基于单片机的电子时钟设计【文献综述】

毕业设计开题报告电子信息工程基于单片机的电子时钟设计摘要本文的内容主要介绍了以MCS-51单片机为核心的数字钟的硬件结构以及软件的设计，其中应用了DS12887时钟芯片、1602液晶显示器（LCD）以及蜂鸣器等器件，一起实现了数字时钟定时、准点闹铃和调时等功能。

该设计的电路部分主要由时钟模块、液晶显示、键盘调时和蜂鸣器报时三个模块组成。

文章通过对数字钟和单片机的发展背景、现状和发展前景以及应用的介绍，确定了该课题研究的方向。

在最后的总结中，概括了单片机系统的性能、特点以及发展方向。

一、前言设计的目的：在设计的过程中，我们可以理解单片机最小系统的概念，知道怎么才能让单片机系统运行起来，使我们对单片机的理解不仅仅局限于理论上；通过键盘和显示模块的设计，我们可以了解单片机控制的基本理念，并了解单片机和外围IC的接口模型；而通过对单片机最重要两个功能（中断、定时）的使用，可以使我们熟悉单片机的基本结构与工作原理；在最终的制作过程中，我们还可以熟悉硬件制作的流程和实现软件功能的过程，以提高动手能力，让理论和实践相结合。

设计的内容：利用单片机最小系统，设计一个电子时钟，要求包括以下内容：（1）显示时间、日期、三组闹铃。

（2）4个按键实现显示状态切换，时间、日期、闹铃的设置。

（3）闹铃时间到蜂鸣器以1HZ的频率响三次。

（4）单片机停电重启后定时设计不变、时间准确。

设计的意义：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。

相关概念：● 单片机最小系统：单片机最小系统，是指由最少的元件组成的可以使单片机工作的系统，也叫做单片机最小应用系统。

89C52内部有4KB的闪烁存储器，芯片本身就是一个最小系统。

在能够满足系统的性能要求的情况时，可优先考虑采用这种方案。

这种芯片构成的单片机最小系统具有简单、可靠的特点。

用89C52单片机构成最小系统时，只要在单片机上接时钟电路和复位电路就可以了。

不过该最小系统只能用于一些小型的数字量的测控单元。

● 蜂鸣器：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，使用直流电压供电，广泛地在计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备等电子产品中作为发声器件使用。

蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型：1．压电式蜂鸣器：主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等器件组成，有的外壳上还装有发光二极管。

多谐振荡器由晶体管或者集成电路构成，当接通电源后（1.5~15V的直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器就会推动压电蜂鸣片发声。

压电蜂鸣片一般使用锆钛酸铅或者铌镁酸铅压电陶瓷材料，在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起就能制成。

2．电磁式蜂鸣器：主要由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。

接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，而振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

● 中断技术：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）。

● 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。

二、主题● 单片机的发展：继1971年微处理器的研制成功不久，就出现了单片机，但最早的单片机是1位的。

单片机的发展历史可以分为四个阶段：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。

● 中断技术的优点：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。

● 国内外研究现状：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。

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。

● 对问题的评述：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。