【正文】 課 程 論 文 題 目 : 數(shù)字電子時鐘 課 程 : 姓 名 : 專 業(yè) : 班 級 : 學(xué) 號 : 指 導(dǎo)教師 : 職稱 : 年 月 日 數(shù)字電子時鐘 摘要： 20 世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn) 代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 現(xiàn)代生活的人們越來越重視起了時間觀念，可以說是時間和金錢劃上了等號。對于那些對時間把握非常嚴(yán)格和準(zhǔn)確的人或事來說，時間的不準(zhǔn)確會帶來非常大的麻煩，所以以數(shù)碼管為顯示器的時鐘比指針式的時鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。數(shù)碼管顯示的時間簡單明了而且讀數(shù)快、時間準(zhǔn)確顯示到秒。而機(jī)械式的依賴于晶體震蕩器，可能會導(dǎo)致誤差。 數(shù)字 電子 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。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。 LED 數(shù)碼 管顯示時、分、秒，以 24小時計時方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示，用 12MHz 的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時器計數(shù)。此電路具有顯示時間的其本功能，還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。數(shù)字鐘是其小巧，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的喜愛 ，因此得到了廣泛的使用。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字電子 鐘； LED 數(shù)碼管； 單片機(jī) 前言： 20 世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高 ，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。 目前，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。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。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)字電子時鐘的介紹 數(shù)字電子鐘的意義 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。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。 數(shù)字電子鐘的功能 電子鐘的時鐘功能 ： 具有可選的 24h（ 小時 ） 或 12h（ 小時 ） 的計時方式 ， 顯示時 、 分 、 秒 ； 具有快速校準(zhǔn)時 、 分 、 秒的功能 ； 能設(shè)置起鬧時刻 ， 響鬧時間為1min（ 分鐘 ）， 超過 1min（ 分鐘 ） 自動停止 ； 具有人工止鬧功能 ， 止鬧后不再重新操作 ， 將不再發(fā)生起鬧 ， 具有整點報時功能 ， 隨著科技的進(jìn)步與發(fā)達(dá) ， 部分電子鐘還帶投影功能 ， 同時衍生為許多其他產(chǎn)品的輔助功能 。 數(shù)字電子鐘的 工作原理 電子鐘是一個將 “ 時 ”， ” 分 ” ,” 秒 ” 顯示于人的視覺器官的計時裝置 。它的計時周期為 24 小時 ， 顯示滿刻度為 23 時 59 分 59秒 ， 具有校時功能和報時功能 。 因此 ， 一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器 ，“ 時 ”， ” 分 ” ,” 秒 ”計數(shù)器 、 校時電路 、 報時電路和振蕩器組成 。 主電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器 、 “ 時 、分 、 秒 ” 計數(shù)器 ， 譯碼器及顯示器 、 校時電路 、 整點報時電路組成 。 秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號 ， 它直接決定計時系統(tǒng)的精度 ， 一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn) 。 將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入 “ 秒計 數(shù)器 ”，“ 秒計數(shù)器 ” 采用 60 進(jìn)制計數(shù)器 ， 每累計 60秒發(fā)出一個 “ 分脈沖 ” 信號 ， 該信號將作為 “ 分計數(shù)器 ” 的時鐘脈沖 ?！?分計數(shù)器 ” 也采用 60 進(jìn)制計數(shù)器 ， 每累計 60 分鐘 ， 發(fā)出一個 “ 時脈沖 ” 信號 ， 該信號將被送到 “ 時計數(shù)器 ”。“ 時計數(shù)器 ” 采用 24 進(jìn)制計時器 ,可實現(xiàn)對一天 24 小時的累計 .譯碼顯示電路將 “ 時 ”， ” 分 ” ,” 秒 ” 計數(shù)器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼 ,通過七段顯示器顯示出來 ,整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號 ,然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時 ,校時電路時用來對“ 時 ”， ” 分 ” ,” 秒 ” 顯示數(shù)字進(jìn)行校 對調(diào)整 . 數(shù)字電子鐘的 優(yōu)缺點 優(yōu)點 與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘先比 ,電子鐘具有更優(yōu)異的優(yōu)點 。 由于電子鐘采用數(shù)字集成電路的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù) ， 使電子鐘具有走時準(zhǔn)確 、 性能穩(wěn)定 、 攜帶方便等優(yōu)點 ， 電子鐘用于定時自動報警 、 按時自動打 鈴 、 時間程序自動控制 、 定時廣播及自動控制等各個領(lǐng)域 。 缺點 因為電子鐘畢竟是電子產(chǎn)品 ， 電子產(chǎn)品都有輻射 ， 不過電子鐘危害極低 ， 對人體夠不成任何危害 ， 不象手機(jī)的輻射那么大 。 數(shù)字電子鐘的應(yīng)用 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，電子鐘?LCD 數(shù)字顯示效用直接有效 ， 廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。在對公共場所的電子鐘設(shè)定的時候 ， 使用者還可根據(jù)周邊的氣候 、 溫度等對 LCD 屏進(jìn)行設(shè)置 。 同時 ， 因為 LCD的顯示耗電量 很省 ， 所以能夠保持持續(xù)的工作效果 。 夜間在睡覺的時候 ， 床頭如果放個帶投影功能的電子鐘 ， 可以不用起床 ， 直接讓時間顯示在天花板上 ， 非常直觀與有效 。 由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等 優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。 數(shù)字 電子時 鐘的硬件設(shè)計 最小系統(tǒng)設(shè)計 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、 /EA=1 組成，下面介紹一下每一個組成部分。 （ 1） 電源引腳 Vcc 40 電源端 GND 20 接地端 工作電壓為 5V，另有 AT89LV51 工作電壓則是 , 引腳功能一樣。 （ 2） 外接晶體引腳 XTAL1 19 XTAL2 18 圖 32 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖 （ 3） 復(fù)位 RST 9 在振蕩器運行時，有兩個機(jī)器周期（ 24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平， 51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0－ P3口均置 1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過一個 斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時鐘頻率選用 6MHz 時， C取 22μ F，Rs約為 200Ω， Rk約為 1K。復(fù)位操作不會對內(nèi)部 RAM 有所影響。常用的復(fù)位電路如圖 33所示： 圖 33 常用復(fù)位電路圖 （ 4） 輸入輸出引腳 1) P0 端口 [] P0 是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1（對端口寫 1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動 8個 TTL。 2) P1 端口 [－ ] P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 3) P2 端口 [－ ] P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙 向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 4） P3端口 [－ ] P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 LED 顯示電路 分段式顯示器（ LED 數(shù)碼管）由 7 條線段圍成 8 字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。 LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。 本次設(shè)計采用的是共陰式 LED 數(shù)碼管 ，下 圖是 共陽式及 共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和符號 . 圖 34 共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號圖 數(shù)字電子時鐘的軟件設(shè)計 單片機(jī)的軟件設(shè)計要考慮 的問題 系統(tǒng)的軟件設(shè)計也是工具系統(tǒng)功能的設(shè)計。單片機(jī)軟件的設(shè)計主要包括執(zhí)行軟件（完成各種實質(zhì)性功能）的設(shè)計和監(jiān)控軟件的設(shè)計。單片機(jī)的軟件設(shè)計通常要考慮以下幾個方面的問題： （ 1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件劃分為若干個相對獨立的部分，設(shè)計出合理的總體結(jié)構(gòu)，使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理； （ 2）培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格，如考慮結(jié) 構(gòu)化程序設(shè)計、實行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改； （ 3）建立正確的數(shù)學(xué)模型，通過仿真提高系統(tǒng)的性能，并選取合適的參數(shù)； （ 4）繪制程序流程圖； （ 5）合理分配系統(tǒng)資源； （ 6）為程序加入注釋，提高可讀性，實施軟件工程； （ 7）注意軟件的抗干擾設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 主程序是先開始，然后啟動定時器，定時器啟動后在進(jìn)行按鍵檢測，檢測完后，就可以顯示時間。它們的流程圖如 圖 41 所示。 圖 41 主程序流程圖 數(shù)字鐘的 工作原理 數(shù)字電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為 24 小時，顯示滿刻度為 23 時 59 分 59秒，另外還有校時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由顯示器“時”，“分”，“秒”和單片機(jī)，還有校時電路組成。 8個數(shù)碼管的段選接到單片機(jī)的 P0 口，位選接到單片機(jī)的 P2 口。數(shù)碼管按照數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理工作，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒單元”，“秒單元”采用 60 進(jìn)制計數(shù)器，每累計 60 秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分單元”的時鐘脈沖。“分單元”也采用 60進(jìn)制計數(shù)器，每累計 60 分鐘 ，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時單元”?！皶r單元”采用 24 進(jìn)制計時 開始 啟動定時器 按鍵檢測 時間顯示 器，可實現(xiàn)對一天 24小時的累計。顯示電路將“時”、“分”、“秒”通過七段顯示器顯示出來。 參考文獻(xiàn)： [1] 唐俊翟．單片機(jī)原理與應(yīng)用． 工業(yè)技術(shù) ， 2020， 9（ 4）： 1216． [2] 張毅剛． MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計． 工業(yè)技術(shù) ， 2020，（ 2）： 4