基于单片机的电子时钟设计开题报告2Word文件下载.docx
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第三阶段(1978年-现在):
高性能单片机阶段。
这个阶段推出的单片机普遍带有串行口I/O口,多级中断系统,16位定时器/计数器,片内ROM、RAM容量加大,且寻址范围可达64KB,有的片内还带有A/D转换器。
这类单片机的典型代表是:
Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。
由于这类单片机的性能性价比高,所以仍被广泛应用,是目前应用数量较多的单片机。
第四阶段(1982年-现在):
8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。
此阶段的主要特征是一方面发展16位单片机、32位单片机及专用型单片机;
另一方面不断完善高档8位单片机,改善其结构,以满足不同的用户需要。
16位单片机的典型产品如Intel公司生产的MCS-96系列单片机,其集成度已达120000管子/片,主振为12MHz,片内RAM为232B,ROM为8KB,中断处理为8级,而且片内带有多通道10位A/D转换器和高速输入/输出不见(HSI/HSO),实时处理的能力很强。
而32位单片机除了具有更高的集成度外,其主振已达20MHz,这使32位单片机
的数据处理速度比16位单片机提高许多,性能比8位、16位单片机更加优越[1]。
中断技术:
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当单片机的CPU正在处理某件事情(例如,正在执行主程序)时,单片机外部或
者内部发生的某一时间(如外部设备产生的一个电平的变法,一个脉冲沿的发生或者内部计数器的计数溢出等)请求CPU迅速去处理,于是,CPU暂时中止当前的工作,转到中断服务处理程序处理所发生的时间。
中断服务处理程序处理完该事件后,再回到原来被中止的地方,继续原来的工作(例如,继续执行被中断的主程序),这称为中断。
CPU处理事件的过程,称为CPU的中断响应过程。
对事件的整个处理过程,称为中断处理(或中断服务)。
如果没有中断技术,CPU的大量时间可能会浪费在原地踏步的查询操作上,或者采用定时查询,即不论有无中断请求,都要定时去查询。
采用中断技术完全消除了CPU在查询方式中的等待现象,大大提高了PCU的工作效率。
由于中断工作方式的有点极为明显,因此在单片机的硬件结构中都带有中断系统。
单片机电子钟原理:
电子时钟是一个将时,分,秒显示在人的面前的计时装置,它的计时周期一般为24小时,显示满为23时59分59秒,另外还会有秒表,显示日期等额外的功能。
因此,一个数字钟的电路主要是由译码显示器,时、分、秒、星期计数器,校时电路,报时电路和振荡器组成。
主电路系统由译码显示器,秒信号发生器,时、分、秒、星期计数器,校时电路和报时电路组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号,直接决定了计时系统的精确程度,一般采用石英晶体振荡器和分频器制成。
将标准秒信号送入秒计数器(采用60
进制计数器)中,每当累计60秒时会发出一个分脉冲信号,该信号作为分计数器的时钟脉冲。
分计数器(也采用60进制计数器),每当累计60分钟,就会发出一个时脉冲信号,该信号会被送到时计数器中。
时计数器(采用24进制计数器),可以实现24小时的累计。
每当累计24小时,就会发出一个星期脉冲信号,该信号会被送到星期计数器中。
星期计数器采用7进制计数器,可实现7天的累计。
译码显示器将时,分,秒,星期计数器的输出状态显示出来。
整点报时电路是通过计时系统的输出状态产生一个脉冲信号,然后触发一个音频
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发生器实现。
校时电路是用来对时,分,秒,星期显示数字进行校对调整。
1.2选题的意义:
电子时钟从原理上来说,是一种比较典型的数字电路,它包含了组合逻辑电路以及时序电路。
传统电子时钟的设计方法有两种:
使用组合逻辑电路以及时序电路等一些中小规模的集成电路来设计;
使用单片机的编程技术来设计。
这两种设计都有着硬件复杂,设计使用的时间较长以及成本较高的缺点。
电子时钟是一种采用数字电路实现显示时、分、秒数字的计时装置,是人们日常生活中不可缺少的物品,在个人,家庭以及办公室等公共场所中被广泛应用,给人们的生活,学习,工作以及娱乐带来了许多便利条件。
而由于数字集成电路和石英晶体振荡器等相关技术的不断发展,电子时钟的性能相对于老式钟表有了更大的提高,变得更加准确、稳定,携带也变得越来越方便,并且还大大的扩展了原来所以的报时功能。
在许多方面,例如定时自动报警、时间程序自动控制、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、甚至各种定时电气的自动启用等,都是在钟表数字化的基础上制成的。
因此,研究电子时钟还有发展它的更深的应用,有非常重要的意义。
二、相关研究的最新成果及动态
2.1单片机研究:
目前单片机应用于各个领域中,它在仪表仪器中的应用显得更加优越。
基于单片
机制成的电子时钟有计时准确、功耗较低的优点,因此,它在各个领域里得到了广泛的应用。
目前单片机正处在微控制器的全面发展阶段,各个公司的产品在保证尽量兼容的同时,又向高速度、高运算能力、较大的寻址范围和小型廉价方面发展。
在单片机发展的同时,也推动了应用系统的发展,而应用系统的发展,又会反过来对单片机有更高的要求,使得单片机的发展得到促进。
现今,国内外的单片机正向着功能更强、速度更快、功耗更低、辐射更小等发面发展。
而随着集成度的不断提高,众多的外围功能器件集成在片内已经变得可能,这也将是单片机以后发展的趋势。
随着单片机档次的提高(为了适应检测、控制功能的更高要求),使单片机除了一般必须要有ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外,片内集成的器件通常还要有电源监控与复位电路,WDT,A/D转换器,DMA控制器,中断控制器,锁相环,频率合成器,CRT控制器等等。
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由于单片机系统的优异的性能,可靠性以及较低的成本,被应用于各个技术领域
中,然而,对于一些特殊的应用系统,我们不但希望单片机系统能完成有关数据的采集以及处理,而且还想知道产生这些数据的时间,以更好更细地掌握现场情况。
所以,为单片机添加数字时钟将是一项不可或缺的新型工程技术。
随着社会的快速发展,国内外已经有许多有关数字钟的设计成果,而使用单片机设计的数字钟功能更强大,界面也比较好,更好的满足了人们对数字钟的智能化要求。
单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化,外围电路内装化等各方面发展。
为满足不同的用户需要,各公司竞相推出能满足不同需要的产品。
1.CPU的改进
(1)采用双CPU结构,以提高处理能力。
(2)增加数据总线宽度,单片机内部采用16位数据总线,其数据处理能力明显
优于一般8位单片机。
(3)串行总线结构,大大减少单片机外部引线,使得单片机与外部接口电路连接简单。
2.存储器的发展
(1)加大存储容量。
(2)片内RPROM采用E^PROM或闪烁(Flash)存储器。
(3)程序保密化。
3.片内I/O的改进
单片机都有较多的并行口,以满足外围设备、芯片扩展的需要,并配有串行口,以满足多机通信功能的要求。
(1)增加并行口的驱动能力,这样可以减少外部驱动芯片。
(2)增加I/O口的逻辑控制功能,大大加强了I/O口线控制的灵活性。
(3)有些单片机设置了一些特殊的串行接口功能,为构成分布式、网络化系统提供了方便条件。
4.外部电路内装化
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随着集成度的不断提高,有可能把众多的外围功能器件集成在片内。
这也是单片
机发展的重要趋势。
除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外,随着单片机档次的提高,以适应检测、控制功能更高的要求,片内集成的不见还有A/D转换器、D/A转换器、DMA控制器、中断控制器、锁相环、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等。
随着集成电路技术及工艺的不断发展,能装入片内的外围电路也可以是大规模的,把所需要的外围电路全部装入单片机内,即系统的单片化是目前单片机发展趋势之一。
5.低功耗化
8位单片机中有二分之一的产品已CMOS化,CMOS芯片的单片机具有功耗小的优点,而且为了充分发挥低功耗的特点,这类单片机普遍配置有Wait和Stop两种工作方式。
综观单片机几十年的发展历程,单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路内装化以及片内存储器容量增加和Flash存储器化方向发展。
但其位数不一定会继续增加,尽管现在已经有了32位单片机,但使用的并不多。
可以预言,今后的单片机将是功能更强、集成度和可靠性更高而功耗更低,以及使用更方便。
此外,专用化也是单片机的一个发展方向,针对单一用途的专用单片机将会越来越多。
2.2电子时钟研究:
电子时钟不仅仅只作为一个钟表的作用,它在其他方面的应用也很多,广泛的应
用于各个领域。
目前电子时钟的设计大体相同,有所不同的是它的相关扩展功能,比如定时控制,整点报时,日历显示等等。
现今的科技处于高速发展阶段,人们对电子产品的要求也随之越来越高。
为了适应发展,对电子时钟的研究也应该有所加深。
目前电子时钟的发展趋势是:
体积变得越来越小巧,功能变得越来越强大,比如增加了定时控制,闹钟,整点报时等功能,设计出来的电子时钟的外观更加的美观、时尚,随着人们的审美观的改变而改变着,而且,电子时钟的性能比之以前也更加稳定,时间上的误差越来越小。
三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点,预期达
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到的目标
3.1研究内容
利用单片机最小系统设计一个数字钟,主要由振荡器、LCD数码管显示、按键以及蜂鸣器等模块构成,实现时间、日期的显示,并具备闹铃功能。
1、振荡器数字钟的核心是振荡器,它的作用是产生一个频率标准时间频率信号,接着由分
频器分秒脉冲,所以,振荡器频率的稳定性和精确性决定了数字钟的质量以及数字钟
计时的准确程度。
通常我们采用石英晶体振荡器。
一般情况下,振荡器的频率越高,数字钟计时的准确程度越高。
石英晶体振荡器分频后得到一个准确稳定的32768Hz的方波信号,这可以确保数字钟的准确以及稳定。
2、LCD数码管
在单片机应用系统中,我们经常使用的是点阵字符型的LCD显示器。
使用点阵字符型的LCD显示器的时候,一定要有相对应的LCD控制器和驱动器,用来对LCD显示器执行扫描、驱动,以及还需要一定空间的RAM和ROM,用来存储写入的命令以及显示字符的点阵。
目前人们已经把LCD控制器、驱动器、RAM、ROM以及LCD显示器用PCB连接在一起,统称作液晶显示模块LCM(LCDModule)。
使用的时候只要向