基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告

基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告開題報告基于單片機的電子時鐘設(shè)計一、選題的背景、意義1.1選題的發(fā)展背景：單片機的發(fā)展：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(chǎn)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(shù)器和2個并行口構(gòu)成）才能組成1臺完整的計算機。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(nèi)集成有8位和ROM等，但是不足之處是無串行口，中斷處理比較簡單，片內(nèi)RAM和ROM容量較小且尋址范圍不大于4KB。第三階段（1978年-現(xiàn)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口，多級中斷系統(tǒng)，16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內(nèi)還帶有轉(zhuǎn)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公司的等。由于這類單片機的性能性價比高，所以仍被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量較多的單片機。第四階段（1982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(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需要。16位單片機的典型產(chǎn)品如Intel公司生產(chǎn)的MCS-96系列單片機，其集成度已達120000管子/片，主振為12MHz，片內(nèi)RAM為232B，ROM為8KB，中斷處理為8級，而且片內(nèi)帶有多通道10位轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出不見（HS32位單片機除了具有更高的集成度外，其主振已達20MHz，這使32位單片機基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第1頁。的數(shù)據(jù)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]。中斷技術(shù)：基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第1頁。基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第2頁。1基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第2頁。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(nèi)部發(fā)生的某一時間（如外部設(shè)備產(chǎn)生的一個電平的變法，一個脈沖沿的發(fā)生或者內(nèi)部計數(shù)器的計數(shù)溢出等）請求CPU迅速去處理，于是，CPU暫時中止當前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理所發(fā)生的時間。中斷服務(wù)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(yīng)過程。對事件的整個處理過程，稱為中斷處理（或中斷服務(wù)）。如果沒有中斷技術(shù)，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，都要定時去查詢。采用中斷技術(shù)完全消除了CPU在查詢方式中的等待現(xiàn)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(jié)構(gòu)中都帶有中斷系統(tǒng)。單片機電子鐘原理：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，顯示日期等額外的功能。因此，一個數(shù)字鐘的電路主要是由譯碼顯示器，時、分、秒、星期計數(shù)器，校時電路，報時電路和振蕩器組成。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(shù)器，校時電路和報時電路組成。秒信號產(chǎn)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(shù)器（采用60進制計數(shù)器）中，每當累計60秒時會發(fā)出一個分脈沖信號，該信號作為分計數(shù)器的時鐘脈沖。分計數(shù)器（也采用60進制計數(shù)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(shù)器中。時計數(shù)器（采用24進制計數(shù)器），可以實現(xiàn)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(shù)器中。星期計數(shù)器采用7進制計數(shù)器，可實現(xiàn)7天的累計。譯碼顯示器將時，分，秒，星期計數(shù)器的輸出狀態(tài)顯示出來。整點報時電路是通過計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后觸發(fā)一個音頻基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第3頁。基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第3頁?；趩纹瑱C的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第4頁。2基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第4頁。發(fā)生器實現(xiàn)。校時電路是用來對時，分，秒，星期顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。1.2選題的意義：電子時鐘從原理上來說，是一種比較典型的數(shù)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(shè)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(shè)計；使用單片機的編程技術(shù)來設(shè)計。這兩種設(shè)計都有著硬件復(fù)雜，設(shè)計使用的時間較長以及成本較高的缺點。電子時鐘是一種采用數(shù)字電路實現(xiàn)顯示時、分、秒數(shù)字的計時裝置，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚奈锲?，在個人，家庭以及辦公室等公共場所中被廣泛應(yīng)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(shù)字集成電路和石英晶體振蕩器等相關(guān)技術(shù)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(shù)字化的基礎(chǔ)上制成的。因此，研究電子時鐘還有發(fā)展它的更深的應(yīng)用，有非常重要的意義。二、相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)2.1單片機研究：目前單片機應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，它在儀表儀器中的應(yīng)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(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。目前單片機正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各個公司的產(chǎn)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(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，而應(yīng)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(xiàn)今，國內(nèi)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(nèi)已經(jīng)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(yīng)檢測、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(shù)器、中斷系統(tǒng)外，片內(nèi)集成的器件通常還要有電源監(jiān)控與復(fù)位電路，WDT，A/D轉(zhuǎn)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?；趩纹瑱C的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第5頁。3基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第5頁。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(yīng)用于各個技術(shù)領(lǐng)域中，然而，對于一些特殊的應(yīng)用系統(tǒng)，我們不但希望單片機系統(tǒng)能完成有關(guān)數(shù)據(jù)的采集以及處理，而且還想知道產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的時間，以更好更細地掌握現(xiàn)場情況。所以，為單片機添加數(shù)字時鐘將是一項不可或缺的新型工程技術(shù)。隨著社會的快速發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)有許多有關(guān)數(shù)字鐘的設(shè)計成果，而使用單片機設(shè)計的數(shù)字鐘功能更強大，界面也比較好，更好的滿足了人們對數(shù)字鐘的智能化要求。單片機的發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)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(chǎn)品。1.CPU的改進(1)采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高處理能力。（2）增加數(shù)據(jù)總線寬度，單片機內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線，其數(shù)據(jù)處理能力明顯優(yōu)于一般8位單片機。（3）串行總線結(jié)構(gòu)，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。2.存儲器的發(fā)展（1）加大存儲容量。（2）片內(nèi)RPROM采用E^PROM或閃爍（Flash）存儲器。（3）程序保密化。3.片內(nèi)的改進單片機都有較多的并行口，以滿足外圍設(shè)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。（1）增加并行口的驅(qū)動能力，這樣可以減少外部驅(qū)動芯片。（2）增加口的邏輯控制功能，大大加強了口線控制的靈活性。（3）有些單片機設(shè)置了一些特殊的串行接口功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供了方便條件。4.外部電路內(nèi)裝化基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第6頁。4基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第6頁。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(nèi)。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(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機檔次的提高，以適應(yīng)檢測、控制功能更高的要求，片內(nèi)集成的不見還有轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、DMA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(qū)動器等。隨著集成電路技術(shù)及工藝的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)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(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前單片機發(fā)展趨勢之一。5.低功耗化8位單片機中有二分之一的產(chǎn)品已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。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(nèi)裝化以及片內(nèi)存儲器容量增加和Flash存儲器化方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了32位單片機，但使用的并不多?？梢灶A(yù)言，今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。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。2.2電子時鐘研究：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(yīng)用也很多，廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。目前電子時鐘的設(shè)計大體相同，有所不同的是它的相關(guān)擴展功能，比如定時控制，整點報時，日歷顯示等等。現(xiàn)今的科技處于高速發(fā)展階段，人們對電子產(chǎn)品的要求也隨之越來越高。為了適應(yīng)發(fā)展，對電子時鐘的研究也應(yīng)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(shè)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小。三、課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法、技術(shù)路線及研究難點，預(yù)期達基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第7頁。5基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第7頁。到的目標3.1研究內(nèi)容利用單片機最小系統(tǒng)設(shè)計一個數(shù)字鐘，主要由振蕩器、LCD數(shù)碼管顯示、按鍵以及蜂鳴器等模塊構(gòu)成，實現(xiàn)時間、日期的顯示，并具備鬧鈴功能。1、振蕩器數(shù)字鐘的核心是振蕩器，它的作用是產(chǎn)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(shù)字鐘的質(zhì)量以及數(shù)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(shù)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(shù)字鐘的準確以及穩(wěn)定。2、LCD數(shù)碼管在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，我們經(jīng)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(yīng)的LCD控制器和驅(qū)動器，用來對LCD顯示器執(zhí)行掃描、驅(qū)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(jīng)把LCD控制器、驅(qū)動器、RAM以及LCD顯示器用PCB連接在一起，統(tǒng)稱作液晶顯示模塊LCM（LCDModule）。使用的時候只要向LCM里面輸入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)顯示所需要的內(nèi)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(chǎn)品一般可以分成字符和圖形兩種。本次設(shè)計使用LCD1602顯示器。3、按鍵本次設(shè)計有4個按鍵，實現(xiàn)顯示狀態(tài)切換以及時間、日期、鬧鈴的設(shè)置。采用中斷的方式實現(xiàn)。4、蜂鳴器蜂鳴器模塊是由蜂鳴器驅(qū)動電路以及定時器/計數(shù)器組成。選用壓電式蜂鳴器，它工作時大概需要100mA的驅(qū)動電流。當定時器/計數(shù)器的輸出為高電平時，蜂鳴器發(fā)出響聲，當定時器/計數(shù)器的輸出為低電平時，蜂鳴器不發(fā)出聲音。3.2研究方法項目實現(xiàn)需要掌握和熟悉單片機，蜂鳴器，LCD顯示和相關(guān)芯片的工作原理與實現(xiàn)方法?；趩纹瑱C的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第8頁?；趩纹瑱C的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第8頁?；趩纹瑱C的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第9頁。6基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第9頁。（1）單片機應(yīng)用熟悉51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)，中斷系統(tǒng)，定時器數(shù)器，鍵盤，顯示模塊的設(shè)計，外圍IC的接口設(shè)計。（2）蜂鳴器熟悉蜂鳴器硬件結(jié)構(gòu)和相關(guān)知識。（3）LED顯示和相關(guān)芯片熟悉使用單片機來進行LED顯示的方法和相關(guān)的編程外還有接口電路。（4）軟件設(shè)計基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第10頁。7基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第10頁。開始初初始化，并設(shè)置初值調(diào)調(diào)節(jié)時間是功能鍵按下否掃描鍵盤正常計時LCLCD顯示時間調(diào)節(jié)鬧調(diào)節(jié)鬧鐘是鬧鐘按鍵否確定顯示時間3.3研究難點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(guān)知識，所使用的相關(guān)器件以及單片機的結(jié)構(gòu)也要更深的了解過于要使用的電路分布要明確了解，不能出現(xiàn)差錯，最后的調(diào)試過程要仔細，避免發(fā)生錯誤。3.4預(yù)期達到的目標設(shè)計出來的數(shù)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個按鍵實現(xiàn)數(shù)字鐘狀態(tài)的切換以及時間、日期、鬧鐘的設(shè)定?；趩纹瑱C的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第11頁。8基于單片機的電子時鐘設(shè)計開題報告全文共13頁，當前為第11頁。四、論文詳細工作進度和安排2010.12任務(wù)書下達，查閱相關(guān)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(xiàn)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。五、主要參考文獻[1]張毅剛．單片機原理及應(yīng)用[M]．高等教育出版社，2003：2-8．[2]潘曉寧，朱耀東．單片機程序設(shè)計實踐教程[M]．清華大學出版社，2009．[3]恒盛杰資訊．Protel電路板設(shè)計從入門到精通[M]．中國青年出版社，2006：56-58．[4]李廣第．單片機基礎(chǔ)[M]．北京航空航天大學出版社，1999．[5]胡建，劉玉賓等．定時/計數(shù)器，單片機原理與接口技術(shù)[M]．機械工業(yè)出版社，2005：15-19．[6]夏繼強．單片機實驗與實踐教程[M]．北京航空航天大學出版社，2001：43-46．[7]張迎新等．單片機初級教程[M]．北京航空航天大學出版社，1999．[8]肖洪兵．跟我學用單片機[M]．北京航空航天大出版社，2002．[9]錢逸秋．單片機原理與應(yīng)用[M]．電子工業(yè)出版社，2005．[10]何立民．MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京航空航天大學出版社，2000．[11]趙潤林，張迎輝．單片機原理與應(yīng)用教程[M]．北京大學出版設(shè)，2005：105-110．[12]何立民．單片機中級教程——原理與應(yīng)用[M]．北京航空航天大學出