1 選題的背景和意義
單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個方面，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計通過對它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以AT89S52芯片為核心，輔以必要的電路，設(shè)計了一個簡易的電子時鐘，它由4.5V直流電源供電，通過數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確顯示時間、日歷，調(diào)整時間、日歷，從而到達(dá)學(xué)習(xí)、設(shè)計、開發(fā)軟、硬件的能力。
1.1 選題的背景
隨著科技的快速發(fā)展，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。
單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站,碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的[2]。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機(jī)具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處
理，廣泛使用的各種智能IC卡，錄象機(jī)、攝象機(jī)，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到數(shù)字電子鐘。在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所使用的多功能數(shù)字電子鐘已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式各樣的數(shù)字電子鐘大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率損耗大等缺點。因此有必要對數(shù)字電子鐘進(jìn)行改進(jìn)。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，以及移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，單片機(jī)從4位、8位、16位到32位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關(guān)注。單片機(jī)功能越來越強(qiáng)大，價格卻不斷下降的優(yōu)勢無疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計的首選，同時單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大也使得更多人加入到基于單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動著單片機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步[3]。
多功能數(shù)字時鐘的用途十分廣泛，只要有計時的存在，便要用到數(shù)字時鐘的原理及結(jié)構(gòu);同時在日期中，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費者的喜愛。隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對于時鐘的要求在不斷提高 。時鐘已不僅僅被看出一種用來顯示時間的工具，在很多實際應(yīng)用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代時鐘發(fā)展的趨勢。在這種趨勢下，時鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)在時鐘生產(chǎn)研究的主導(dǎo)設(shè)計方向[4]。
電子時鐘也隨著單片機(jī)的發(fā)展而日趨完善，目前，電子時鐘在走時準(zhǔn)確，調(diào)時方便，功耗等方面都比機(jī)械時鐘有較大的進(jìn)步。在以單片機(jī)為核心的電子時鐘的發(fā)展更是一個質(zhì)的飛躍。在不久的將來，電子時鐘會有更進(jìn)一步的發(fā)展。
2 研究的基本內(nèi)容
本課題利用單片機(jī)AT89C51的控制來實現(xiàn)數(shù)字電子鐘的功能：采用模塊設(shè)計法完成多功能數(shù)字時鐘的設(shè)計�；竟δ苁菚r鐘顯示，能準(zhǔn)確顯示“時”、“分”、“秒”，并具有快速校準(zhǔn)時、分、秒的功能。時鐘顯示同時具有實時溫度顯示。擴(kuò)展功能有具整點報時功能以及鬧鐘功能。
2.1 基本框架
按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由電源轉(zhuǎn)換模塊、主控制模塊、時
鐘及溫度模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊共5個模塊組成，電路系統(tǒng)設(shè)計框圖如下圖所示。
電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖 2.2 研究的重點和難點
(1)設(shè)計并顯示具有時、分、秒計時功能的時鐘;
(2)有關(guān)單片機(jī)中定時器的使用;
(3)可斷電保護(hù)工作時段，可修改工作時間和工作時段。
2.3 擬解決的關(guān)鍵問題
(1)LED顯示模塊的驅(qū)動和編程;
(2)如何利用單片機(jī)的外部中斷實現(xiàn)時鐘功能和運行模式的轉(zhuǎn)換。
3 研究的方法及措施
基于單片機(jī)的多功能數(shù)字時鐘的設(shè)計，單片機(jī)芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，它除了具備微機(jī)CPU的數(shù)值計算功能外，還具有靈活強(qiáng)大的控制功能，以便實時檢測系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng)的輸出量，實現(xiàn)自動控制。在本次設(shè)計中采用單片機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。微處理器的選擇，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只
讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，是與MCS-51兼容的4K字節(jié)可編程閃爍存儲器。壽命為1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年，全靜態(tài)工作，0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定，128*8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。發(fā)光二級管LED具有亮度高、功耗小、壽命長、工作電壓低、易小型化、等優(yōu)點。由于LED工作電壓低(僅1.5-3V)，能主動發(fā)光且有一定亮度，亮度又能用電壓(或電流)調(diào)節(jié)，本身又耐沖擊、抗振動、壽命長( 10萬小時)，所以在大型的顯示設(shè)備中，目前尚無其他的顯示方式與 LED顯示方式匹敵校時和定時電路的設(shè)計[5]。實時控制電路是時鐘電路的一個重要組成部分，采用的是一個時鐘芯片，單片機(jī)從中讀取數(shù)據(jù)送到顯示器上顯示，從而實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能，還有一些其他控制電路如復(fù)位電路、時鐘電路等。通過這些控制電路的連接構(gòu)成了完整的電路。將系統(tǒng)進(jìn)行整合、改進(jìn)并調(diào)試，測試是否達(dá)到預(yù)期的系統(tǒng)各性能指標(biāo)。
4 預(yù)期成果
以AT89C51單片機(jī)為基本核心元件，與軟件設(shè)計相結(jié)合實現(xiàn)數(shù)字鐘系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路簡單，調(diào)試方便。而且體積小，使用起來更加方便。通過實驗驗證該數(shù)字鐘顯示效果良好，單片機(jī)控制相當(dāng)準(zhǔn)確。數(shù)字鐘可以進(jìn)行24小時制的計時，并且具有時分秒顯示功能，在此基礎(chǔ)上，同時還具有實時溫度顯示，整點報時功能以及鬧鐘等擴(kuò)展功能。用單片機(jī)來實現(xiàn)設(shè)置工作時段，并且有斷電保護(hù)，并且可以十分方便的修改時鐘的時間和工作時段，具有一定的實用價值。
5 研究工作進(jìn)度計劃
1) 2011年10月28日---2011年11月04日 材料的收集
2) 2011年11月10日---2011年11月15日 各個電路模塊設(shè)計與連接
3) 2011年11月16日---2011年11月26日 軟件模塊的設(shè)計與調(diào)試
4) 2011年11月27日---2011年12月05日 整個系統(tǒng)的調(diào)試和實現(xiàn)
5) 2011年12月06日---2011年12月10日 系統(tǒng)的優(yōu)化和調(diào)試
6) 2011年12月11日---2011年12月15日 擬寫論文初稿
7) 2011年12月16日---2011年12月25日 進(jìn)行答辯準(zhǔn)備
參考文獻(xiàn)
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