基于单片机的电子时钟设计开题报告

开题报告

基于单片机的电子时钟设计一、

选题的背景、意义

1. 1选题的发展背景：单片机的发展：

第一阶段（1974年-1976年）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。例如，仙童公司生产的F8单片机，实际上只是包括了8位

CPU、64B 的RAM 和 2 个并行口。因此，还需加1 块3851（由1KB 的ROM、定时

器/计数器和 2 个并行I/O 口构成）才能组成1 台完整的计算机。

第二阶段（1976年-1978年）：低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表，这种单片机内集成有 8 位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器、RAM和ROM 等，但是不足之处是无串行口，中断处理比较简单，片内RAM 和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB。

第三阶段（1978年-现在）：高性能单片机阶段。这个阶段推出的单片机普遍带有串行口I/O 口，多级中断系统，16 位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，

且寻址范围可达64KB ，有的片内还带有A/D 转换器。这类单片机的典型代表是：Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于这类单片机的性能

性价比高，所以仍被广泛应用，是目前应用数量较多的单片机。

第四阶段（1982年-现在）：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出

阶段。此阶段的主要特征是一方面发展16 位单片机、32位单片机及专用型单片机；

另一方面不断完善高档8 位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。16位单片机的典型产品如Intel 公司生产的MCS-96 系列单片机，其集成度已达 120000管子/片，主振为12MHz，片内RAM 为232B，ROM 为8KB，中断处理为8级，而且片内带有多通道10位A/D转换器和高速输入/输出不见（HSI/HSO），实时处理的能力很强。而32 位单片机除了具有更高的集成度外，其主振已达20MHz，这使32位单片机 的数据处理速度比16位单片机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越[1]。中断技术：

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当单片机的CPU正在处理某件事情（例如，正在执行主程序）时，单片机外部或 者内部发生的某一时间（如外部设备产生的一个电平的变法，一个脉冲沿的发生或者

内部计数器的计数溢出等）请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时中止当前的工作，转到中断服务处理程序处理所发生的时间。中断服务处理程序处理完该事件后，再回到原来被中止的地方，继续原来的工作（例如，继续执行被中断的主程序），这称为中断。CPU 处理事件的过程，称为CPU的中断响应过程。对事件的整个处理过程，称为中断处理（或中断服务）。

如果没有中断技术，CPU的大量时间可能会浪费在原地踏步的查询操作上，或者采用定时查询，即不论有无中断请求，都要定时去查询。采用中断技术完全消除了CPU在查询方式中的等待现象，大大提高了PCU的工作效率。由于中断工作方式的

有点极为明显，因此在单片机的硬件结构中都带有中断系统。

单片机电子钟原理：

电子时钟是一个将时，分，秒显示在人的面前的计时装置，它的计时周期一般为24 小时，显示满为23 时59 分59秒，另外还会有秒表，显示日期等额外的功能。因此，

一个数字钟的电路主要是由译码显示器，时、分、秒、星期计数器，校时电路，报时电

路和振荡器组成。

主电路系统由译码显示器，秒信号发生器，时、分、秒、星期计数器，校时电路和报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，直接决定了计时系统的精确程度，一般采用石英晶体振荡器和分频器制成。将标准秒信号送入秒计数器（采用60

进制计数器）中，每当累计60秒时会发出一个分脉冲信号，该信号作为分计数器的时钟脉冲。

分计数器（也采用60进制计数器），每当累计60分钟，就会发出一个时脉冲信号，该信号会被送到时计数器中。

时计数器（采用24进制计数器），可以实现24小时的累计。每当累计24小时，就会发出一个星期脉冲信号，该信号会被送到星期计数器中。

星期计数器采用7 进制计数器，可实现7天的累计。译码显示器将时，分，秒，星

期计数器的输出状态显示出来。整点报时电路是通过计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后触发一个音频

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发生器实现。

校时电路是用来对时，分，秒，星期显示数字进行校对调整。1.2选题的意义：

电子时钟从原理上来说，是一种比较典型的数字电路，它包含了组合逻辑电路以及时序电路。传统电子时钟的设计方法有两种：使用组合逻辑电路以及时序电路等一些中小规模的集成电路来设计；使用单片机的编程技术来设计。这两种设计都有着硬件复杂，设计使用的时间较长以及成本较高的缺点。

电子时钟是一种采用数字电路实现显示时、分、秒数字的计时装置，是人们日常生活中不可缺少的物品，在个人，家庭以及办公室等公共场所中被广泛应用，给人们

的生活，学习，工作以及娱乐带来了许多便利条件。而由于数字集成电路和石英晶体振荡器等相关技术的不断发展，电子时钟的性能相对于老式钟表有了更大的提高，变得更加准确、稳定，携带也变得越来越方便，并且还大大的扩展了原来所以的报时功

能。在许多方面，例如定时自动报警、时间程序自动控制、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、甚至各种定时电气的自动启用等，都是在钟表数字化的基础上制成的。因此，研究电子时钟还有发展它的更深的应用，有非常重要的意义。

二、相关研究的最新成果及动态

2.1单片机研究：目前单片机应用于各个领域中，它在仪表仪器中的应用显得更加优越。基于单片

机制成的电子时钟有计时准确、功耗较低的优点，因此，它在各个领域里得到了广泛

的应用。目前单片机正处在微控制器的全面发展阶段，各个公司的产品在保证尽量兼容的同时，又向高速度、高运算能力、较大的寻址范围和小型廉价方面发展。在单片机发展

的同时，也推动了应用系统的发展，而应用系统的发展，又会反过来对单片机有更高

的要求，使得单片机的发展得到促进。现今，国内外的单片机正向着功能更强、速度更快、功耗更低、辐射更小等发面发展。而随着集成度的不断提高，众多的外围功能器件集成在片内已经变得可能，这也将是单片机以后发展的趋势。随着单片机档次的提高（为了适应检测、控制功能的更高要求），使单片机除了一般必须要有ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，片内集成的器件通常还要有电源监控与复位电路，WDT，A/D 转换器，

DMA 控制器，中断控制器，锁相环，频率合成器，CRT控制器等等。

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由于单片机系统的优异的性能，可靠性以及较低的成本，被应用于各个技术领域 中，然而，对于一些特殊的应用系统，我们不但希望单片机系统能完成有关数据的采

集以及处理，而且还想知道产生这些数据的时间，以更好更细地掌握现场情况。所以，为单片机添加数字时钟将是一项不可或缺的新型工程技术。随着社会的快速发展，国内外已

经有许多有关数字钟的设计成果，而使用单片机设计的数字钟功能更强大，界面也比较好，更好的满足了人们对数字钟的智能化要求。

单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装化等各方面发展。为满足不同的用户需要，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。

1.CPU的改进

(1)采用双CPU结构，以提高处理能力。

（2）增加数据总线宽度，单片机内部采用16 位数据总线，其数据处理能力明显 优于一般8位单片机。

（3）串行总线结构，大大减少单片机外部引线，使得单片机与外部接口电路连接简单。 2.存储器的发展

（1）加大存储容量。

（2）片内RPROM 采用E^PROM或闪烁（Flash）存储器。

（3）程序保密化。3.片内I/O的改进

单片机都有较多的并行口，以满足外围设备、芯片扩展的需要，并配有串行口，以满足多机通信功能的要求。

（1）增加并行口的驱动能力，这样可以减少外部驱动芯片。

（2）增加I/O 口的逻辑控制功能，大大加强了I/O口线控制的灵活性。

（3）有些单片机设置了一些特殊的串行接口功能，为构成分布式、网络化系统提供了方便条件。

4.外部电路内装化

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