智能仪器论文数字电子时钟.doc

课 程 论 文题 目: 数字电子时钟 课 程: 姓 名: 专 业: 班 级: 学 号: 指导教师: 职称: 年 月 日 数字电子时钟 摘要：20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，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发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。 现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。 数字电子钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。此电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。关键词：数字电子钟； LED数码管； 单片机前言： 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，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发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。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发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发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制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控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟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。1、数字电子时钟的介绍1.1 数字电子钟的意义数字钟是采用数字电路实现对.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发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、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，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 数字电子钟的功能 电子钟的时钟功能：具有可选的24h（小时）或12h（小时）的计时方式，显示时、分、秒；具有快速校准时、分、秒的功能；能设置起闹时刻，响闹时间为1min（分钟），超过1min（分钟）自动停止；具有人工止闹功能，止闹后不再重新操作，将不再发生起闹，具有整点报时功能，随着科技的进步与发达，部分电子钟还带投影功能，同时衍生为许多其他产品的辅助功能。1.3 数字电子钟的工作原理电子钟是一个将“ 时”，”分”,”秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器，“ 时”，”分”,”秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒”计数器，译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计.译码显示电路将“ 时”，”分”,”秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码,通过七段显示器显示出来,整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号,然后去触发一音频发生器实现报时,校时电路时用来对“ 时”，”分”,”秒”显示数字进行校对调整.1.4 数字电子钟的优缺点1.4.1优点 与传统的机械钟先比,电子钟具有更优异的优点。由于电子钟采用数字集成电路的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，电子钟用于定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播及自动控制等各个领域。1.4.2缺点 因为电子钟毕竟是电子产品，电子产品都有辐射，不过电子钟危害极低，对人体够不成任何危害，不象手机的辐射那么大。1.5 数字电子钟的应用 数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，电子钟因LCD数字显示效用直接有效，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。在对公共场所的电子钟设定的时候，使用者还可根据周边的气候、温度等对LCD屏进行设置。同时，因为LCD的显示耗电量很省，所以能够保持持续的工作效果。夜间在睡觉的时候，床头如果放个带投影功能的电子钟，可以不用起床，直接让时间显示在天花板上，非常直观与有效。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。2、数字电子时钟的硬件设计2.1 最小系统设计 图3-1 单片机最小系统的结构图 单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成，下面介绍一下每一个组成部分。（1）电源引脚 Vcc40电源端 GND20接地端工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V, 引脚功能一样。 （2）外接晶体引脚 XTAL119 XTAL218图3-2 晶振连接的内部、外部方式图（3）复位RST 9在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。当时钟频率选用6MHz时，C取22F，Rs约为200，Rk约为1K。复位操作不会对内部RAM有所影响。常用的复位电路如图3-3所示： 图3-3 常用复位电路图（4）输入输出引脚 1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。 2) P1端口P1.0P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 3) P2端口P2.0P2.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 4）P3端口P3.0P3.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。2.2 LED显示电路分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。本次设计采用的是共阴式LED数码管，下图是共阳式及共阴式LED数码管的原理图和符号.图3-4 共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图3、数字电子时钟的软件设计3.1 单片机的软件设计要考虑的问题系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题：（1）根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理；（2）培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植和修改；（3）建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数；（4）绘制程序流程图；（5）合理分配系统资源；（6）为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程；（7）注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。3.2 系统软件设计流程图 主程序是先开始，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完后，就可以显示时间。它们的流程图如图4-1所示。 开始 启动定时器 按键检测 时间显示图4-1 主程序流程图3.3 数字钟的工作原理 数字电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外还有校时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由显示器“时”，“分”，“秒”和单片机，还有校时电路组成。8个数码管的段选接到单片机的P0口，位选接到单片机的P2口。数码管按照数码管动态显示的工作原理工作，将标准秒信号送入“秒单元”，“秒单元”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分单元”的时钟脉冲。“分单元”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时单元