電子時鐘文獻(xiàn)綜述

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）冊學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)*班級 2013屆1班*學(xué)生指導(dǎo)教師*河北師范大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書編 號：信息技術(shù)學(xué)院2013屆論文（設(shè)計(jì)）題目：電子時鐘的設(shè)計(jì)與制作學(xué) 院：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級:2013屆1班學(xué)生姓名：* 學(xué)號: * 指導(dǎo)教師:*職稱: 副教授1、論文（設(shè)計(jì)）研究目標(biāo)及主要任務(wù)以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一款電子時鐘，可利用DS1302實(shí)時時鐘芯片，將時間顯示在液晶屏 LCD5110 上。要求顯示出當(dāng)前正確時間。2、論文（設(shè)計(jì)）的主要內(nèi)容電子時鐘不僅能滿足基本時間要求，而且體積小，成本低廉，還可以隨時根據(jù)不同的客 戶要求進(jìn)行

2、改進(jìn)、增加功能。本設(shè)計(jì)是一款基于單片機(jī)的電子時鐘系統(tǒng)。由于單片機(jī)價 格低、性能高，所以本設(shè)計(jì)采用AVR單片機(jī)ATmega16芯片為核心，采用實(shí)時時鐘芯片 DS1302以及液晶屏LCD5110完成顯示、計(jì)時功能。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了所需功能的硬件電路， 并應(yīng)用C語言進(jìn)行軟件編程。3、論文（設(shè)計(jì)）的基礎(chǔ)條件及研究路線基礎(chǔ)條件：AVR多功能開發(fā)板，ATMEGA16芯片手冊，萬能板，電烙鐵，DS1302芯片以及 芯片手冊，LCD5110以及芯片手冊，WinAVR開發(fā)環(huán)境，雙龍下載器研究路線：首先熟悉AVR開發(fā)板，熟練利用AVR單片機(jī)完成基本操作，然后學(xué)習(xí)DS1302 芯片以及LCD5110，最后完成整個電路系

3、統(tǒng)并下載程序調(diào)試。4、主要參考文獻(xiàn)楊欣等.電子設(shè)計(jì)從零開始M.北京：清華大學(xué)出版社.2005.10.李軍，劉君華.AVR單片機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用J.測控技術(shù)，2002,（07）.李慧.基于FPGA的電子萬年歷設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息，2010,（20）.黃慶華.單片機(jī)開發(fā)技術(shù)與實(shí)訓(xùn).北京.電子工業(yè)出版社,2006.7.5、計(jì)劃進(jìn)度階段起止日期1結(jié)合自身興趣和能力選定題目2013.3.12013.3.102搜集資料，學(xué)習(xí)研究AVR單片機(jī)，DS1302芯片， LCD5110相關(guān)材料，完成開題報告2013.3.112013. 3.203搭建軟硬件環(huán)境，進(jìn)行程序編寫，并開始進(jìn)行論 文的撰寫2013.3.212

4、013.4.104對軟硬件進(jìn)行測試和改進(jìn)，并進(jìn)一步修改論文2013.4.112013.4.205對整體系統(tǒng)進(jìn)行完善與總結(jié)，并完成論文2013.4.212013.4.30指導(dǎo)教師：年 月 日教研室主任： 年 月 日注：一式三份，學(xué)院（系）指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報告書學(xué)生姓名*論文（設(shè) 計(jì)）題目電子時鐘的設(shè)計(jì)與制作指導(dǎo)教師*專業(yè)職稱副教授所屬 教研室電子信息科學(xué)與技 術(shù)研究 方向單片機(jī)技術(shù)信息技術(shù)學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 2013屆課題論證：本文提出了一種基于AVR單片機(jī)ATMEGA16的電子時鐘設(shè)計(jì)方案，本方案以ATMEGA16單片機(jī)作為主控核心，與時鐘芯片

5、DS1302、LCD顯示等模塊組成硬件系統(tǒng)。液晶屏上除了時間信息還能顯示其他豐富的信息，根據(jù)使用者的需要可以隨時對時間進(jìn)行校準(zhǔn)、 選擇時間等，本方案還能根據(jù)不同環(huán)境增加各種附加功能，比如實(shí)時監(jiān)測環(huán)境溫濕度，實(shí)現(xiàn) 報警功能等。綜上所述此電子時鐘具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低 廉特點(diǎn)。方案設(shè)計(jì)：本電子時鐘系統(tǒng)采用專用的實(shí)時時鐘芯片。實(shí)時時鐘芯片可以完成秒計(jì)時工 作，進(jìn)而計(jì)出小時、年月日等。實(shí)時時鐘芯片大都價格實(shí)惠而且學(xué)習(xí)起來容易上手，所以被 廣泛地采用。本設(shè)計(jì)介紹的實(shí)時時鐘芯片DS1302主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸方式為串行通信并且由于芯片內(nèi)部自帶鋰電池，所以掉電也可以工作所以不必?fù)?dān)心

6、耗電這點(diǎn)很方便。進(jìn)度計(jì)劃：2013.3.12013.3.1 :結(jié)合自身興趣和能力選定題目。2013. 3.20 :搜集資料，學(xué)習(xí)研究AVR單片機(jī)，DS1302芯片，LCD5110相關(guān)材料，完成開題報告。2013.4.10 :搭建軟硬件環(huán)境，進(jìn)行程序編寫，并開始進(jìn)行論文的撰寫。2013.4.20 :對軟硬件進(jìn)行測試和改進(jìn)，并進(jìn)一步修改論文。2013.4.30 :對整體系統(tǒng)進(jìn)行完善與總結(jié)，并完成論文。指導(dǎo)教師意見:指導(dǎo)教師簽名:教研室意見:教研室主任簽名:河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))文獻(xiàn)綜述一、課題國內(nèi)外現(xiàn)狀當(dāng)今社會，應(yīng)用單片機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域 沒有單

7、片機(jī)的足跡。所以現(xiàn)在，基于單片機(jī)的電子時鐘系統(tǒng)也得到快速發(fā)展且使用領(lǐng)域已十 分廣泛，如運(yùn)用在智能儀表、實(shí)時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器、汽車電子等的系 統(tǒng)。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的工程師和科學(xué) 家?？萍荚桨l(fā)達(dá)，智能化的東西就越多。學(xué)習(xí)單片機(jī)并擴(kuò)展其運(yùn)用到電子鐘及測溫是社會發(fā) 展的必然需求，也是大學(xué)期間的必修課。在國內(nèi)外單片機(jī)學(xué)習(xí)呈上升趨勢，研究基于單片機(jī)的電子時鐘系統(tǒng)的科技學(xué)者也日益增 多，但是很多人學(xué)習(xí)時沒有頭緒，不知道從何下手。面對種類繁多的各類開發(fā)板，仿真器， 讓初學(xué)者無所事從，不但多花錢還多走不少彎路，學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)沒有大的資金投入，能夠

8、做到少花錢多辦事才是最好的。由于AVR單片機(jī)系列是我們在大學(xué)課堂中學(xué)習(xí)的，因此本 課題圍繞AVR系列單片機(jī)ATMEGA16設(shè)計(jì)，從電路圖繪制，硬件焊接，程序設(shè)計(jì)，調(diào)試 系統(tǒng)到各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)，目的在于將課堂上學(xué)來的單片機(jī)理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，提高對單片 機(jī)的認(rèn)識，設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的電子時鐘系統(tǒng)，學(xué)習(xí)專業(yè)軟件的操作，熟悉制作過程，掌握 一門技能，加強(qiáng)專業(yè)知識的掌握。也增加學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)歷，為學(xué)生就業(yè)提供一個可選方向， 拓展就業(yè)渠道。二、研究主要成果在目前的國內(nèi)外市場中，電子鐘和測溫系統(tǒng)的產(chǎn)品琳瑯滿目，但他們大多存在一個致命 缺點(diǎn)即價格低廉的精度低、體積大，而精度高體積小的卻價格昂貴，在智能化方面也存在

9、一 定問題。本基于單片機(jī)的電子時鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在解決上述缺點(diǎn)折合為一個適中的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn) 高精度、小體積、低價格、易操作等優(yōu)點(diǎn)。三、發(fā)展趨勢現(xiàn)在可以說基于單片機(jī)的系統(tǒng)是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各個電子企業(yè)都在 做關(guān)于基于單片機(jī)的電子時鐘系統(tǒng)的研究，單片機(jī)方面從8位、16位到32位，有基本C51 系列的，也有時下流行的AVR系列的系統(tǒng)，各具特色，為電子時鐘系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用提供廣 闊的天地。現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、 只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一 塊單一的芯片上，有些單片機(jī)將LCD液晶驅(qū)動電

10、路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包 含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制 造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單 片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)、實(shí)時計(jì)時芯片、測溫 芯片等都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系 統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。四、存在問題本設(shè)計(jì)系統(tǒng)最大的問題就是其實(shí)現(xiàn)的功能單一，目前還不能手動調(diào)整時間，也沒有鬧鈴、 定時功能。由于單片機(jī)很容易添加各種附加功能，所以這些問題有信心在一定時間內(nèi)以克服。五、主要參考文獻(xiàn)楊欣等.電子設(shè)計(jì)從零

11、開始M.北京：清華大學(xué)出版社.2005.10.李軍，劉君華.AVR單片機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用J.測控技術(shù)，2002,(07).李慧.基于FPGA的電子萬年歷設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息，2010,(20).黃慶華.單片機(jī)開發(fā)技術(shù)與實(shí)訓(xùn).北京.電子工業(yè)出版社,2006.7.李振軍.電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型范例M.北京：電子工業(yè)出版社.2008.01河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）翻譯文章7功能描述7.1振蕩器芯片內(nèi)置振蕩器提供顯示系統(tǒng)的時鐘信號。不需要外接元件，但OSC輸入端必須接到 VDD。如果使用外部時鐘則連接到這只引腳。7.2地址計(jì)數(shù)器（AC ）地址計(jì)數(shù)器為寫入顯示數(shù)據(jù)存儲器指定地址。X地址X6X0和Y地址

12、Y2Y0分別設(shè) 置。寫入操作之后，地址計(jì)數(shù)器依照V標(biāo)志自動加1。7.3顯示數(shù)據(jù)存儲器（DDRAM ）DDRAM是存儲顯示數(shù)據(jù)的48*84位靜態(tài)RAM。RAM分為6排，每排84字節(jié)（6*8*84 位）。訪問RAM期間，數(shù)據(jù)通過串行接口傳輸。這里X地址與列輸出號碼直接通信。 7.4時鐘發(fā)生器時鐘發(fā)生器產(chǎn)生驅(qū)動內(nèi)部電路的多種信號。內(nèi)部芯片操作不影響數(shù)據(jù)總線上的操作。7.5顯示地址計(jì)數(shù)器通過列輸出，LCD點(diǎn)矩陣RAM數(shù)據(jù)行連續(xù)移位產(chǎn)生顯示。顯示狀態(tài)（所有點(diǎn)開/關(guān)和 正常/反轉(zhuǎn)映象）通過顯示控制命令的E、D位來設(shè)置。7.6 LCD行列驅(qū)動器PCD8544包含48行和84列驅(qū)動器，連接適當(dāng)?shù)男蛄衅秒妷簛?/p>

13、顯示數(shù)據(jù)。圖2展 示典型波形。不用的引腳可懸空。7.7尋址數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位下載到PCD8544的48*84位顯示數(shù)據(jù)RAM矩陣，象圖3、4、5、6 所示。列通過地址指針尋址，地址范圍為：X083（1010011），Y 05（101）。地址不充許 超出這個范圍。在垂直尋址模式（V=1），Y地址在每個字節(jié)之后遞增（見圖5）。經(jīng)最后的 Y地址（Y=5）之后，Y繞回0，X遞增到下一列的地址。在水平尋址模式（V=0），X 地址在每個字節(jié)之后遞增（見圖6），經(jīng)最后的X地址（X=83）之后，X繞回0，Y遞 增到下一行的地址。經(jīng)每一個最后地址之后（X=83, Y=5），地址指針繞回地址（X=0， Y=0）。7

14、.8溫度補(bǔ)償由于液晶體的溫度依賴，在低溫時必須增加LCD控制電壓VLCD來維持對比度。圖7 展示高速率的VLCD。在PCD8544,VLCD的溫度系數(shù)可以通過設(shè)置TC1和TC0位來選擇 四個值（見表2）。8指令指令格式分為兩種模式：如果D/C（模式選擇）置為低，當(dāng)前字節(jié)解釋為命令字節(jié)（見 表1）。圖8展示初始化芯片的串行數(shù)據(jù)流例子。如果D/C置為高，接下來的字節(jié)將存儲 到顯示數(shù)據(jù)RAM。每一個數(shù)據(jù)字節(jié)存入之后，地址計(jì)數(shù)自動遞增。在數(shù)據(jù)字節(jié)最后一位 期間會讀取D/C信號的電平。每一條指令可用任意次序發(fā)送到PCD8544。首先傳送的是字節(jié)的MSB（高位）。圖9展 示一可能的命令流，用來設(shè)置LCD驅(qū)

15、動器。當(dāng)SCE為高時，串行接口被初始化。在這個狀 態(tài)，SCLK時鐘脈沖不起作用，串行接口不消耗電力。SCE上的負(fù)邊緣使能串行接口并指示 開始數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)SCE為高時，忽略SCLK時鐘信號；在SCE為高期間，串行接口被初始化（見 圖 12）。SDIN在SCLK的正邊緣取樣。D/C指出字節(jié)是一個命令（D/C = 0）或是一個RAM數(shù)據(jù)（D/C = 1）；它在第八個 SCLK脈沖被讀出。在命令/數(shù)據(jù)字節(jié)的最后一位之后，如果SCE為低，串行接口在下一個SCLK正邊 緣等待下一個字節(jié)的位7 （見圖12）RES端的復(fù)位脈沖中斷傳輸。數(shù)據(jù)不會寫進(jìn)RAM。寄存器被清除。如果在RES正 邊緣之后SCE為低，串行

16、接口準(zhǔn)備接收命令/數(shù)據(jù)字節(jié)的位7（見圖13）。8.1初始化接電源后，內(nèi)部寄存器和RAM的內(nèi)容不確定。必須應(yīng)用一個RES脈沖。注意，不正確 的復(fù)位是危險的，可能會損壞設(shè)備。所有內(nèi)部寄存器在指定的時間內(nèi)，通過31腳的外部RES脈沖（低電平）復(fù)位。無論如 何，RAM的內(nèi)容仍然不確定。復(fù)位后的狀態(tài)在8.2節(jié)描述。當(dāng)VDD變高，VDD達(dá)到VDDmin（或更高）之后，最多100ms，RES輸入必須為0.3VDD （見圖16）。8.2復(fù)位作用復(fù)位后，LCD驅(qū)動器有下列狀態(tài)：電源節(jié)省模式（位PD = 1）水平尋址（位V = 0）常規(guī)指令設(shè)置（位H = 0）顯示頁（位E = D = 0）地址計(jì)數(shù)器 X6至 X0

17、 = 0; Y2至 Y0 = 0溫度控制模式（TC1 TC0 = 0）偏置系統(tǒng)（BS2至BS0 = 0）VLCD等于0, HV發(fā)生器為關(guān)閉狀態(tài)（VOP6至VOP0 = 0）加電后，RAM內(nèi)容不確定。8.3功能設(shè)置位 PDLCD輸出為VSS （顯示關(guān)閉）偏置發(fā)生器和VLCD發(fā)生器關(guān)閉，VLCD可以不連接。振蕩器關(guān)閉（可用外部時鐘）串行總線，命令，等功能進(jìn)入省電模式之前，RAM需要填充0以保證指定的電流消耗。位 V當(dāng)V = 0，選擇水平尋址。數(shù)據(jù)寫入DDRAM見圖6。當(dāng)V = 1，選擇垂直尋址。數(shù)據(jù)寫進(jìn)DDRAM見圖5。位 H當(dāng)H = 0，可以執(zhí)行顯示控制，設(shè)置Y地址和設(shè)置X地址；當(dāng)H = 1，可

18、以執(zhí)行其它命令。寫數(shù)據(jù)和功能設(shè)置可以在兩種狀態(tài)下執(zhí)行。8.4顯示控制位 D 和 E位D和E選擇顯示模式（見表2）。8.5設(shè)置RAM的Y地址定義顯示RAM的Y尋址向量。8.6設(shè)置RAM的X地址X地址指向列。X的范圍是0至83（53H）。8.7溫度控制VLCD的溫度系數(shù)由位TC1和TC0選擇。7 FUNCTIONAL DESCRIPTIONOscillatorThe on-chip oscillator provides the clock signal for the display system. No external components are required and the OSC

19、input must be connected to VDD. An external clock signal, if used, is connected to this input.Address Counter (AC)The address counter assigns addresses to the display data RAM for writing. The X-address X6 to X0 and the Y-address Y2 to Y0 are set separately. After a write operation, the address coun

20、ter is automatically incremented by 1, according to the V flag.Display Data RAM (DDRAM)The DDRAM is a 48 x 84 bit static RAM which stores the display data. The RAM is divided into six banks of 84 bytes (6 x 8 x 84 bits). During RAM access, data is transferred to the RAM through the serial interface.

21、 There is a direct correspondence between the X-address and the column output number.Timing generatorThe timing generator produces the various signals required to drive the internal circuits. Internal chip operation is not affected by operations on the data buses.Display address counterThe display i

22、s generated by continuously shifting rows of RAM data to the dot matrix LCD through the column outputs. The display status (all dots on/off and normal/inverse video) is set by bits E and D in the display control5 command.LCD row and column driversThe PCD8544 contains 48 row and 84 column drivers, wh

23、ich connect the appropriate LCD bias voltages in sequence to the display in accordance with the data to be displayed. Figure 2 shows typical waveforms. Unused outputs should be left unconnected.AddressingData is downloaded in bytes into the 48 by 84 bits RAM data display matrix of PCD8544, as indica

24、ted in Figs. 3, 4, 5 and 6. The columns are addressed by the address pointer. The address ranges are: X 0 to 83 (1010011), Y 0 to 5 (101). Addresses outside these ranges are not allowed. In the vertical addressing mode (V = 1), the Y address increments after each byte (see Fig.5). After the last Y a

25、ddress (Y = 5), Y wraps around to 0 and X increments to address the next column. In the horizontal addressing mode (V = 0), the X address increments after each byte (see Fig.6). After the last X address (X = 83), X wraps around to 0 and Y increments to address the next row. After the very last addre

26、ss (X = 83 and Y = 5), the address pointers wrap around to address (X=0 andY=0).Temperature compensationDue to the temperature dependency of the liquid crystals5 viscosity, the LCD controlling voltage VLCD must be increased at lower temperatures to maintain optimum contrast. Figure 7 shows VLCD for

27、high multiplex rates. In the PCD8544, the temperature coefficient of VLCD, can be selected from four values (see Table 2) by setting bits TC1 and TC0.8 INSTRUCTIONSThe instruction format is divided into two modes: If D/C (mode select) is set LOW, the current byte is interpreted as command byte (see

28、Table 1). Figure 8 shows an example of a serial data stream for initializing the chip. If D/C is set HIGH, the following bytes are stored in the display data RAM. After every data byte, the address counter is incremented automatically. The level of the D/C signal is read during the last bit of data

29、byte.Each instruction can be sent in any order to the PCD8544. The MSB of a byte is transmitted first. Figure 9 shows onepossible command stream, used to set up the LCD driver. The serial interface is initialized when SCE is HIGH. In this state, SCLK clock pulses have no effect and no power is consu

30、med by the serial interface. A negative edge on SCE enables the serial interface and indicates the start of a data transmission.InitializationImmediately following power-on, the contents of all internal registers and of the RAM are undefined. A RES pulse must be applied. Attention should be paid to

31、thepossibility that the device may be damaged if not properly reset.All internal registers are reset by applying an external RES pulse (active LOW) at pad 31, within the specified time. However, the RAM contents are still undefined. The state after reset is described in Section 8.2.The RES input mus

32、t be V0.3VDD when VDD reaches VDDmin (or higher) within a maximum time of 100 ms after VDD goes HIGH (see Fig.16).Reset functionAfter reset, the LCD driver has the following state:Power-down mode (bit PD = 1)Horizontal addressing (bit V = 0) normal instruction set(bit H = 0)Display blank (bit E = D

33、= 0)Address counter X6 to X0 = 0; Y2 to Y0 =0Temperature control mode (TC1 TC0 =0)Bias system (BS2 to BS0 =0)VLCD is equal to 0, the HV generator is switched off(VOP6 to VOP0 =0)After power-on, the RAM contents are undefined.Function setBIT PDAll LCD outputs at VSS (display off)Bias generator and VL

34、CD generator off, VLCD can be disconnectedOscillator off (external clock possible)Serial bus, command, etc. functionBefore entering Power-down mode, the RAM needs tobe filled with 0s to ensure the specified currentconsumption.BIT VWhen V = 0, the horizontal addressing is selected. The data is writte

35、n into the DDRAM as shown in Fig.6. When V = 1, the vertical addressing is selected. The data is written into the DDRAM, as shown in Fig.5.BIT HWhen H = 0 the commands display control，set Y address and set X address can be performed; when H = 1, the others can be executed. The write data and function set commands can be executed in both cases.Display control8.4.1 BITS D AND EBits D and E select the display mode (see Table 2).Set Y address of RAMYn defines the Y vector addressing of the display RAM.BIT HWhen H =