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河北师范大学本科生毕业论文1目录中文摘要、关键词..........................................31、绪论..................................................31.1课题研究的背景及意义.................................31.2国内外研究...........................................41.3电子时钟概述.........................................51.4论文章节构成及安排...................................52、电子时钟设计方案.......................................52.1两种设计方案的选择...................................52.2系统电路.............................................63、硬件系统设计...........................................73.1核心控制电路.........................................73.2秒计时电路...........................................93.3显示电路............................................114、软件系统设计..........................................124.1DS1302子程序.......................................124.2LCD5110子程序......................................144.3主程序..............................................145、设计系统的调试........................................155.1硬件调试............................................15河北师范大学本科生毕业论文25.2软件调试............................................156、本设计系统小结........................................166.1系统不足及功能拓展..................................166.2学习心得与展望......................................16参考文献.................................................16英文摘要、关键词.........................................16河北师范大学本科生毕业论文3电子时钟的设计与制作信息技术学院电子信息科学与技术专业指导教师***作者***摘要：从古代的沙漏计时，到现在的机械钟表、石英钟，计时技术得发展经过了一个漫长的完善过程，这充分显现出了时间不论对古人还是现在的我们的重要性。现在，全球社会都进入了信息化时代，人们更加重了对时间计量精度的依赖，以至于钟表应用越来越广，功能越来越多。普通的机械表对于当代人复杂繁琐的要求显然早已不太适应，电子时钟应运而生。电子时钟不仅能满足基本时间要求，而且体积小，成本低廉，最大的亮点在于可以随时根据不同的客户要求进行改进、增加功能，所以电子钟越来越受到人们的青睐。本课题即着眼于此，研究的主要目的是设计一个基于单片机的电子时钟系统。由于单片机有价格实惠而且功能齐全的优点，在自动控制产品中广泛应用。本设计以ATmega16芯片为核心，以实时时钟芯片DS1302为主要依托，通过LCD液晶屏完成其显示、计时功能，本设计实现了所需功能的硬件电路，并应用C语言进行软件编程。关键词：电子时钟DS1302LCD液晶屏1、绪论1.1课题研究的背景及意义时间的宝贵是个亘古不变的真理，然而工作的忙碌性和繁杂性很容易让人忘记当前的时间或是工作中不能及时方便地知晓时间。交通上，火车汽车要准时到达，航班要准时起飞；在日常生活中，学校要求上学准时，公司召开的会议要求参加准时，重要约会要求到达准时；在工业生产中，许多工作环节都规定了精准的时间、间隔以及次序。所以说，随时准确地知道时间并且利用时间是学习、工作、生活的必要要求。单片机是一种集成电路芯片，它将各种功能集成到一块硅片上并且内含完善的微型计算机系统。单片机自推出到现在已经发展了二十多年，应用领域有工业生产、通讯以及交通设河北师范大学本科生毕业论文4备，还有办公自动化、PC机外围器件、汽车电子器件以及网络通讯等。单片机的优点有集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等，所以本设计讨论的电子时钟系统就是利用单片机制成。电子时钟与机械时钟相比具有很多优越性，首先，其主要特点是直观性，电子时钟可以通过数字显示反映出当前的时间。其次在使用寿命方面，因为电子钟不是机械驱动，所以使用寿命更长。然后在准确度方面，由于应用了电子集成电路和石英晶体振荡器，数字时钟的精准度远远超过了老式石英钟的石英机芯驱动。最后，电子时钟还能大大扩展老式钟表的功能，在准确显示时间得基础上，还可借助单片机实现诸如闹铃、定时、自动报警等功能。电子时钟的意义不仅仅在于反应时间本身，这个时间系统还可以当做一个单位模块应用于其他设备中，比如定时广播、定时开关烤箱、定时关闭路灯，以及其他各种定时电气的自动启用等设备，都是内嵌了电子时钟而实现其时间功能的。因此，研究电字时钟及其拓展电路的应用，将会对以后研究其他自动化设备产生积极意义。1.2国内外研究时间计时的历史要从公元1300年前开始追溯，那时人们主要是利用天文现象或流动物质的连续性运动来计时。我国天文学家张衡制造的漏水转浑天仪是最早出现的机械钟。公元1350年，意大利的丹蒂制造出第一台机械打点塔钟，这是最简单的钟表。公元1582年左右，意大利物理学家伽利略发明了重力摆。18世纪到19世纪，钟表制造行业已逐步实现工业化大规模生产，并且已经达到了相当高的水平。20世纪，随着资本主义工业化国家的高速发展，电子行业逐渐展露锋芒，尤其在20世纪末，电子技术飞速发展，使全球进入一个信息化新时代，在这个趋势下，新兴的电子产品几乎渗透到我们生产生活的各个部分。与此同时，现代电子产品的性能一步步提升，电子产品更新换代的速度也越来越快。我国钟表行业的发展则经历了古代、近代、现当代。1949年以前，我国还没有手表制造业，1949年以后开始了我国钟表行业的发展；六十年代时，我国还是计划经济模式，全国化大生产，由国家投资，生产的全都是机械表；到了七十年代到八十年代，随着国际电子技术的发展，我国电子表也跟上步伐，猛烈冲击了传统的机械钟表所占的全国垄断的形势；九十年代，石英钟表发展已基本完善，基本统一了我国的钟表市场。时至今日，石英技术在计时领域大放异彩，各种计时工具大多采用了石英晶体振荡器。而单片机的概念提出后，电子行河北师范大学本科生毕业论文5业高速发展，各种芯片的研发层出不穷，DS1302这种实时时钟芯片也应运而生，将这种实时时钟芯片与单片机技术结合就可以很容易就实现走时间的功能，时间可以方便地显示在LCD液晶屏上。1.3电子时钟概述如今，电子时钟形态各异，种类繁多，有微型、嵌入型的电子时钟，也有悬挂在公共场合的大型电子表，这些电子表大都外形美观，而且拓展了不少功能。由于单片机可以很容易实现芯片的智能化，所以在电子钟的基础上，人们可以根据自己的需要以及场合要求添加不同的附加功能。需要整点报时可添加蜂鸣器，需要测量环境温度可以添加温度传感器，或者检测空气质量、空气湿度等，也可以设置定时闹铃功能甚至还可以添加USB端口读取其他设备数据。日常生活中的手表钟表等都是靠石英真晶体振荡器实现，因此走字精准，类似的，本设计所利用的实时时钟芯片需要外接石英晶振，采用石英技术，而且不需要经常调试，使用起来很方便。由于采用了实时时钟芯片DS1302，这将代替传统的钟表的机械传动。1.4论文章节构成及安排本设计是以AVR单片机ATmega16为核心，以实时时钟芯片DS1302为主要器件，以液晶屏LCD5110来完成时间显示功能。论文共五章，每章分别是：第一章：绪论，介绍了本设计研究的背景及意义和国内外研究状况和本电子钟概述。第二章：电子时钟设计方案分析，介绍了本设计所涉及的芯片选择以及总体方案的设计。第三章：硬件系统的设计，介绍了本设计的硬件电路构成以及电路原理。第四章：软件系统的设计，介绍本设计所需的软件工具以及如何用C语言实现软件编程。第五章：系统调试，介绍本设计后期的整体调试包括硬件和软件调试。2、电子时钟设计方案2.1两种设计方案的选择实现电子钟就是实现“走时间”，即实现秒信号的产生，由秒信号才能进而产生分钟信号、小时信号。关于秒信号的产生，有两种设计方案供选择。第一种是采用专用的实时时钟芯片。时下常用的时钟芯片有DS1302、SB2068、PCF8485河北师范大学本科生毕业论文6等。这些芯片可以完成秒计时工作，进而计出小时、年月日等。实时时钟芯片大都价格实惠而且学习起来容易上手，所以被广泛地采用。本设计介绍的实时时钟芯片DS1302主要特点是数据传输方式为串行通信并且由于芯片内部自带锂电池，所以掉电也可以工作所以不必担心耗电这点很方便。第二种是完全用软件方法实现计时，需要利用单片机中断功能，具体操作是：设置几个字节分别存放秒、分、时、日、周、月、年等信息。利用定时器实现1秒定时中断，这便是秒信息，每一次中断都使秒字节加1；软件设置当秒字节累计到60时，分字节加1,同时秒字节清零；当分字节累计加到60时，时字节加1，同时分字节清零；时字节累计加到24时，日字节加一，时字节清零。以此类推，再实现周、月、年的计时。这种设计方案的硬件电路更加简单，单片机自己即可完成计时，但缺点是每次执行main程序，定时器都需要重新赋值，每当单片机断电时，程序即停止，也就无法继续完成计时工作。对比以上两种设计方案，由于笔者对实时时钟芯片比较感兴趣，希望研究单片机控制其他芯片完成工作，所以决定选择第一种方案，将单片机与时钟芯片作为计时的硬件电路基础。对于第一种设计方案，先用板块化思想将其各部分功能划分。经过分析可知，整个系统由核心控制板块，秒计时板块，显示板块以及一些辅助板块如按键、温度采集等板块组成。核心控制由单片机及其最小系统构成，秒计时由实时时钟芯片DS1302完成，这两块已经完成电子时钟的基本功能，显示板块决定选用液晶屏LCD5110完成。2.2系统电路PROTEL是一款画电路图的软件，由Altium生产，这款EDA软件上手容易，使用简单，功能齐全，所以在电子行业的CAD软件中，是电子设计者的首选软件，故本设计选用Protel软件画出基本时钟电路图如下。河北师范大学本科生毕业论文7图2-1时钟电路图图中右侧是本系统的核心控制芯片ATmega16，其左侧引脚分别连接液晶屏LCD5110和实时时钟芯片DS1302，中间的SPI是本系统的下载软件串口。3、硬件系统设计本设计系统采用板块化的设计思想将整个设计系统分为核心控制板块，秒计时板块，显示板块以及按键、温度采集板块。并将所要实现的功能分配给相应的板块，通过软件与硬件相结合的方式实现每个板块的功能之后，再通过调整将所有板块有机地整合成为一个电路完整、功能齐全、使用方便的时钟系统。3.1核心控制电路本设计的核心控制电路采用单片机控制，由AVR单片机ATMEGA16完成。ATMEGA16是一款高性能、低功耗的八位AVR微处理器。ATMEGA16内核具有种类繁多的指令集和三十二个通用