的接口比較簡單，使用起來靈活方便。產品一般可以分成字符和圖形兩種。本次設計使用LCD1602顯示器。</p><p><b>　　按鍵</b></p><p>　　本次設計有4個按鍵，實現顯示狀態(tài)切換以及時

30、間、日期、鬧鈴的設置。采用中斷的方式實現。</p><p><b>　　蜂鳴器</b></p><p>　　蜂鳴器模塊是由蜂鳴器驅動電路以及定時器/計數器組成。選用壓電式蜂鳴器，它工作時大概需要100mA的驅動電流。當定時器/計數器的輸出為高電平時，蜂鳴器發(fā)出響聲，當定時器/計數器的輸出為低電平時，蜂鳴器不發(fā)出聲音。</p><p><b

31、>　　3.2研究方法</b></p><p>　　項目實現需要掌握和熟悉單片機，蜂鳴器，LCD顯示和相關芯片的工作原理與實現方法。</p><p><b>　　單片機應用</b></p><p>　　熟悉51系列單片機的硬件結構，指令系統(tǒng)，中斷系統(tǒng)，定時器/計數器，鍵盤，顯示模塊的設計，外圍IC的接口設計。</p>

32、<p><b>　　蜂鳴器</b></p><p>　　熟悉蜂鳴器硬件結構和相關知識。</p><p>　　LED顯示和相關芯片</p><p>　　熟悉使用單片機來進行LED顯示的方法和相關的編程，另外還有接口電路。</p><p><b>　　軟件設計</b></p>

33、<p><b>　　3.3研究難點</b></p><p>　　對于單片機的研究還比較表面化，許多深入的東西還要繼續(xù)學習相關知識，所使用的相關器件以及單片機的結構也要更深的了解過，對于要使用的電路分布要明確了解，不能出現差錯，最后的調試過程要仔細，避免發(fā)生錯誤。</p><p>　　3.4預期達到的目標</p><p>　　設計出來

34、的數字鐘符合要求，即能夠顯示時間、日期，具有鬧鐘功能，且整點蜂鳴器響動報時，4個按鍵實現數字鐘狀態(tài)的切換以及時間、日期、鬧鐘的設定。</p><p>　　四、論文詳細工作進度和安排</p><p>　　2010.12 任務書下達，查閱相關資料。2011.1.10之前完成文獻綜述，2篇外文文獻翻譯。2010-2011第2學期開學第1周 完成開題報告。2010-2011第2學期2-4周

35、查閱并學習51系列單片機及其編程語言的資料。2010-2011第2學期5-7周 學習51系列單片機編程語言并熟悉仿真環(huán)境。2010-2011第2學期8-9周 用軟件實現電子時鐘的仿真。2010-2011第2學期10-11周 撰寫論文。2011.5.27-29 畢業(yè)答辯。</p><p><b>　　五、主要參考文獻</b></p><p>　　[1] 張毅剛．

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