电子时钟文献综述.doc

本科生毕业论文（设计）册

学院 信息技术学院
专业 电子信息科学与技术
班级 2013届1班
学生 ***
指导教师 ***

河北师范大学本科毕业论文（设计）任务书
编 号：信息技术学院2013届
论文（设计）题目：电子时钟的设计与制作

学 院： 信息技术学院 专业：电子信息科学与技术 班级： 2013届1班

学生姓名： *** 学号： ** 指导教师： *** 职称： 副教授

1、 论文（设计）研究目标及主要任务
以单片机为核心设计一款电子时钟，可利用DS1302实时时钟芯片，将时间显示在液晶屏LCD5110上。要求显示出当前正确时间。
2、 论文（设计）的主要内容
电子时钟不仅能满足基本时间要求，而且体积小，成本低廉，还可以随时根据不同的客户要求进行改进、增加功能。本设计是一款基于单片机的电子时钟系统。由于单片机价格低、性能高，所以本设计采用AVR单片机ATmega16芯片为核心，采用实时时钟芯片DS1302以及液晶屏LCD5110完成显示、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。
3、论文（设计）的基础条件及研究路线
基础条件：AVR多功能开发板，ATMEGA16芯片手册，万能板，电烙铁，DS1302芯片以及芯片手册，LCD5110以及芯片手册，WinAVR开发环境，双龙下载器
研究路线：首先熟悉AVR开发板，熟练利用AVR单片机完成基本操作，然后学习DS1302芯片以及LCD5110，最后完成整个电路系统并下载程序调试。

4、主要参考文献
[1] 杨欣等．电子设计从零开始[M]．北京：清华大学出版社．2005.10.
[2] 李军,刘君华. AVR单片机的特点及其应用[J]. 测控技术 , 2002,(07) .
[3] 李慧. 基于FPGA的电子万年历设计[J]. 微计算机信息 , 2010,(20) .
[4] 黄庆华.单片机开发技术与实训.北京.电子工业出版社,2006.7.
5、计划进度

阶段
起止日期
1
结合自身兴趣和能力选定题目
2013.3.1—2013.3.10
2
搜集资料，学习研究AVR单片机，DS1302芯片，LCD5110相关材料，完成开题报告
2013.3.11—2013．3.20
3
搭建软硬件环境，进行程序编写，并开始进行论文的撰写
2013.3.21—2013.4.10
4
对软硬件进行测试和改进，并进一步修改论文
2013.4.11—2013.4.20
5
对整体系统进行完善与总结，并完成论文
2013.4.21—2013.4.30

指 导 教师： 年 月 日

教研室主任： 年 月 日

注：一式三份，学院（系）、指导教师、学生各一份
河北师范大学本科生毕业论文（设计）开题报告书

信息技术 学院 电子信息科学与技术 专业 2013 届
学生
姓名

***
论文（设计）题目

电子时钟的设计与制作
指导
教师

***
专业
职称

副教授
所属
教研室
电子信息科学与技术
研究
方向

单片机技术
课题论证：本文提出了一种基于AVR单片机ATMEGA16的电子时钟设计方案，本方案以ATMEGA16单片机作为主控核心，与时钟芯片DS1302、LCD显示等模块组成硬件系统。液晶屏上除了时间信息还能显示其他丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、选择时间等，本方案还能根据不同环境增加各种附加功能，比如实时监测环境温湿度，实现报警功能等。综上所述此电子时钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉特点。
方案设计：本电子时钟系统采用专用的实时时钟芯片。实时时钟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。
进度计划：
2013.3.1—2013.3.1 ：结合自身兴趣和能力选定题目。
2013.3.11—2013．3.20 ：搜集资料，学习研究AVR单片机，DS1302芯片，LCD5110相关材料，完成开题报告。
2013.3.21—2013.4.10 ：搭建软硬件环境，进行程序编写，并开始进行论文的撰写。
2013.4.11—2013.4.20 ：对软硬件进行测试和改进，并进一步修改论文。
2013.4.21—2013.4.30 ：对整体系统进行完善与总结，并完成论文。
指导教师意见：

指导教师签名： 年 月 日
教研室意见：

教研室主任签名： 年 月 日
河北师范大学本科生毕业论文（设计）文献综述
一、 课题国内外现状
当今社会，应用单片机的产品已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。所以现在，基于单片机的电子时钟系统也得到快速发展且使用领域已十分广泛，如运用在智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器、汽车电子等的系统。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的工程师和科学家。科技越发达，智能化的东西就越多。学习单片机并扩展其运用到电子钟及测温是社会发展的必然需求，也是大学期间的必修课。
在国内外单片机学习呈上升趋势，研究基于单片机的电子时钟系统的科技学者也日益增多，但是很多人学习时没有头绪，不知道从何下手。面对种类繁多的各类开发板，仿真器，让初学者无所事从，不但多花钱还多走不少弯路，学生学习单片机没有大的资金投入，能够做到少花钱多办事才是最好的。 由于AVR单片机系列是我们在大学课堂中学习的，因此本课题围绕AVR系列单片机ATMEGA16设计，从电路图绘制，硬件焊接，程序设计，调试系统到各项功能实现，目的在于将课堂上学来的单片机理论知识与实践相结合，提高对单片机的认识，设计出基于单片机的电子时钟系统，学习专业软件的操作，熟悉制作过程，掌握一门技能，加强专业知识的掌握。也增加学生的实践经历，为学生就业提供一个可选方向，拓展就业渠道。
二、 研究主要成果
在目前的国内外市场中，电子钟和测温系统的产品琳琅满目，但他们大多存在一个致命缺点即价格低廉的精度低、体积大，而精度高体积小的却价格昂贵，在智能化方面也存在一定问题。本基于单片机的电子时钟系统的设计旨在解决上述缺点折合为一个适中的产品实现高精度、小体积、低价格、易操作等优点。
三、 发展趋势
现在可以说基于单片机的系统是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各个电子企业都在做关于基于单片机的电子时钟系统的研究，单片机方面从8位、16位到32位，有基本C51系列的，也有时下流行的AVR系列的系统，各具特色，为电子时钟系统的发展与应用提供广阔的天地。 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，有些单片机将LCD液晶驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机、实时计时芯片、测温芯片等都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
四、 存在问题
本设计系统最大的问题就是其实现的功能单一，目前还不能手动调整时间，也没有闹铃、定时功能。由于单片机很容易添加各种附加功能，所以这些问题有信心在一定时间内以克服。
五、 主要参考文献
[1] 杨欣等．电子设计从零开始[M]．北京：清华大学出版社．2005.10.
[2] 李军,刘君华. AVR单片机的特点及其应用[J]. 测控技术 , 2002,(07) .
[3] 李慧. 基于FPGA的电子万年历设计[J]. 微计算机信息 , 2010,(20) .
[4] 黄庆华.单片机开发技术与实训.北京.电子工业出版社,2006.7.
[5] 李振军．电路设计基础与典型范例[M]．北京：电子工业出版社．2008.01

河北师范大学本科生毕业论文（设计）翻译文章

7 功能描述
7.1 振荡器
芯片内置振荡器提供显示系统的时钟信号。不需要外接元件，但OSC输入端必须接到VDD。如果使用外部时钟则连接到这只引脚。
7.2 地址计数器( AC )
地址计数器为写入显示数据存储器指定地址。X地址 X6~X0和Y地址Y2~Y0 分别设置。写入操作之后，地址计数器依照V标志自动加1。
7.3显示数据存储器(DDRAM )
DDRAM是存储显示数据的48*84位静态RAM。RAM分为6排，每排84字节（6*8*84位）。访问RAM期间，数据通过串行接口传输。这里X地址与列输出号码直接通信。
7.4时钟发生器
时钟发生器产生驱动内部电路的多种信号。 内部芯片操作不影响数据总线上的操作。
7.5显示地址计数器
通过列输出，LCD点矩阵RAM数据行连续移位产生显示。显示状态（所有点开/关和正常/反转映象）通过‘显示控制’命令的E、D位来设置。
7.6 LCD行列驱动器
PCD8544 包含48行和84列驱动器， 连接适当的序列偏置电压来显示数据。图2 展示典型波形。不用的引脚可悬空。
7.7 寻址
数据以字节为单位下载到PCD8544的48*84位显示数据RAM矩阵，象图3、4、5、6所示。列通过地址指针寻址，地址范围为：X0~83（1010011），Y 0~5（101）。地址不充许超出这个范围。在垂直寻址模式（V=1），Y地址在每个字节之后递增（见图5）。经最后的Y地址（Y=5）之后，Y绕回0，X递增到下一列的地址。在水平寻址模式（V=0） ， X地址在每个字节之后递增 （见图6） ,经最后的X地址 （X=83）之后， X绕回0， Y递增到下一行的地址。 经每一个最后地址之后 （X=83，Y=5），地址指针绕回地址（X=0，Y=0）。
7.8 温度补偿
由于液晶体的温度依赖，在低温时必须增加LCD控制电压VLCD来维持对比度。图7展示高速率的VLCD。在 PCD8544,VLCD的温度系数可以通过设置TC1和TC0位来选择四个值（见表2）。
8 指令
指令格式分为两种模式：如果D/C（模式选择）置为低，当前字节解释为命令字节 （见表1） 。 图8展示初始化芯片的串行数据流例子。如果D/C置为高，接下来的字节将存储到显示数据RAM。每一个数据字节存入之后， 地址计数自动递增。 在数据字节最后一位期间会读取D/C信号的电平。
每一条指令可用任意次序发送到PCD8544。首先传送的是字节的MSB（高位）。图9展示一可能的命令流，用来设置LCD驱动器。当SCE为高时，串行接口被初始化。在这个状态，SCLK时钟脉冲不起作用，串行接口不消耗电力。SCE上的负边缘使能串行接口并指示开始数据传输。
l 当SCE 为高时，忽略 SCLK 时钟信号；在SCE为高期间，串行接口被初始化（见图12）。
l SDIN 在SCLK的正边缘取样。
l D/C 指出字节是一个命令 (D/C = 0)或是一个RAM数据(D/C = 1)；它在第八个SCLK脉冲被读出。
l 在命令/数据字节的最后一位之后，如果SCE为低，串行接口在下一个SCLK正边缘等待下一个字节的位7（见图12）
l RES端的复位脉冲中断传输。数据不会写进RAM。寄存器被清除。如果在RES正边缘之后SCE为低， 串行接口准备接收命令/数据字节的位7（见图13）。
8.1 初始化
接电源后，内部寄存器和RAM的内容不确定。必须应用一个RES脉冲。注意，不正确的复位是危险的，可能会损坏设备。
所有内部寄存器在指定的时间内，通过31脚的外部RES脉冲（低电平）复位。无论如何，RAM的内容仍然不确定。复位后的状态在8.2节描述。
当VDD变高，VDD达到VDDmin（或更高）之后，最多100ms，RES 输入必须为0.3VDD（见图16）。
8.2 复位作用
复位后，LCD驱动器有下列状态：
l 电源节省模式 (位 PD = 1)
l 水平寻址 (位 V = 0)常规指令设置(位 H = 0)
l 显示页(位 E = D = 0)
l 地址计数器 X6 至 X0 = 0; Y2 至 Y0 = 0
l 温度控制模式(TC1 TC0 = 0)
l 偏置系统 (BS2 至 BS0 = 0)
l VLCD 等于 0, HV 发生器为关闭状态(VOP6 至 VOP0 = 0)
l 加电后，RAM内容不确定。
8.3 功能设置
8.3.1 位PD
l LCD输出为VSS（显示关闭）
l 偏置发生器和VLCD发生器关闭，VLCD可以不连接。
l 振荡器关闭(可用外部时钟)
l 串行总线，命令，等功能
l 进入省电模式之前， RAM需要填充 ‘0’ 以保证指定的电流消耗。
8.3.2 位 V
当 V = 0，选择水平寻址。数据写入DDRAM见图6。
当 V = 1，选择垂直寻址。数据写进DDRAM见图5。
8.3.3 位 H
当 H = 0， 可以执行‘显示控制’，‘设置Y地址’和‘设置X地址’；
当 H = 1，可以执行其它命令。
‘写数据’和‘功能设置’可以在两种状态下执行。
8.4显示控制
8.4.1 位 D 和 E
位 D 和 E 选择显示模式（见表2）。
8.5 设置RAM的Y地址
定义显示RAM的Y寻址向量。
8.6 设置RAM的X地址
X 地址指向列。X的范围是0至83（53H）。
8.7 温度控制
VLCD的温度系数由位TC1和TC0选择。
7 FUNCTIONAL DESCRIPTION
7.1 Oscillator
The on-chip oscillator provides the clock signal for the display system. No external components are required and the OSC input must be connected to VDD. An external clock signal, if used, is connected to this input.
7.2 Address Counter (AC)
The address counter assigns addresses to the display data RAM for writing. The X-address X6 to X0 and the Y-address Y2 to Y0 are set separately. After a write operation, the address counter is automatically incremented by 1, according to the V flag.
7.3 Display Data RAM (DDRAM)
The DDRAM is a 48 × 84 bit static RAM which stores the display data. The RAM is divided into six banks of 84 bytes (6 × 8 × 84 bits). During RAM access, data is transferred to the RAM through the serial interface. There is a direct correspondence between the X-address and the column output number.
7.4 Timing generator
The timing generator produces the various signals required to drive the internal circuits. Internal chip operation is not affected by operations on the data buses.
7.5 Display address counter
The display is generated by continuously shifting rows of RAM data to the dot matrix LCD through the column outputs. The display status (all dots on/off and normal/inverse video) is set by bits E and D in the ‘display control’ command.
7.6 LCD row and column drivers
The PCD8544 contains 48 row and 84 column drivers, which connect the appropriate LCD bias voltages in sequence to the display in accordance with the data to be displayed. Figure 2 shows typical waveforms. Unused outputs should be left unconnected.
7.7 Addressing
Data is downloaded in bytes into the 48 by 84 bits RAM data display matrix of PCD8544, as indicated in Figs. 3, 4, 5 and 6. The columns are addressed by the address pointer. The address ranges are: X 0 to 83 (1010011), Y 0 to 5 (101). Addresses outside these ranges are not allowed. In the vertical addressing mode (V = 1), the Y address increments after each byte (see Fig.5). After the last Y address (Y = 5), Y wraps around to 0 and X increments to address the next column. In the horizontal addressing mode (V = 0), the X address increments after each byte (see Fig.6). After the last X address (X = 83), X wraps around to 0 and Y increments to address the next row. After the very last address (X = 83 and Y = 5), the address pointers wrap around to address (X=0 andY=0).
7.8 Temperature compensation
Due to the temperature dependency of the liquid crystals’ viscosity, the LCD controlling voltage VLCD must be increased at lower temperatures to maintain optimum contrast. Figure 7 shows VLCD for high multiplex rates. In the PCD8544, the temperature coefficient of VLCD, can be selected from four values (see Table 2) by setting bits TC1 and TC0.
8 INSTRUCTIONS
The instruction format is divided into two modes: If D/C (mode select) is set LOW, the current byte is interpreted as command byte (see Table 1). Figure 8 shows an example of a serial data stream for initializing the chip. If D/C is set HIGH, the following bytes are stored in the display data RAM. After every data byte, the address counter is incremented automatically. The level of the D/C signal is read during the last bit of data byte.
Each instruction can be sent in any order to the PCD8544. The MSB of a byte is transmitted first. Figure 9 shows onepossible command stream, used to set up the LCD driver. The serial interface is initialized when SCE is HIGH. In this state, SCLK clock pulses have no effect and no power is consumed by the serial interface. A negative edge on SCE enables the serial interface and indicates the start of a data transmission.
8.1 Initialization
Immediately following power-on, the contents of all internal registers and of the RAM are undefined. A RES pulse must be applied. Attention should be paid to the
possibility that the device may be damaged if not properly reset.
All internal registers are reset by applying an external RES pulse (active LOW) at pad 31, within the specified time. However, the RAM contents are still undefined. The state after reset is described in Section 8.2.
The RES input must be ≤0.3VDD when VDD reaches VDDmin (or higher) within a maximum time of 100 ms after VDD goes HIGH (see Fig.16).
8.2 Reset function
After reset, the LCD driver has the following state:
• Power-down mode (bit PD = 1)
• Horizontal addressing (bit V = 0) normal instruction set
(bit H = 0)
• Display blank (bit E = D = 0)
• Address counter X6 to X0 = 0; Y2 to Y0 =0
• Temperature control mode (TC1 TC0 =0)
• Bias system (BS2 to BS0 =0)
• VLCD is equal to 0, the HV generator is switched off
(VOP6 to VOP0 =0)
• After power-on, the RAM contents are undefined.
8.3 Function set
8.3.1 BIT PD
• All LCD outputs at VSS (display off)
• Bias generator and VLCD generator off, VLCD can be
disconnected
• Oscillator off (external clock possible)
• Serial bus, command, etc. function
• Before entering Power-down mode, the RAM needs to
be filled with ‘0’s to ensure the specified current
consumption.
8.3.2 BIT V
When V = 0, the horizontal addressing is selected. The data is written into the DDRAM as shown in Fig.6. When V = 1, the vertical addressing is selected. The data is written into the DDRAM, as shown in Fig.5.
8.3.3 BIT H
When H = 0 the commands ‘display control’, ‘set Y address’ and ‘set X address’ can be performed; when H = 1, the others can be executed. The ‘write data’ and‘function set’ commands can be executed in both cases.
8.4 Display control
8.4.1 BITS D AND E
Bits D and E select the display mode (see Table 2).
8.5 Set Y address of RAM
Yn defines the Y vector addressing of the display RAM.
8.3.3 BIT H
When H = 0 the commands ‘display control’, ‘set Y address’ and ‘set X address’ can be performed; when H = 1, the others can be executed. The ‘write data’ and function set’ commands can be executed in both cases.
8.4 Display control
8.4.1 BITS D AND E
Bits D and E select the display mode (see Table 2).
8.5 Set Y address of RAM
Yn defines the Y vector addressing of the display RAM.
8.6 Set X address of RAM
The X address points to the columns. The range of X is 0 to 83 (53H).
8.7 Temperature control
The temperature coefficient of VLCD is selected by bits TC1 and TC0.
原文出自液晶屏芯片手册

本科生毕业论文设计

题目 电子时钟的设计与制作

作者姓名 李梦宇
指导教师 边晓娜
所在学院 信息技术学院
专业（系） 电子信息科学与技术
班级（届） 2013届1班

完成日期 2013 年 4 月 30 日

河北师范大学本科生毕业论文（设计）评议书
姓 名
李梦宇
学院
信息技术
专业
电子信息科学与技术
年级（班）
09级
论 文 题 目
电子时钟的设计与制作
完成时间
2013年4月30日
论

文

内

容

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。

指
导
教
师
评
语

年 月 日
指 导 教 师

职称

初评成绩

答辩小组
姓名
职称
教研室
组长

成员

答辩记录：

记录人签字： 年 月 日
答辩小组意见：

组长签字： 年 月 日
学院意见：

评定成绩： 签章

年 月 日