廖东东电子万年历设计报告书Word文档格式.docx
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单片机在多功能数字钟中的应用已是专门普遍的,人们对数字钟的功能及工作顺序都专门熟悉。
然而却专门少明白它的内部结构以及工作原理。
由单片机作为数字钟的核心操纵器,能够通过它的时钟信号进行计时实现计时功能,将其时刻数据经单片机输出,利用显示器显示出来,通过按键能够进行定时、校时功能。
输出设备显示器能够用液晶显示技术和数码管显示技术。
随着科技的快速进展,时刻的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟,人类不断研究,不断创新纪录。
美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS1302。
它能够对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能,而且DS1302的使用寿命长,误差小。
关于数字电子万年历采纳直观的数字显示,能够同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息,还具有时刻校准等功能。
该电路采纳AT89S52单片机作为核心,功耗小,能在3V的低压工作,电压可选用3~5V电压供电。
综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点,符合电子仪器外表的进展趋势,更符合我们实际生活的需要,对我们大学生来说也更加有用,具有宽敞的市场前景。
关键词时钟电钟;
DS1302;
动态扫描;
单片机
1绪论
1.1课题开发的背景
20世纪末,电子技术获得了飞速的进展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的进展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
时刻对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和纷杂性容易使人不记得当前的时刻。
不记得了要做的情况,当情况不是专门重要的时候,这种遗忘无伤大雅。
然而,一旦重要情况,一时的耽搁可能酿成大祸。
近年来随着运算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的进展,单片机的应用正在不断地走向深入,由于它具有功能强,体积小,功耗低,价格廉价,工作可靠,使用方便等特点,因此专门适合于与操纵有关的系统,越来越广泛地应用于自动操纵,智能化仪器,外表,数据采集,军工产品以及家用电器等各个领域,单片机往往是作为一个核心部件来使用,再依照具体硬件结构,以及针对具体应用对象的特点与软件结合,以作完善。
单片机应用的重要意义还在于,它从全然上改变了传统的操纵系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的操纵技术也称为微操纵技术,是传统操纵技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是电子万年历,电子万年历是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
电子万年历是采纳数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的进展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得电子万年历的精度,远远超过老式的计时方法,电子万年历的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时刻程序自动操纵、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些差不多上以钟表数字化为基础的。
因此,研究电子万年历及扩大其应用,有着专门现实的意义。
1.2设计的意义
电子万年历作为电子类小设计不仅是市场上的宠儿,也是是单片机实验中一个专门常用的题目。
因为它的有专门好的开放性和可发挥性,因此对作者的要求比较高,不仅考察了对单片机的把握能力更加强调了对单片机扩展的应用。
而且在操作的设计上要力求简洁,功能上尽量齐全,显示界面也要杰出。
因此,电子万年历不管作为竞赛题目依旧毕业设计题目差不多上专门有价值。
2设计要求与方案论证
2.1设计要求:
①具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能;
②时刻与阴、阳历能够自动关联;
③具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能;
2.2系统差不多方案选择和论证
2.2.1单片机芯片的选择方案和论证
PIC单片机:
是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序储备器的芯片。
EMC单片机:
是台湾义隆公司的产品,有专门大一部分与PIC8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格廉价,有专门多系列可选,但抗干扰较差。
ATMEL单片机(51单片机):
ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;
AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。
PHLIPIS51PLC系列单片机(51单片机):
PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中能够满足多方面的性能要求。
HOLTEK单片机:
台湾盛扬半导体的单片机,价格廉价,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品。
TI公司单片机(51单片机):
德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种储备模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时操纵场合;
MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,专门适用于要求功耗低的场合。
方案一:
采纳89C51芯片作为硬件核心,采纳FlashROM,内部具有4KBROM储备空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,然而运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
方案二:
采纳AT89S52,片内ROM全都采纳FlashROM;
能以3V的超底压工作;
同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部储备器为8KBROM储备空间,同样具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,因此可不能对芯片造成损坏。
因此选择采纳AT89S52作为主操纵系统.
2.2.2显示模块选择方案和论证
方案一:
采纳LED液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,然而价格昂贵,需要的接口线多,因此在此设计中不采纳LED液晶显示屏.
方案二:
采纳点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,关于显示文字比较适合,如采纳在显示数字显得太白费,且价格也相对较高,因此也不用此种作为显示.
方案三:
采纳LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,关于显示数字最合适,而且采纳动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。
因此采纳了LED数码管作为显示。
2.2.3时钟芯片的选择方案和论证
直截了当采纳单片机定时计数器提供秒信号,使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。
采纳此种方案尽管减少芯片的使用,节约成本,然而,实现的时刻误差较大。
因此不采纳此方案。
采纳DS1302时钟芯片实现时钟,DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数,而且精度高,位的RAM做为数据暂存区,工作电压2.5V~5.5V范畴内,2.5V时耗电小于300nA.
3系统的硬件设计与实现
3.1电路设计框图
3.2单片机的进展趋势及方向
现代运算机技术的产业革命,将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。
在电子世界领域,从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以运算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。
现代电子系统的差不多核心是嵌入式运算机系统(简称嵌入式系统),而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。
一、无线电世界造就了几代英才
在20世纪五六十年代,最具代表的先进的电子技术确实是无线电技术,包括无线电广播、收音、无线通信(电报)、业余无线电台、无线电定位、导航等遥测、遥控、遥信技术。
早期确实是这些电子技术带领着许多青青年步入了奇异的电子世界,无线电技术展现了当时科技生活精妙的前景。
电子科学开始形成了一门新兴学科。
无线电电子学、无线通信开始了电子世界的历程。
无线电技术不仅成为了当时先进科学技术的代表,而且从普及到专业的科学领域,吸引了宽敞青青年,并使他们从中找到了无穷的乐趣。
从床头的矿石收音机到超外差收音机;
从无线电发报到业余无线电台;
从、电铃到无线电操纵模型。
无线电技术成为当时青青年科普、科技教育最普及、最广泛的内容。
至今,许多老一辈的工程师、专家、教授当年差不多上无线电爱好者。
无线电技术的无穷乐趣、无线电技术的全面训练,从电子学差不多原理、电子元器件基础到无线电遥控、遥测、遥信电子系统制作,培养出了几代科技英才。
二、从无线电时代到电子技术普及时代
早期的无线电技术推动了电子技术的进展,其中最要紧的是真空管电子技术向半导体电子技术的进展。
半导体电子技术使有源器件实现了微小型化和低成本,使无线电技术有了更大普及和创新,并大大地开阔了许多非无线电的操纵领域。
半导体技术进展导致集成电路器件的产生,形成了近代电子技术的飞跃,电子技术从分立器件时代走进了电路集成时代。
电子设计工程师不再用分立的电子元器件设计电路单元,而直截了当选择集成化的电路单元器件构成系统。
他们从电路单元设计中解放出来,致力于系统设计,大大地解放了科技生产力,促进了电子系统更大范畴的普及。
半导体集成电路第一在差不多数字逻辑电路上取得突破。
大量数字逻辑电路,如门电路、计数器、定时器、移位寄存器以及模拟开关、比较器等,为电子数字操纵提供了极佳的条件,使传统的机械操纵转向电子操纵。
功率电子器件以及传感技术的进展使原先以无线电为中心的电子技术开始转向工程领域中的机械系统的数字操纵,检测领域中的信息采集,运动机械对象的电气伺服驱动操纵。
半导体及其集成电路技术将我们带入了一个电子技术普及时代,无线电技术成为电子技术应用领域的一个部分。
进入20世纪70年代,大规模集成电路显现,促进了常规的电子电路单元的专用电子系统进展。
许多专用电子系统单元变成了集成化器件,如收音机、电子钟、运算器等,在这些领域的电子工程师从电路、系统的精心设计、调试转变为器件选择、外围器件适配工作。
电子技术进展了,电子产品丰富了,电子工程师的难度减少了,但与此同时,无线电技术、电子技术的魅力却削弱了。
半导体集成电路的进展使经典电子系统日趋完善,留在大规模集成电路以外的电子技术日益减少,电子技术没有了往昔无线电时代的无穷乐趣和全面的工程训练。
三、从经典电子技术时代到现代电子技术时代
进入20世纪80年代,世纪经济中最重要的变革是运算机的产业革命。
而运算机产业革命的最重要标志那么是运算机嵌入式应用的产生。
近代电子运算机是应数值运算要求产生的。
在专门长的时刻内,电子运算机差不多上以进展海量数值运算为己任。
然而电子运算机表现出的逻辑运算、处理、操纵能力,吸引了电子操纵领域的专家,他们要求进展能满足操纵对象要求,实现嵌入式应用的运算机系统。
假如将满足海量数据处理的运算机系统称为通用运算机系统,那么那么可把嵌入到对象体系(如舰船、飞机、机车等)中的运算机系统称作嵌入式运算机。
显而易见,两者的技术进展方向是不同的。
前者要求海量数据储备、吞吐、高速数据处理分析及传输;
而后者要求在对象环境中可靠运行,对外部物理参数的高速采集、逻辑分析处理和对外部对象的快速操纵等。
早期人们将通用运算机加上数据采集单元、输出驱动电路勉为其难地构成一个热处理炉的温控系统。
如此的通用运算机系统不可能为大多数电子系统采纳,而且要使通用运算机系统满足嵌入式应用要求,必定阻碍高速数值处理技术的进展。
为了解决运算机技术进展的矛盾,在20世纪70年代,半导体专家另辟蹊径,完全按照电子系统的运算机嵌入式应用要求,将一个微型运算机的差不多系统集成在一个芯片上,形成了早期的单片机(SingleChipMicrocomputer)。
单片机问世后,在运算机领域中开始显现了通用运算机系统和嵌入式系统的两大分支。
此后,不管是嵌入式系统,依旧通用运算机系统都得到了飞速的进展。
早期尽管有通用运算机改装而成的嵌入式运算机系统,而真正意义上的嵌入式系统始于单片机的显现。
因为单片机是专门为嵌入式应用设计的,单片机只能实现嵌入式应用。
单片机能最好地满足嵌入式应用的环境要求,例如,芯片级的物理空间、大规模集成电路的低价位、良好的外围接口总线和突出操纵功能的指令系统。
单片机有运算机系统内核,嵌入到电子系统中,为电子系统智能化奠定了基础。
因此,当前单片机在电子系统中的广泛使用,使经典电子系统迅速过渡到智能化的现代电子系统。
3.2.1单片机的进展趋势
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向进展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面进展。
下面是单片机的要紧进展趋势。
CMOS化由于CHMOS技术的进小,大大地促进了单片机的CMOS化。
CMOS芯片除了低功耗特性之外,还具有功耗的可控性,使单片机能够工作在功耗精细治理状态。
这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的缘故。
因为单片机芯片多数是采纳CMOS〔金属栅氧化物〕半导体工艺生产。
CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。
采纳双极型半导体工艺的TTL电路速度快,但功耗和芯片面积较大。
随着技术和工艺水平的提高,又显现了HMOS〔高密度、高速度MOS〕和CHMOS工艺。
CHMOS和HMOS工艺的结合。
目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度,传输延迟时刻小于2ns,它的综合优势已在于TTL电路。
因而,在单片机领域CMOS正在逐步取代TTL电路。
低功耗化
单片机的功耗已从Ma级,甚至1uA以下;
使用电压在3~6V之间,完全适应电池工作。
低功耗化的效应不仅是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。
低电压化
几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。
承诺使用的电压范畴越来越宽,一样在3~6V范畴内工作。
低电压供电的单片机电源下限已可达1~2V。
目前0.8V供电的单片机差不多问世。
低噪声与高可靠性
为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片厂家在单片机内部电路中都采纳了新的技术措施。
大容量化
以往单片机内的ROM为1KB~4KB,RAM为64~128B。
但在需要复杂操纵的场合,该储备容量是不够的,必须进行外接扩充。
为了适应这种领域的要求,须运用新的工艺,使片内储备器大容量化。
目前,单片机内ROM最大可达64KB,RAM最大为2KB。
高性能化
要紧是指进一步改进CPU的性能,加快指令运算的速度和提高系统操纵的可靠性。
采纳精简指令集〔RISC〕结构和流水线技术,能够大幅度提高运行速度。
现指令速度最高者已达100MIPS〔Million
Instruction
Per
Seconds,即兆指令每秒〕,并加强了位处理功能、中断和定时操纵功能。
这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。
由于这类单片机有极高的指令速度,就能够用软件模拟其I/O功能,由此引入了虚拟外设的新概念。
小容量与低价格化
与上述相反,以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是进展动向之一。
这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的操纵电路单片化,可广泛用于家电产品。
外围电路内装化
这也是单片机进展的要紧方向。
随着集成度的不断提高,有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。
除了一样必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外,片内集成的部件还有模/数转换器、DMA操纵器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。
串行扩展技术
在专门长一段时刻里,通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。
随着低价位OTP〔One
Time
Programble〕及各种类型片内程序储备器的进展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机〝单片〞应用结构的进展。
专门是
I
C、SPI等串行总线的引入,能够使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。
随着半导体集成工艺的不断进展,单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。
在单片机家族中,80C51系列是其中的佼佼者,加之Intel公司将其MCS
–51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多闻名IC制造厂商,如Philips、
NEC、Atmel、AMD、华邦等,这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。
如此,80C51就变成有众多制造厂商支持的、进展出上百品种的大伙儿族,现统称为80C51系列。
80C51单片机已成为单片机进展的主流。
专家认为,尽管世界上的MCU品种繁多,功能各异,开发装置也互不兼容,然而客观进展说明,80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
3.2.2单片机的组成
单片机是通过内部总线把运算机的各要紧部件接为一体,其内部总线包括地址总线、数据总线和操纵总线。
其中,地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址,CPU通过它们将地址输出到储备器或I/O接口;
数据总线的作用是在CPU与储备器或I/O接口之间或储备器与外设之间交换数据,操纵总线包括CPU发出的操纵信号线和外部送入CPU的应答信号线等。
3.2.3单片机的特点
由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺,使其具有专门多显著的特点,因而在各个领域都得到了迅猛的进展。
单片机要紧发如下特点:
〔1〕有优异的性能价格比。
〔2〕集成度高、体积小、有专门高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采纳总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外,其体积小,关于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作。
〔3〕操纵功能强。
为了满足工业操纵的要求,一样单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑操纵功能及运行速度均高于同一档次的微机。
〔4〕低功耗、低电压,便于生产便携式产品。
(5)外部总线增加了IC及SPI等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构。
〔6〕单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
3.2.4单片机的分类
单片机作为运算机进展的一个重要领域,应用一个较科学的分类方法。
依照目前进展情形,从不同角度单片机大致能够分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。
(1)通用型/专用型
这是按单片机适用范畴来区分的。
例如,80C51是通用型单片机,它不是为某种专用途设计的;
专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的,例如为了满足电子体温计的要求,在片内集成ADC接口等功能的温度测量操纵电路。
(2)总线型/非总线型
这是按单片机是否提供并行总线来区分的。
总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、操纵总线,这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接,另外,许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内,因此在许多情形下能够不要并行扩展总线,大大减省封装成本和芯片体积,这类单片机称为非总线型单片机。
(3)操纵型/家电型
这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。
一样而言,工控型寻址范畴大,运算能力强;
用于家电的单片机多为专用型,通常是小封装、低价格,外围器件和外设接口集成度高。
明显,上述分类并不是惟一的和严格的。
例如,80C51类单片机既是通用型又是总线型,还能够作工控用。
3.2.5单片机的应用
(1)
单片机在智能外表中的应用
单片机广泛地用于各种仪器外表,使仪器外表智能化,并能够提高测量的自动化程度和精度,简化仪器外表的硬件结构,提高其性能价格比。
(2)单片机在机电一体化中的应用
机电一体化是械工业进展的方向。
机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、运算机技术于一体,具有智能化特点的机电产品,例如微机操纵的车床、钻床等。
单片机作为产品中的操纵器,能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点,可大大提高机器的自动化、智能化程度。
(3)
单片机在实时操纵中的应用
单片机广泛地用于各种实时操纵系统中。
例如,在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时操纵系统中,都能够用单片机作为操纵器。
单片机的实时数据处理能力和操纵功能,可使系统保持在最正确工作状态,提高系统的工作效率和产品质量。
(4)
单片机在分布式多机系统中的应用
在比较复杂的系统中,常采纳分布式多机系统。
多机系统一样由假设干台功能各异的单片机组成,各自完成特定的任务,它们通过串行通信相互联系、和谐工作。
单片机在这种系统中往往作为一个终端机,安装在系统的某些节点上,对现场信息进行实时的测量和操纵。
单片机的高可靠性和强抗干扰能力,使它能够置于恶劣环境的前端工作。
(5)
单片机在人类生活中的应用
自从单片机产生以后,它就步入了人类生活,如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后,
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