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正文內(nèi)容

多功能數(shù)字電子鐘畢業(yè)設(shè)計(jì)論(編輯修改稿)

2025-07-11 17:01 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 顯示器。 不論是日常起居生活還是各類自動(dòng)控制系統(tǒng)中,經(jīng)常遇到需要 實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)間和提醒時(shí)間等多種功能的要求。因此具備多種功能的電子鐘擁有廣大的市場,對(duì)多功能電子鐘的市場開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)的意義。早期使用模擬電路設(shè)計(jì)制造的控制時(shí)間的單元,比較簡陋,其定時(shí)做到的重復(fù)精度和準(zhǔn)確性還不盡讓人滿意?,F(xiàn)今的新生代產(chǎn)品幾乎都是運(yùn)用數(shù)字技術(shù),伴隨著單片機(jī)迅速發(fā)展,性價(jià)比在愈來愈高,應(yīng)用新一代的產(chǎn)品變得越來越普遍。在復(fù)雜方面可以構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng),完成各種復(fù)雜的控制功能;簡單的能夠運(yùn)用于日常的家電控制,乃至運(yùn)用于幼童的電子玩具。它質(zhì)量輕、功能多、體積小巧、靈活而實(shí)用,只需搭配適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?能夠組成各式各樣、不同功能,形狀各異的微電子產(chǎn)品。 隨著當(dāng)今電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,不論是辦公電子設(shè)備還是家用電器都迅速增多,我們知道不同的設(shè)備都需要獨(dú)自的控制器 [4],給人們的使用帶來很多不方便,多個(gè)控制器也很占用地方,帶來不整潔的感覺。隨著單片機(jī)的普遍運(yùn)用,各種功北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 能的電子產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅解決了各種問題,減輕了人的勞動(dòng),大大拓展了數(shù)字化的范圍,促進(jìn)了數(shù)字化在家庭中的發(fā)展進(jìn)程。 依據(jù)現(xiàn)今社會(huì)的實(shí)際需求情況,設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的多功能時(shí)鐘系統(tǒng)[5],既有基本的時(shí)間功能,定時(shí)功能使其充當(dāng)鬧鈴,甚至擴(kuò)展為對(duì)家電等電 氣產(chǎn)品的定時(shí)自動(dòng)控制,豐富利用空間,方便生活。為了避免混淆不同的控制器,只需一個(gè)控制器就能夠做到對(duì)各種電器進(jìn)行操作;也可以增添溫度傳感器,實(shí)時(shí)掌握溫度,擴(kuò)展到利用溫度的不同實(shí)現(xiàn)對(duì)某些特定的電氣產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字自動(dòng)的操控;也可增加濕度傳感器,通過對(duì)實(shí)時(shí)濕度測量,對(duì)濕度進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的方便人性化的健康生活。 未來發(fā)展趨勢 總之,隨著市場需求的變化,未來的的發(fā)展趨勢將是: 智能化儀表儀器儀表中將普遍應(yīng)用單片機(jī) [5]。未來的儀表儀器應(yīng)該是數(shù)字化、智能化、柔性化和多功能化的,而運(yùn)用單片機(jī)這些功能都能夠得到實(shí)現(xiàn) 。對(duì)比傳統(tǒng)的儀器儀表,智能化儀表可以做到多種形式的輸出,可以與現(xiàn)代的各種電子設(shè)備相互匹配,例如與打印記錄儀、電子存儲(chǔ)器等相匹配,其靈活多變的優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)儀器儀表望塵莫及的。例如測量溫度的溫度測控儀、分析用的邏輯分析儀、常見的智能毫伏表及實(shí)驗(yàn)室的智能萬用表。 智能化儀器儀表的突出優(yōu)點(diǎn)可以體現(xiàn)在:①智能化儀器儀表能夠做到靈活多變的輸出信息;②智能化儀器儀表有自行檢測故障的功能;③智能化儀器儀表能夠?qū)?fù)雜的被測信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和正確處理的功能,增強(qiáng)儀器儀表的實(shí)用性;④智能化儀器儀表通過切換自動(dòng)量程,可以提高分 辨率與精度;⑤智能化儀器儀表有自行修復(fù)誤差功能;⑥智能化儀器儀表具有實(shí)現(xiàn)多參數(shù) /多回路的精準(zhǔn)監(jiān)測功能;⑦智能化儀器儀表具有對(duì)特定信號(hào)實(shí)行定點(diǎn)、定時(shí)測量強(qiáng)大功能。 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)研究內(nèi)容 多功能數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)是利用電子技術(shù)設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘,數(shù)字鐘可以將“時(shí)”、”分”、“秒”顯示給人的計(jì)算時(shí)間的裝置 [6]。 電子時(shí)鐘系統(tǒng) 有 時(shí)鐘電路,LED 顯示電路,定時(shí)報(bào)警電路,按鍵調(diào)整電路 。通過本次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì),可以提高人的知識(shí)綜合應(yīng)用的能力、整體設(shè)計(jì)的能力,對(duì)以后從事電子產(chǎn)品的前線研制、實(shí)際生產(chǎn)、后期維修、市場經(jīng)營等奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。 本 次設(shè)計(jì) 通過AT89C2051 單片機(jī)來設(shè)計(jì)電子鐘,用 C語言編程 實(shí)現(xiàn) ,實(shí)現(xiàn) 了 小時(shí),分,秒和年,月, 日 的顯示、 實(shí)現(xiàn)了倒計(jì)時(shí) 等功能。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 鐘表的發(fā)展經(jīng)歷了各個(gè)時(shí)期,現(xiàn)如今電子的快速發(fā)展,電子鐘的為人們的便利數(shù)字化健康生活做出越來越大的貢獻(xiàn),電子鐘的設(shè)計(jì)與研究有著實(shí)際意義。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是通過單片機(jī) AT89C2051[2]的研究學(xué)習(xí),熟悉掌握數(shù)字鐘的系統(tǒng),完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。從中既可提高個(gè)人的 綜合知識(shí)應(yīng)用能力、設(shè)計(jì)能力,也可以為以后從事電子產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、維修、經(jīng)營等打下基礎(chǔ)。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 單片機(jī) ( Single Chip Microsoftputer,簡稱 MCU)簡介 單片機(jī)又可稱為微控制器,把中央處理器(簡稱 CPU),只讀存儲(chǔ)器(簡稱ROM),隨機(jī)存儲(chǔ)器(簡稱 RAM),計(jì)時(shí)器( Timer/Counter),中斷系統(tǒng)( Interrupt System),輸出接口(簡稱 I/O Interface)集中在一塊半導(dǎo)體芯片上,由此構(gòu)成一臺(tái)完整的數(shù)字計(jì)算機(jī)。單片機(jī)是把中央處理器 CPU、只讀存儲(chǔ)器 ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)等運(yùn)用超大規(guī)模的集成電路的技術(shù)集成在一塊硅片上,構(gòu)成了一個(gè)小而功能完善的小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集成電路芯片 [8] [9] [10]。 當(dāng)今社會(huì),單片機(jī)在人們生活的各個(gè)領(lǐng)域都扮演著不可小覷的角色,不論是達(dá)到自導(dǎo)彈上面的導(dǎo)航裝置,能夠?qū)崟r(shí)控制和進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理的工業(yè)自動(dòng)化過程,對(duì)飛機(jī)上復(fù)雜的儀表的控制,計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通訊,到日常生活使用的各類智能 IC 卡,電子鐘、錄像機(jī)、風(fēng)扇、全自動(dòng)洗衣機(jī)等的控制,還是民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng),程控玩具、幼童的電子寵物,自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人和智能儀表等各種智能機(jī)械等等都離不開單片機(jī),單片機(jī)的身影無處不在 [11]。 Intel8031 指令系統(tǒng)是目前比較廣泛運(yùn)用的系統(tǒng),所有兼容這個(gè)指令系統(tǒng)的單片機(jī)統(tǒng)稱為 51單片機(jī),該系列單片機(jī)的鼻祖為 Intel 的 8031 單片機(jī),后來Flansh rom 技術(shù)不斷的發(fā)展, 8031 單片機(jī)成為了當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的 8 位單片機(jī)之一 [12]。 探索階段 20紀(jì) 70 年代 ,美國的 一家知名 公司 Fairchild 推出了 首 款單片機(jī) F- 8, 緊隨其后英特爾 公司推出了應(yīng)用更廣 泛 、 更具影響力 的 MCS48 系列單片機(jī) ,憑借 體積小、重量輕、價(jià)格低廉和控制功能齊全的特點(diǎn),得到了各方的青睞,這為單片機(jī)走得更好更遠(yuǎn)打了了堅(jiān)若磐石的基礎(chǔ) 。 在工業(yè)控制領(lǐng)域 , MCS48 系列單片機(jī)的推出 與運(yùn)用 標(biāo)志 著 計(jì)算機(jī)的智能化 已經(jīng)進(jìn)入到 應(yīng)用嵌入式芯片 的 形態(tài)探索 的新 階段 [13]。這一時(shí)期 具有的 特點(diǎn) 有 : 1)單片機(jī) 只保證 了 基本 的 控制功能; 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2)主流研究 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的芯片 的 集成設(shè)計(jì)。 結(jié)構(gòu)體系的完善階段 單片機(jī)發(fā)展的勢頭一發(fā)不可收拾, MCS48 探索 的 成功 促使 很快 就 推出了 更加完善、 更加 典型的 MCS5l單片機(jī)系列。單片機(jī) MCS51 系列的 一經(jīng) 推出,標(biāo)志 了Single Chip Microputer 體系結(jié)構(gòu) 已經(jīng)趨于 完善。它 主要 在 如 下幾個(gè)方面奠定了 如今 通用總線型單片機(jī)典型的結(jié)構(gòu)體系 : ① 完善的總線結(jié)構(gòu): 串行總線:通信總線,擴(kuò)展總線; 并行總線: 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線 以 及相應(yīng)的控制總線,兩個(gè)獨(dú)立的地址空間。 ② 完善的指令系統(tǒng): 具有強(qiáng) 大 的邏輯控制功能和位處理 的 功能, 達(dá)到 滿足工業(yè)控制 和其他各方面的需要;功能單元的特殊功能寄存器 SFR 為 集中管理 [11]。 ③ MCS51 的完善,使其 成為 SCMC 的 典型 體系結(jié)構(gòu)。 發(fā)展 階段 英特爾( Intel 公司 )向市場 推出的 MCS96 單片機(jī), 開始把 一些 運(yùn) 用 在 測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、 調(diào)制 脈寬 的 脈寬調(diào)制器 (PWM)、 監(jiān)視 程序運(yùn)行 的 監(jiān)視器(WDT)、高速 I/O 口 加 入 到 片中, 使 單片機(jī) 典型 的微控制器特征 得到展現(xiàn) 。 MCS51系列單片機(jī) 已開始蔓延到 各大電氣商,許多電氣 公司爭 相使用 80C51 作 為核 心 ,把大多 測控系統(tǒng)中 需要 使用 到 的接口技術(shù)、 電子 電路技術(shù)、可靠性技術(shù) 運(yùn) 用 在 單片機(jī) 上 ; 伴 隨單片機(jī) 的 內(nèi)外圍 的 功能電路 不斷強(qiáng)大 ,智能控制器 典型 特征 得到了明顯的強(qiáng)化 。微控制器 (Microcontrollers)已經(jīng)作為更能貼切表達(dá) 單片機(jī)的名詞[8] [12]。其特點(diǎn) 表現(xiàn)為 : 1)、 達(dá)到了 嵌入式應(yīng)用外圍擴(kuò)展 的要求 ,如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、 調(diào)制 脈寬 的脈寬調(diào)制器 (PWM)、 監(jiān)視 程序運(yùn)行 的 監(jiān)視器 (WDT)、高速 I/O 口等。 2)、 眾多計(jì)算機(jī)外圍功能 做到了 集成,如: a) 配置現(xiàn)場總線接口: CAN BUS 總線 ; b) 提供串行擴(kuò)展總線: BUS 總線 、 SPI 總線 、 Microwire 總線 、 I2C 總線 ; c)CMOS 化,提供 了 功耗管理 的強(qiáng)大 功能。 d)提供 OTP 的 供應(yīng)狀態(tài), 可以運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)大 規(guī)模批量生產(chǎn)。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 的 成熟 階段 單片機(jī)發(fā)展到這一 新 階段, 標(biāo)志著 單片機(jī) 在 工業(yè)控制領(lǐng)域中 扮演 智能化控制工具 的主角的地位 不論是 小到 娛樂 玩具、家電 生產(chǎn) 行業(yè), 還是 大到車載、艦船 智能機(jī)械的 電子系統(tǒng) 等領(lǐng)域 , 它的身影 遍 布 計(jì)量測試、控制工業(yè)過程、機(jī)械電子 技術(shù) 、金融電子 行業(yè) 、辦公自動(dòng)化 控制 、商用電子 行業(yè) 、工業(yè)機(jī)器人、 國家 軍事和 國家 航空航天 事業(yè) 等領(lǐng)域。為 了達(dá)到 滿足不同的要求, 涌 現(xiàn) 出 了高速、運(yùn)算功能強(qiáng)大 、尋址 快 范圍 廣 和 可以 多機(jī)通信的 1 32 位 三種的升級(jí)版 通用型單片機(jī), 還有 外圍系統(tǒng) 集成、袖珍 廉價(jià)型 的 專用型單片機(jī),形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機(jī) 陸續(xù)出現(xiàn)在大家的面前 。單片機(jī)的發(fā)展 已經(jīng)到了萬花爭春的 時(shí)代,用戶有廣闊 的選擇空間。這一時(shí)期的特點(diǎn) 表現(xiàn) 為: (1) 電氣商 、 半導(dǎo)體商 加入戰(zhàn)爭 MCS48單片機(jī) 的 巨大 成功, 迅速 刺激了 各個(gè) 半導(dǎo)體公司 ,他們爭 相研制和 努力 發(fā)展 各 自的單片機(jī)系列。到目前為止, 約莫有 50 個(gè)系列 300 多個(gè)種 類 的單片機(jī)產(chǎn)品已 陸續(xù)由 世界各地廠商 經(jīng)過努力 研制出 來 ,其中 最具 代表性的 分別 有 摩托羅拉 Motorola 公司的 680 6802, 由 Microchip 公司 研制 的 PIC 系列, Zilog 公司研制 的 Z8系列等 [11]。 另外在 開本的日立公司 、 NEC 公司也都 相繼研制 出各具特色的 性能好的 單片機(jī)品種。 (2)大力發(fā)展專用單片機(jī) 專用型與通用型 的區(qū)別 是 經(jīng)過 某一型號(hào)單片機(jī) 具體能夠 適用 的 范圍區(qū)分 的。比 如, 80C51 屬于 通用型單片機(jī), 因?yàn)?它并 非 為 了 某一種專門用途 而專門 設(shè)計(jì)的單片機(jī);而專用型單片機(jī)是針對(duì) 一個(gè)特定產(chǎn)品或 某一類產(chǎn)品 特定的 需要而設(shè)計(jì)、最后 生產(chǎn) 出來 的單片機(jī)。例如, 生活中的 全自動(dòng)洗衣機(jī)中 需要用到 的微控制器 或者 來電顯示電話 和手機(jī) 中 那些 配 備有 液晶驅(qū)動(dòng)器接口的 專用 單片機(jī), 這些就 是專用單片機(jī);特別是 智能 玩具、 日常 小家電領(lǐng)域 需要 的單片機(jī), 大多數(shù)是 小封裝、外設(shè)接口 相對(duì) 集成度高、價(jià)格 便宜的 外圍器件, 它們 多 半是 專用單片機(jī) [20] [21]。 (3)綜合品質(zhì) 高 在體系結(jié)構(gòu) (精簡指令微處理器 )、支持 ISP、 IAP 等高級(jí)語言 的 開發(fā)環(huán)境、電磁兼容性能、功耗管理等諸方面 都 得到了 明顯的 提高。根據(jù) 選 用的技術(shù)與控制單元設(shè)計(jì)的 方法 不同,目前市場上的 大多 單片機(jī)可區(qū)分為兩大類型:精簡指令集結(jié)構(gòu) (RISC)和繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC)。精簡指令集結(jié)構(gòu) 的特點(diǎn)是 成本 相對(duì)較 低,指令 和 尋址 方式少 ,結(jié)構(gòu)簡單, 能夠較快的 執(zhí)行程序, 已經(jīng) 成為單片機(jī) 中一顆閃亮的新星 ,如 PIC、 Z86HCXXX 和 EM78XX; 而繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC)具有 尋址方式 多 ,北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 指令 數(shù)量 豐富 ,適合初學(xué)者 的 系統(tǒng) 的 學(xué)習(xí)的特點(diǎn),如 英特爾 的 80C51 或 MC68K、80C196。 IAP 和 ISP 方式是 現(xiàn)今 兩種 比較 先進(jìn)的實(shí)時(shí)在線 的 開發(fā) 方法 。 不用借助 傳統(tǒng)的開發(fā)裝置, 憑借 單片機(jī) 和 計(jì)算機(jī)高性能 特點(diǎn) , 就可以 實(shí)現(xiàn) 需要 的在線仿真。 (4)C 語言的廣泛支持 a) 普遍 的 單片機(jī) 都做到 支持 C語言編程, 為以后 學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī) 奠定了基礎(chǔ) [14]; b) 高級(jí)語言 大大降低 了選型 的 障礙, 易于 優(yōu)化、升級(jí)和交流程序。 單片機(jī)的概況 1980 年由美國的 INTE 公司推出的 MCS51 系列單片機(jī),對(duì)比于 MCS48 單片機(jī),功能更加強(qiáng)大,擁有先進(jìn)的結(jié)構(gòu),在本來的基礎(chǔ)上也 增添了更多的電路單元和系統(tǒng)指令 ,指令數(shù)達(dá)到了 111條。從各個(gè)方面說, MCS51都是相當(dāng)成功的產(chǎn)品,時(shí)至今天, MCS51 系列及其所有兼容的單片機(jī)依然是單片機(jī)應(yīng)用的主流產(chǎn)品 [20] [21]。 803 8051 和 8751 等通用產(chǎn)品是 MCS51 系列單片機(jī)的主要組成,其主要的功能具體有: 8位 CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) 、程序存儲(chǔ)器 (ROM) 111 條指令(大部分為單字節(jié)指令)、 32 條 I/O 口線 可編程定時(shí)
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