【正文】 械鐘。公元1350 年，意大利的丹蒂制造出第一臺(tái)機(jī)械打點(diǎn)塔鐘，這是最簡單的鐘表。公元 1582 年左右，意大利物理學(xué)家伽利略發(fā)明了重力擺。18 世紀(jì)到 19 世紀(jì)，鐘表制造行業(yè)已逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，并且已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。20 世紀(jì)，隨著資本主義工業(yè)化國家的高速發(fā)展，電子行業(yè)逐漸展露鋒芒，尤其在 20 世紀(jì)末，電子技術(shù)飛速發(fā)展，使全球進(jìn)入一個(gè)信息化新時(shí)代，在這個(gè)趨勢下，新興的電子產(chǎn)品幾乎滲透到我們生產(chǎn)生活的各個(gè)部分。與此同時(shí)，現(xiàn)代電子產(chǎn)品的性能一步步提升，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也越來越快。我國鐘表行業(yè)的發(fā)展則經(jīng)歷了古代、近代、現(xiàn)當(dāng)代。1949 年以前，我國還沒有手表制造業(yè)，1949 年以后開始了我國鐘表行業(yè)的發(fā)展；六十年代時(shí)，我國還是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模式，全國化大生產(chǎn)，由國家投資，生產(chǎn)的全都是機(jī)械表；到了七十年代到八十年代，隨著國際電子技術(shù)的發(fā)展，我國電子表也跟上步伐，猛烈沖擊了傳統(tǒng)的機(jī)械鐘表所占的全國壟斷的形勢；九十年代，石英鐘表發(fā)展已基本完善，基本統(tǒng)一了我國的鐘表市場。時(shí)至今日，石英技術(shù)在計(jì)時(shí)領(lǐng)域大放異彩，各種計(jì)時(shí)工具大多采用了石英晶體振蕩器。而單片機(jī)的概念提出后，電河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文5子行業(yè)高速發(fā)展，各種芯片的研發(fā)層出不窮，DS1302 這種實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片也應(yīng)運(yùn)而生，將這種實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片與單片機(jī)技術(shù)結(jié)合就可以很容易就實(shí)現(xiàn)走時(shí)間的功能，時(shí)間可以方便地顯示在 LCD 液晶屏上。 電子時(shí)鐘概述如今，電子時(shí)鐘形態(tài)各異，種類繁多，有微型、嵌入型的電子時(shí)鐘，也有懸掛在公共場合的大型電子表，這些電子表大都外形美觀，而且拓展了不少功能。由于單片機(jī)可以很容易實(shí)現(xiàn)芯片的智能化，所以在電子鐘的基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)自己的需要以及場合要求添加不同的附加功能。需要整點(diǎn)報(bào)時(shí)可添加蜂鳴器，需要測量環(huán)境溫度可以添加溫度傳感器，或者檢測空氣質(zhì)量、空氣濕度等，也可以設(shè)置定時(shí)鬧鈴功能甚至還可以添加 USB 端口讀取其他設(shè)備數(shù)據(jù)。日常生活中的手表鐘表等都是靠石英真晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)，因此走字精準(zhǔn)，類似的，本設(shè)計(jì)所利用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片需要外接石英晶振，采用石英技術(shù)，而且不需要經(jīng)常調(diào)試，使用起來很方便。由于采用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302，這將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鐘表的機(jī)械傳動(dòng)。 論文章節(jié)構(gòu)成及安排本設(shè)計(jì)是以 AVR 單片機(jī) ATmega16 為核心，以實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 為主要器件，以液晶屏 LCD5110 來完成時(shí)間顯示功能。論文共五章，每章分別是：第一章：緒論，介紹了本設(shè)計(jì)研究的背景及意義和國內(nèi)外研究狀況和本電子鐘概述。第二章：電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)方案分析，介紹了本設(shè)計(jì)所涉及的芯片選擇以及總體方案的設(shè)計(jì)。第三章：硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了本設(shè)計(jì)的硬件電路構(gòu)成以及電路原理。第四章：軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹本設(shè)計(jì)所需的軟件工具以及如何用 C 語言實(shí)現(xiàn)軟件編程。第五章：系統(tǒng)調(diào)試，介紹本設(shè)計(jì)后期的整體調(diào)試包括硬件和軟件調(diào)試。電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)方案 兩種設(shè)計(jì)方案的選擇實(shí)現(xiàn)電子鐘就是實(shí)現(xiàn)“走時(shí)間”，即實(shí)現(xiàn)秒信號(hào)的產(chǎn)生，由秒信號(hào)才能進(jìn)而產(chǎn)生分鐘信河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文6號(hào)、小時(shí)信號(hào)。關(guān)于秒信號(hào)的產(chǎn)生，有兩種設(shè)計(jì)方案供選擇。第一種是采用專用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。時(shí)下常用的時(shí)鐘芯片有 DS130SB206PCF8485等。這些芯片可以完成秒計(jì)時(shí)工作，進(jìn)而計(jì)出小時(shí)、年月日等。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片大都價(jià)格實(shí)惠而且學(xué)習(xí)起來容易上手，所以被廣泛地采用。本設(shè)計(jì)介紹的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸方式為串行通信并且由于芯片內(nèi)部自帶鋰電池，所以掉電也可以工作所以不必?fù)?dān)心耗電這點(diǎn)很方便。第二種是完全用軟件方法實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，需要利用單片機(jī)中斷功能，具體操作是：設(shè)置幾個(gè)字節(jié)分別存放秒、分、時(shí)、日、周、月、年等信息。利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn) 1 秒定時(shí)中斷，這便是秒信息，每一次中斷都使秒字節(jié)加 1；軟件設(shè)置當(dāng)秒字節(jié)累計(jì)到 60 時(shí)，分字節(jié)加 1,同時(shí)秒字節(jié)清零；當(dāng)分字節(jié)累計(jì)加到 60 時(shí)，時(shí)字節(jié)加 1，同時(shí)分字節(jié)清零；時(shí)字節(jié)累計(jì)加到 24 時(shí)，日字節(jié)加一，時(shí)字節(jié)清零。以此類推，再實(shí)現(xiàn)周、月、年的計(jì)時(shí)。這種設(shè)計(jì)方案的硬件電路更加簡單，單片機(jī)自己即可完成計(jì)時(shí)，但缺點(diǎn)是每次執(zhí)行 main 程序，定時(shí)器都需要重新賦值，每當(dāng)單片機(jī)斷電時(shí)，程序即停止，也就無法繼續(xù)完成計(jì)時(shí)工作。對比以上兩種設(shè)計(jì)方案，由于筆者對實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片比較感興趣，希望研究單片機(jī)控制其他芯片完成工作，所以決定選擇第一種方案，將單片機(jī)與時(shí)鐘芯片作為計(jì)時(shí)的硬件電路基礎(chǔ)。對于第一種設(shè)計(jì)方案，先用板塊化思想將其各部分功能劃分。經(jīng)過分析可知，整個(gè)系統(tǒng)由核心控制板塊，秒計(jì)時(shí)板塊，顯示板塊以及一些輔助板塊如按鍵、溫度采集等板塊組成。核心控制由單片機(jī)及其最小系統(tǒng)構(gòu)成，秒計(jì)時(shí)由實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 完成，這兩塊已經(jīng)完成電子時(shí)鐘的基本功能，顯示板塊決定選用液晶屏 LCD5110 完成。 系統(tǒng)電路PROTEL 是一款畫電路圖的軟件，由 Altium 生產(chǎn)，這款 EDA 軟件上手容易，使用簡單，功能齊全，所以在電子行業(yè)的 CAD 軟件中，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，故本設(shè)計(jì)選用Protel 軟件畫出基本時(shí)鐘電路圖如下。河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文7圖 21 時(shí)鐘電路圖圖中右側(cè)是本系統(tǒng)的核心控制芯片 ATmega16，其左側(cè)引腳分別連接液晶屏 LCD5110 和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302，中間的 SPI 是本系統(tǒng)的下載軟件串口。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用板塊化的設(shè)計(jì)思想將整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為核心控制板塊，秒計(jì)時(shí)板塊，顯示板塊以及按鍵、溫度采集板塊。并將所要實(shí)現(xiàn)的功能分配給相應(yīng)的板塊，通過軟件與硬件相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)每個(gè)板塊的功能之后，再通過調(diào)整將所有板塊有機(jī)地整合成為一個(gè)電路完整、功能齊全、使用方便的時(shí)鐘系統(tǒng)。 核心控制電路本設(shè)計(jì)的核心控制電路采用單片機(jī)控制，由 AVR 單片機(jī) ATMEGA16 完成。ATMEGA16是一款高性能、低功耗的八位 AVR 微處理器。 ATMEGA16 內(nèi)核具有種類繁多的指令集和三十二個(gè)通用的工作寄存器。由于所有寄存器河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文8都和運(yùn)算邏輯總單元 ALU 直接連接，所以運(yùn)行一條指令時(shí)，這條指令可以在單位時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的工作寄存器。正是這種結(jié)構(gòu)才使得 ATMEGA16 芯片代碼效率大大提高