基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告電子信息工程基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)摘要本文的內(nèi)容主要介紹了以MCS-51單片機(jī)為核心的數(shù)字鐘的硬件結(jié)構(gòu)以及軟件的設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用了DS12887時(shí)鐘芯片、1602液晶顯示器(LCD以及蜂鳴器等器件，一起實(shí)現(xiàn)了數(shù)字時(shí)鐘定時(shí)、準(zhǔn)點(diǎn)鬧鈴和調(diào)時(shí)等功能。該設(shè)計(jì)的電路部分主要由時(shí)鐘模塊、液晶顯示、鍵盤調(diào)時(shí)和蜂鳴器報(bào)時(shí)三個(gè)模塊組成。文章通過對(duì)數(shù)字鐘和單片機(jī)的發(fā)展背景、現(xiàn)狀和發(fā)展前景以及應(yīng)用的介紹，確定了該課題研究的方向。在最后的總結(jié)中，概括了單片機(jī)系統(tǒng)的性能、特點(diǎn)以及發(fā)展方向。一、前言設(shè)計(jì)的目的：在設(shè)計(jì)的過程中，我們可以理解單片機(jī)最小系統(tǒng)的概念，知道怎么才能讓單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行起來，使我們對(duì)單片

2、機(jī)的理解不僅僅局限于理論上；通過鍵盤和顯示模塊的設(shè)計(jì)，我們可以了解單片機(jī)控制的基本理念，并了解單片機(jī)和外圍IC的接口模型；而通過對(duì)單片機(jī)最重要兩個(gè)功能(中斷、定時(shí))的使用，可以使我們熟悉單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理；在最終的制作過程中，我們還可以熟悉硬件制作的流程和實(shí)現(xiàn)軟件功能的過程，以提高動(dòng)手能力，讓理論和實(shí)踐相結(jié)合。設(shè)計(jì)的內(nèi)容：利用單片機(jī)最小系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)電子時(shí)鐘，要求包括以下內(nèi)容：(1)顯示時(shí)間、日期、三組鬧鈴。(2)4個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)顯示狀態(tài)切換，時(shí)間、日期、鬧鈴的設(shè)置。(3)鬧鈴時(shí)間到蜂鳴器以1HZ的頻率響三次。(4)單片機(jī)停電重啟后定時(shí)設(shè)計(jì)不變、時(shí)間準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)的意義：電子時(shí)鐘是一種采用數(shù)字

3、電路實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)、分、秒數(shù)字的計(jì)時(shí)裝置，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚奈锲?，在個(gè)人，家庭以及辦公室等公共場(chǎng)所中被廣泛應(yīng)用，給人們的生活，學(xué)習(xí)，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(shí)鐘的性能相對(duì)于老式鐘表有了更大的提高，變得更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定，攜帶也變得越來越方便，并且還大大的擴(kuò)展了原來所以的報(bào)時(shí)功能。在許多方面，例如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、時(shí)間程序自動(dòng)控制、按時(shí)自動(dòng)打鈴、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)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(shí)鐘還有發(fā)展它的更深的應(yīng)用，有非常重要的意義。相關(guān)概念：單片機(jī)最小系統(tǒng)：單片機(jī)最小系統(tǒng)，是

4、指由最少的元件組成的可以使單片機(jī)工作的系統(tǒng)，也叫做單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)。89C52內(nèi)部有4KB的閃爍存儲(chǔ)器，芯片本身就是一個(gè)最小系統(tǒng)。在能夠滿足系統(tǒng)的性能要求的情況時(shí)，可優(yōu)先考慮采用這種方案。這種芯片構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)具有簡單、可靠的特點(diǎn)。用89C52單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)時(shí)，只要在單片機(jī)上接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以了。不過該最小系統(tǒng)只能用于一些小型的數(shù)字量的測(cè)控單元。蜂鳴器：蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，使用直流電壓供電，廣泛地在計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備等電子產(chǎn)品中作為發(fā)聲器件使用。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型：1 .壓電式蜂鳴器：主要由多

5、諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等器件組成，有的外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或者集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.515V的直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器就會(huì)推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片一般使用結(jié)鈦酸鉛或者鋰鎂酸鉛壓電陶瓷材料，在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起就能制成。2 .電磁式蜂鳴器：主要由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，而振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。中斷技術(shù)：當(dāng)單

6、片機(jī)的CPUE在處理某件事情（例如，正在執(zhí)行主程序）時(shí)，單片機(jī)外部或者內(nèi)部發(fā)生的某一時(shí)間（如外部設(shè)備產(chǎn)生的一個(gè)電平的變法，一個(gè)脈沖沿的發(fā)生或者內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)溢出等）請(qǐng)求CPUS速去處理,于是，CPUW時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理所發(fā)生的時(shí)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。Cput理事件的過程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過程。對(duì)事件的整個(gè)處理過程，稱為中斷處理（或中斷服務(wù)）。單片機(jī)電子鐘原理：電子時(shí)鐘是一個(gè)將時(shí)，分，秒顯示在人的面前的計(jì)時(shí)裝置，它的計(jì)時(shí)周期一般為24小時(shí)，顯示滿為23時(shí)59分59秒，另

7、外還會(huì)有秒表，顯示日期等額外的功能。因此，一個(gè)數(shù)字鐘的電路主要是由譯碼顯示器，時(shí)、分、秒、星期計(jì)數(shù)器，校時(shí)電路，報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)由譯碼顯示器，秒信號(hào)發(fā)生器，時(shí)、分、秒、星期計(jì)數(shù)器，校時(shí)電路和報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，直接決定了計(jì)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入秒計(jì)數(shù)器（采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器）中，每當(dāng)累計(jì)60秒時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)分脈沖信號(hào)，該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。分計(jì)數(shù)器（也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器），每當(dāng)累計(jì)60分鐘，就會(huì)發(fā)出一個(gè)時(shí)脈沖信號(hào)，該信號(hào)會(huì)被送到時(shí)計(jì)數(shù)器中。時(shí)計(jì)數(shù)器（采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器），可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的累計(jì)。每當(dāng)

8、累計(jì)24小時(shí)，就會(huì)發(fā)出一個(gè)星期脈沖信號(hào)，該信號(hào)會(huì)被送到星期計(jì)數(shù)器中。星期計(jì)數(shù)器采用7進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)7天的累計(jì)。譯碼顯示器將時(shí)，分，秒，星期計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是通過計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，然后觸發(fā)一個(gè)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)。校時(shí)電路是用來對(duì)時(shí)，分，秒，星期顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。二、主題單片機(jī)的發(fā)展：繼1971年微處理器的研制成功不久，就出現(xiàn)了單片機(jī)，但最早的單片機(jī)是1位的。單片機(jī)的發(fā)展歷史可以分為四個(gè)階段：第一階段（1974年-1976年）：單片機(jī)初級(jí)階段。因工藝限制，單片機(jī)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(jī)，實(shí)際上只是包括了8位CPU64

9、B的RAMF口2個(gè)并行口。因此，還需力口1塊3851（由1KB的ROM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和2個(gè)并行I/O口構(gòu)成）才能組成1臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。第二階段（1976年-1978年）：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表，這種單片機(jī)內(nèi)集成有8位CPU并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROW,但是不足之處是無用行口，中斷處理比較簡單，片內(nèi)RAM口RO廨量較小且尋址范圍不大于4KR第三階段（1978年-現(xiàn)在）：高性能單片機(jī)階段。這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有用行口I/O口，多級(jí)中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROMRAMg量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)

10、換器。這類單片機(jī)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(jī)的性能性價(jià)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(jī)。第四階段（1982年-現(xiàn)在）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是一方面發(fā)展16位單片機(jī)、32位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需要。16位單片機(jī)的典型產(chǎn)品如Intel公司生產(chǎn)的MCS-96系列單片機(jī)，具集成度已達(dá)120000管子/片，主振為12MHz片內(nèi)RAMfe232B,ROMfe8KB,中斷處理為8級(jí)，而且片

11、內(nèi)帶有多通道10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出不見（HSI/HSQ,實(shí)時(shí)處理的能力很強(qiáng)。而32位單片機(jī)除了具有更高的集成度外，其主振已達(dá)20MHz這使32位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機(jī)提高許多，性能比8位、16位單片機(jī)更加優(yōu)越。中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：如果沒有中斷技術(shù)，CPU的大量時(shí)間可能會(huì)浪費(fèi)在原地踏步的查詢操作上，或者采用定時(shí)查詢，即不論有無中斷請(qǐng)求，都要定時(shí)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(diǎn)極為明顯，因此在單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)中都帶有中斷系統(tǒng)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：目前單片機(jī)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，它在儀表儀器中的應(yīng)用顯得更加優(yōu)越

12、。基于單片機(jī)制成的電子時(shí)鐘有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、功耗較低的優(yōu)點(diǎn)，因此，它在各個(gè)領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。目前單片機(jī)正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各個(gè)公司的產(chǎn)品在保證盡量兼容的同時(shí)，又向高速度、高運(yùn)算能力、較大的尋址范圍和小型廉價(jià)方面發(fā)展。在單片機(jī)發(fā)展的同時(shí)，也推動(dòng)了應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，而應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，又會(huì)反過來對(duì)單片機(jī)有更高的要求，使得單片機(jī)的發(fā)展得到促進(jìn)?，F(xiàn)今，國內(nèi)外的單片機(jī)正向著功能更強(qiáng)、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(jī)以后發(fā)展的趨勢(shì)。隨著單片機(jī)檔次的提高(為了適應(yīng)檢測(cè)、控制功能的更高要求)，使單片機(jī)除了一般必須要有

13、ROM、RAM、定時(shí)器/計(jì)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。由于單片機(jī)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(gè)技術(shù)領(lǐng)域中，然而，對(duì)于一些特殊的應(yīng)用系統(tǒng)，我們不但希望單片機(jī)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(shí)間，以更好更細(xì)地掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。所以,為單片機(jī)添加數(shù)字時(shí)鐘將是一項(xiàng)不可或缺的新型工程技術(shù)。隨著社會(huì)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(jì)成果，而使用單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘功能更強(qiáng)大，界面也比較好，更好的滿足了人們對(duì)數(shù)字鐘的智能化要求。對(duì)問題的

14、評(píng)述：單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)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(jìng)相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。1.CPU的改進(jìn)(1)采用雙CPU吉構(gòu)，以提高處理能力。(2)增加數(shù)據(jù)總線寬度，單片機(jī)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(jī)。(3)申行總線結(jié)構(gòu)，大大減少單片機(jī)外部引線，使得單片機(jī)與外部接口電路連接簡單2 .存儲(chǔ)器的發(fā)展(1)加大存儲(chǔ)容量。(2)片內(nèi)RPROMI用EAPRO陵閃爍(Flash)存儲(chǔ)器。(3)程序保密化。3 .片內(nèi)I/O的改進(jìn)單片機(jī)都有較多的并行口，以滿足外圍設(shè)備、芯片擴(kuò)展的需要，并配有用行口，以滿足多機(jī)通信功能的要求。(1)增

15、加并行口的驅(qū)動(dòng)能力，這樣可以減少外部驅(qū)動(dòng)芯片。(2)增加I/O口的邏輯控制功能，大大加強(qiáng)了I/O口線控制的靈活性。(3)有些單片機(jī)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(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)。除了一般必須具有的ROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機(jī)檔次的提高，以適應(yīng)檢測(cè)、控制功能更高的要求，片內(nèi)集成的不見還有A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、DMA空制器、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空制器、譯碼驅(qū)動(dòng)器等。隨著集成電路技術(shù)及工藝的不斷發(fā)展，能

16、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(jī)內(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)之一'o5 .低功耗化8位單片機(jī)中有二分之一的產(chǎn)品已CMOSt,CMO宓片的單片機(jī)具有功耗小的優(yōu)點(diǎn)，而且為了充分發(fā)揮低功耗的特點(diǎn)，這類單片機(jī)普遍配置有Wait和Stop兩種工作方式。綜觀單片機(jī)幾十年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加和Flash存儲(chǔ)器化方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會(huì)繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了32位單片機(jī)，但使用的并不多?？梢灶A(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更

17、方便。止匕外，專用化也是單片機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，針對(duì)單一用途的專用單片機(jī)將會(huì)越來越多。三、總結(jié)通過對(duì)單片機(jī)以及數(shù)字鐘的相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀和分析，我得出了以下結(jié)論：單片機(jī)具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、適應(yīng)溫度范圍寬、易擴(kuò)展，很容易構(gòu)造成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，例如工業(yè)自動(dòng)化、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信方面等等。20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，經(jīng)歷了：單片機(jī)初級(jí)階段、低性能單片機(jī)階段、高性能單片機(jī)階段、8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段，它的功能也變得越來越強(qiáng)大，預(yù)計(jì)它

18、今后的發(fā)展趨勢(shì)為：（1）微控制器的CPUS仍以CISC為主，但向RISC演化；（2）提升指令執(zhí)行速度；（3）集成大容量片上FLASHY儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)ISP、IAP;（4）普遍使用混合信號(hào)（數(shù)字-模擬相混合）集成技術(shù)；（5）追求低電壓、低功耗、低價(jià)位、LPG（少腿芯片）。中斷技術(shù)在單片機(jī)中有重要的作用，它使單片機(jī)不用花費(fèi)許多時(shí)間在原地踏步的查詢操作上，還能消除CPUS查詢方式中的等待現(xiàn)象，在很大程度上提高了CPU的工作效率。由于這種種優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)中都帶有中斷系統(tǒng)。四、參考文獻(xiàn)1張毅剛.單片機(jī)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(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程M.清華大學(xué)

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