基于单片机的电子时钟设计开题报告.docx
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基于单片机的电子时钟设计开题报告
开题报告
基于单片机的电子时钟设计一、选题的背景、意义
1.1选题的发展背景：
单片机的发展：
第一阶段（1974年-1976年）：
单片机初级阶段。
因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。
例如，仙童公司生产的F8单片机，实际上只是包括了8位CPU、64B的RAM和2个并行口。
因此，还需加1块3851（由1KB的ROM、定时器/计数器和2个并行I/O口构成）才能组成1台完整的计算机。
第二阶段（1976年-1978年）：
低性能单片机阶段。
以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表，这种单片机内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器、RAM和ROM等，但是不足之处是无串行口，中断处理比较简单，片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB。
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LCM里面输入相应的命令和数据就可以实现显示所需要的内容。
这种模块与单片机的接口比较简单，使用起来灵活方便。
产品一般可以分成字符和图形两种。
本次设计使用LCD1602显示器。
3、按键
本次设计有4个按键，实现显示状态切换以及时间、日期、闹铃的设置。
采用中断的方式实现。
4、蜂鸣器蜂鸣器模块是由蜂鸣器驱动电路以及定时器/计数器组成。
选用压电式蜂鸣器，它
工作时大概需要100mA的驱动电流。
当定时器/计数器的输出为高电平时，蜂鸣器发
出响声，当定时器/计数器的输出为低电平时，蜂鸣器不发出声音。
3.2研究方法
项目实现需要掌握和熟悉单片机，蜂鸣器，LCD显示和相关芯片的工作原理与实现方法。
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（1）单片机应用
熟悉51系列单片机的硬件结构，指令系统，中断系统，定时器/计数器，键盘，显示模块的设计，外围IC的接口设计。
（2）蜂鸣器熟悉蜂鸣器硬件结构和相关知识。
（3）LED显示和相关芯片
熟悉使用单片机来进行LED显示的方法和相关的编程，另外还有接口电路。
（4）软件设计
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开始
结束
3.3研究难点
对于单片机的研究还比较表面化，许多深入的东西还要继续学习相关知识，所使用的相关器件以及单片机的结构也要更深的了解过，对于要使用的电路分布要明确了解，不能出现差错，最后的调试过程要仔细，避免发生错误。
3.4预期达到的目标设计出来的数字钟符合要求，即能够显示时间、日期，具有闹钟功能，且整
点蜂鸣器响动报时，4个按键实现数字钟状态的切换以及时间、日期、闹钟的设定。
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四、论文详细工作进度和安排
2010.12任务书下达，查阅相关资料。
2011.1.10之前完成文献综述，2篇外文文献翻译。
2010-2011第2学期开学第1周完成开题报告。
2010-2011第2学期2-4周查阅并学习51系列单片机及其编程语言的资料。
2010-2011第2学期5-7周学习51系列单片机编程语言并熟悉仿真环境。
2010-2011第2学期8-9周用软件实现电子时钟的仿真。
2010-2011第2学期10-11周撰写论文。
2011.5.27-29毕业答辩。
五、主要参考文献
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