畢業(yè)設計（論文）多功能電子鐘設計

1、裝訂線xxx 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙1、緒論1.1 電子鐘的背景20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透到了社會的各個領域，有力的推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使得現代電子產品的性能得到進一步的提高，產品更新換代的節(jié)奏也越來越快。目前，單片機正朝著高性能和多品種的方向發(fā)展趨勢將是進一步向著cmos化，低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應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)設計思想和設計方法。從前必須有模擬電路或數字電路實現大部分功能，現在已能用單片機通過軟

2、件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。電子手表根據其結構形式與發(fā)明發(fā)展的先后，國際上一般分成“四代”。上海鐘表行業(yè)先后研制過第一代擺輪游絲式電子表、第二代音叉式電子表。第三代指標式石英電子表、第四代數字顯示式石英電子表。第一代、第二代研制成功后隨著技術的進步均被第三代電子表所取代，第四代石英電子表雖初期走俏，隨后因不受消費者的歡迎也漸趨淘汰，市場上經久不衰的僅是第三代電子表。國內最早研制第三代電子表的是上海鐘表元件廠。1972年初，試制出電子元器件和 4節(jié)5號電池都裝在機芯外面的第一只樣表。1974年底，研制出16級分頻電路疊加而成。到1984年

3、共研制生產出4177只，注冊商標為金星牌。為使該廠能集中精力把電子表元器件的生產搞上去，是年12月，金星牌三代電子表停止生產。1977年9月，上海手表二廠開始研制第三代電子表。1983年生產的dse型第三代電子表，機芯直徑為19.4毫米，輪列部分厚度為2.56毫米，達到薄型要求。1987年，該廠研制成功單片式日歷定位裝置的dbse3型第三代電子表獲得專利申請。 1987年1月，在上海鐘表元件二廠的協助下，有研制成功dse4型第三代電子表。該廠自行設計的12棱全黑男表、黑珍珠時裝女表、情侶表上市后，十分走俏。1989年，該廠設計出高檔的k金表和永不磨損型表殼，填補國內空白。到1990年，上海手表

4、二廠累計生產第三代指標式石英電子表353.9萬支。1985年9月，上海手表廠自行設計68單機日歷第三代電子表。1987年上市10萬只，翌年完成101.15萬只，是行業(yè)內第一個突破第三代電子表年產100萬只大關。該廠在加快批量生產的同時，還抓緊新品開發(fā)。1988年10月，研制成功dsh15型第三代電子表，成為國內第三代指標式石英電子表系列中最薄表機，1990年獲上海市科技進步三等獎。該廠研制開發(fā)dsh14a型第三代電子表，注重機芯設計與外觀設計一體化，新穎典雅，視薄性強，并在上海鐘表元件廠積極配合下，在國內首次采用直徑0.600.171.5毫米最薄型紅寶石軸承，達到德國din8326手表標準的國

5、際先進水準。 19791990年的12年間，上海鐘表行業(yè)累計生產各類電子表1223.1885萬只。1990年全行業(yè)共生產各類電子表340萬只，占上海手表生產總量的22.45，占全國電子表生產總量的33.5，居全國之首。 三、碼表 1959年3月，金聲制鐘廠研制鉆石牌機械碼表獲得成功，指標刻度為1/10秒。到1961年共生產20325只。嗣後又研制開發(fā)指標刻度為1100秒、150秒、1/5秒等10個系列品種。1964年，該廠為海軍提供軍用計時儀器配套的ms1s型、ms2s型雙針碼表。1968年，該廠更名為上海碼表廠，且繼續(xù)研制成用於國防科技的511516型特殊碼表。 1980年，上海碼表廠又研制

6、開發(fā)雙柄頭的機械碼表，填補國內空白。此後，鉆石牌碼表作為我國發(fā)射的通訊衛(wèi)星的時間指令儀器。到1990年，累計生產鉆石牌碼表144.9291萬只。從1988年開始，產品向東南亞出口，1989年進入美國市場。到1990年共出口24.5535萬只。 1980年12月，上海手表五廠研制金雀牌石英電子碼表10000只。1983年起，金雀牌碼表先後被我國第五屆全運會，第一屆青少年運動會，以及第六屆全運會等作為計時工具。1986年10月，該廠研制成功能進行多段計時、具有記憶功能的jd2型電子碼表。并經中國田徑協會審查，同意在全國比賽中使用。1990年2月，上海手表五廠研制的id3型電子碼表獲得成功。經亞運會

7、自行車賽終點計時裁判長試用，其功能、性能和計時精度均達到80年代國際同類產品先進水準。 四、掛表 1958年4月，我國第一只鉆石牌機械掛表在金聲制鐘廠（今鉆石手表廠）問世。 1984年11月，上海碼表廠（原大光明鐘廠）先後研制生產鉆石牌mg1j型機械掛表和統(tǒng)一機芯掛表，以及鏤空機械掛表等。到1990年累計生產69140只。民國2年（1913年），美華利鐘廠開始生產臺鐘，年產88只，民國13年達636只。12年間累計生產6163只。民國20年和民國21年，昌明電器股份有限公司和德安時鐘制造廠先後生產昌明牌和雙箭牌臺鐘。 進入80年代以後，上海鐘表行業(yè)面臨著計畫和市場的雙重選擇。長期來，上海鐘表行

8、業(yè)基本采取“計畫為主、市場為輔”的原則，根據政府經濟部門下達的生產計畫組織生產。80年代中期開始，隨著經濟體制從傳統(tǒng)的計劃經濟體制向社會主義市場經濟體制轉變，上海鐘表行業(yè)面對新的形勢加快經濟結構調整和經營體制改革。 在產品發(fā)展上，進行產品結構大調整，由單一品種、大批量向多品種、多檔次轉變。在整個行業(yè)內，上海手表三廠作為女表專業(yè)生產廠，上海手表五廠為第四代數字顯示式石英電子表專業(yè)生產廠，上海手表廠、上海手表二廠、上海鉆石手表廠則按照男表、女表、電子表三大類產品的機芯規(guī)格和按單機、日歷、雙歷、自動、日歷自動、雙歷自動等6種功能形成系列。通過整個行業(yè)品種結構的調整，促進生產技術結構和勞動組織結構的調

9、整，帶動整個行業(yè)管理水準和技術水準的提高，加快了行業(yè)技術開發(fā)的速度，擴大了產品出口，促進了行業(yè)的發(fā)展與進步。1.2 電子鐘的意義時間對人們來說總是那么的寶貴，工作的忙碌性和復雜性容易使人忘記當前的時間，忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要的事情，一時的耽誤可能釀成大禍。 電子鐘是一種利用數字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到數字電子鐘。在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所使用lcd數字電子鐘已經成為一種時尚。由于數字

10、集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用，使得數字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表，鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴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、自動啟閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化基礎的。因此，研究數字鐘及擴大其應用，有著非?，F實的意義。1.3 電子鐘的應用數字鐘已成為人們日常生活中必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭以及車站、劇場、辦公室、等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便，由于數字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術，是數字鐘具有走

11、時準確、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域。2、設計芯片簡介在本設計中所用的芯片主要有單片機芯片89c51和單片射頻收發(fā)芯片nrf2401。下面分別介紹一下兩種芯片的功能結構。2.1 單片機2.1.1 單片機簡介單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器cpu隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、a/d轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（micro

12、controller unit），常用英文字母的縮寫mcu表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。intel的z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高

13、，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。隨著intel i960系列特別是后來的arm系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過300mhz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端1的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核

14、心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的windows和linux操作系統(tǒng)。 單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機?，F代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數百臺單片機在同時工作！單片機的數量不僅遠超過pc機和其他計算的總和，甚至比人類的數量還要多。 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計

15、算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了i/o設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。 單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如cpu，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、vcd等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一

16、種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用pc）的主要區(qū)別。 單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的cd4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大pcb板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所

17、以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的cpu，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十k的尺寸！對于家用pc的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用pc上來運行，家用pc的也是承受不了的。 可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，

18、即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱pc機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗

19、衣機等?，F在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。2.1.2 單片機的應用目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開

20、發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇： 1.在智能儀器儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。 2.在工業(yè)控制中的應用 用單片機可以

21、構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯網構成二級控制系統(tǒng)等。 3.在家用電器中的應用 可以這樣說，現在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。 4.在計算機網絡和通信領域中的應用 現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電

22、話，集群移動通信，無線電對講機等。 5.單片機在醫(yī)用設備領域中的應用 單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 6.在各種大型電器中的模塊化應用 某些專用單片機設計用于實現特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內部結構。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數字的形式存于存儲器中（類似于rom），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤

23、率，也方便于更換。 7.單片機在汽車設備領域中的應用 單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于can總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，gps導航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。2.2 89c51芯片介紹89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用atmel高密度非易

24、失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的89c51是一種高效微控制器，89c2051是它的一種精簡版本。如下圖所示為89c51芯片的引腳功能圖兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)的89c51單片機是一個低功耗、高性能chmos的單片機，片內含4kb在線可編程flash存儲器的單片機。它與通用80c51系列單片機的指令系統(tǒng)和引腳兼容。89c51單片機片內的flash可允許在線重新編程，也可用通用非易失性存儲編程器編程；片內數據存儲器內含128字節(jié)的ram;有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口;具

25、有兩個16位可編程定時器；中斷系統(tǒng)是具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級中斷優(yōu)先級的中斷結構；震蕩器頻率0到33mhz,因此我們在此選用12mhz的晶振是比較合理的；具有片內看門狗定時器；具有斷電標志pof等等。at80c51具有pdip,tqfp和plcc三種封裝形式。右圖就是pdip封裝的引腳排列，下面介紹各引腳的功能。 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fias

26、h進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進

27、行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口除了通用i/o口功能外，還有一些特殊功能口，如表2-1所示表2-1 p3口的替代功能引腳符號說明p3.0rxd串行口輸入p3.1txd串行口輸出p3.2/int0外部

28、中斷0p3.3/int1外部中斷1p3.4t0t0定時器的外部的計數輸入p3.5t1t1定時器的外部的計數輸入p3.6/wr外部數據存儲器的寫選通p3.7/rd外部數據存儲器的讀選通rst：復位端。當振蕩器工作時，此引腳上出現兩個機器周期的高電平將系統(tǒng)復位。ale/prog：當訪問外部存儲器時，ale（允許地址鎖存）是一個用于鎖存地址的低8位字節(jié)的書粗脈沖。在flash 編程期間，此引腳也可用于輸入編程脈沖。在正常操作情況下，ale以振蕩器頻率的1/6的固定速率發(fā)出脈沖，它是用作對外輸出的時鐘，需要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如果希望禁止ale操作，可通過將特殊功

29、能寄存器中位地址為8eh那位置的“0”來實現。該位置的“1”后。ale僅在move或movc指令期間激活，否則ale引腳將被略微拉高。若微控制器在外部執(zhí)行方式，ale禁止位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現。 /ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電

30、源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.3 nrf2401芯片介紹nrf2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5ghz ism頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常

31、低，以-5dbm的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5ma，接收時工作電流只有18ma，多種低功率工作模式，節(jié)能設計更方便。duoceivertm技術使nrf2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數據。nrf2401適用于多種無線通信的場合，如無線數據傳輸系統(tǒng)、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等。如上圖所示為nrf2410芯片的引腳功能圖：其各管腳功能如下表：nrf2401內置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調處理器、時鐘處理器、gfsk濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。qfn24引腳封裝，外形尺寸只有55mm。nrf2401有工

32、作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關機模式。nrf2401的工作模式由pwr_up 、ce、tx_en和cs三個引腳決定。nrf2401的收發(fā)模式有shockbursttm收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種，收發(fā)模式由器件配置字決定，shockbursttm收發(fā)模式下，使用片內的先入先出堆棧區(qū)，數據低速從微控制器送入，但高速(1mbps)發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發(fā)射速率。與射頻協議相關的所有高速信號處理都在片內進行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費用(低速微處理器也能進行高速射頻發(fā)射)；數據在空中停留時間短，抗干擾性高。nrf2401的s

33、hockbursttm技術同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。在shockbursttm收發(fā)模式下，nrf2401自動處理字頭和crc校驗碼。在接收數據時，自動把字頭和crc校驗碼移去。在發(fā)送數據時，自動加上字頭和crc校驗碼，當發(fā)送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發(fā)射完畢。shockbursttm發(fā)射流程接口引腳為ce，clk1，data a. 當微控制器有數據要發(fā)送時，其把ce置高，使nrf2401工作； b. 把接收機的地址和要發(fā)送的數據按時序送入nrf2401； c. 微控制器把ce置低，激發(fā)nrf2401進行shockbursttm發(fā)射； d. nrf2401的shockb

34、ursttm發(fā)射 給射頻前端供電； 射頻數據打包(加字頭、crc校驗碼)； 高速發(fā)射數據包； 發(fā)射完成，nrf2401進入空閑狀態(tài)。shockbursttm接收流程接口引腳ce、dr1、clk1和data(接收通道1) a. 配置本機地址和要接收的數據包大??； b. 進入接收狀態(tài)，把ce置高； c. 200us后，nrf2401進入監(jiān)視狀態(tài)，等待數據包的到來； d. 當接收到正確的數據包(正確的地址和crc校驗碼)，nrf2401自動把字頭、地址和crc校驗位移去； e. nrf2401通過把dr1(這個引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器； f. 微控制器把數據從nrf2401移出；

35、g. 所有數據移完，nrf2401把dr1置低，此時，如果ce為高，則等待下一個數據包，如果ce為低，開始其它工作流程。直接接收模式接口引腳為ce、clk1和data a. 一旦nrf2401被配置為直接接收模式，data引腳將根據天線接收到的信號開始高低變化(由于噪聲的存在)； b. clk1引腳也開始工作； c. 一旦接收到有效的字頭，clk1引腳和data引腳將協調工作，把射頻數據包以其被發(fā)射時的數據從data引腳送給微控制器； d. 這頭必須是8位； e. dr引腳沒用上，所有的地址和crc校驗必須在微控制器內部進行。 配置模式在配置模式，15字節(jié)的配置字被送到nrf2401，這通過c

36、s、clk1和data三個引腳完成，具體的配置方法請參考本文的器件配置部分。 空閑模式nrf2401的空閑模式是為了減小平均工作電流而設計，其最大的優(yōu)點是，實現節(jié)能的同時，縮短芯片的起動時間。在空閑模式下，部分片內晶振仍在工作，此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關，如外部晶振為4mhz時工作電流為12ua，外部晶振為16mhz時工作電流為32ua。在空閑模式下，配置字的內容保持在nrf2401片內。 關機模式在關機模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時的工作電流小于1ua。關機模式下，配置字的內容也會被保持在nrf2401片內，這是該模式與斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。nrf2401的所有配置工作都是通

37、過cs、clk1和data三個引腳完成，把其配置為shockbursttm收發(fā)模式需要15字節(jié)的配置字，而如把其配置為直接收發(fā)模式只需要2字節(jié)的配置字。由上文對nrf2401工作模式的介紹，我們可以知道，nrf2401一般工作于shockbursttm收發(fā)模式，這樣，系統(tǒng)的程序編制會更加簡單，并且穩(wěn)定性也會更高，因此，下文著重介紹把nrf2401配置為shockbursttm收發(fā)模式的器件配置方法。 shockbursttm的配置字使nrf2401能夠處理射頻協議，在配置完成后，在nrf2401工作的過程中，只需改變其最低一個字節(jié)中的內容，以實現接收模式和發(fā)送模式之間切換。shockburst

38、tm的配置字可以分為以下四個部分： 數據寬度：聲明射頻數據包中數據占用的位數。這使得nrf2401能夠區(qū)分接收數據包中的數據和crc校驗碼； 地址寬度：聲明射頻數據包中地址占用的位數。這使得nrf2401能夠區(qū)分地址和數據； 地址：接收數據的地址，有通道1的地址和通道2的地址； crc：使nrf2401能夠生成crc校驗碼和解碼。 當使用nrf2401片內的crc技術時，要確保在配置字中crc校驗被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協議。 在配置模式下，注意保證pwr_up引腳為高電平，ce引腳為低電平。配置字從最高位開始，依次送入nrf2401。在cs引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。 3、

39、整體設計方案介紹本次設計電子鐘系統(tǒng)功能簡單，用單片機的最小系統(tǒng)就能得以實現。而單片機的最小系統(tǒng)設計中實際上最重要的就是對鍵盤/顯示器接口電路的設計，由于系統(tǒng)功能不同所以要求就不同，接口設計也就不同。對一個鍵盤/顯示器接口設計應從整個系統(tǒng)出發(fā)，綜合考慮軟、硬件特點。下面是本人在設計前對各種設計方案的考慮：3.1多功能電子鐘計時方案方案一：采用實時時鐘芯片實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數據的更新每秒自動進行一次，不需程序干預。計算機可通過中斷或查詢方式讀取計時數據進行顯示，因此計時功能的實現無需占用cpu的時間，程序簡單。此外，實時時鐘芯片多數帶有鋰電池做后備電

40、源，具備永不停止的計時功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實時測控系統(tǒng)的采樣信號等；有的實時時鐘芯片內部還帶有非易失性ram，可用來存放需長期保存但有時也需變更的數據。由于功能完善，精度高，軟件程序設計相對簡單，且計時不占用cpu時間，因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實現實時時鐘功能。方案二: 軟件控制。利用單片機內部的定時/計數器進行中斷定時，配合軟件延時實現時、分、秒的計時及秒表計時。該方案節(jié)省硬件成本，且能使設計者對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而掌握單片機應用技術mcs-51匯編語言程序設計方法，因此，本系統(tǒng)設計采用此種軟件控制方法來實現計時。89c51是一種帶4

41、k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造它與通用80c51系列單片機的指令系和引腳兼容。片內的flash可允許在線重新編程，也可使用通用非易失性存儲器編程。它將通用cpu和在線可編程flash集成在一個芯片上，形成了功能強大、使用靈活和具有較高性能價格比的微控制器。它的功能強大，而且也較容易購買，故本設計中所選的單片機為89c51單片機。3.2多功

42、能電子鐘鍵盤/顯示方案方案一: 8279擴展。該方案方框圖如圖所示，8279是一種可編程的鍵盤/顯示接口專用芯片，它含有鍵盤輸入和顯示輸出兩種功能，鍵掃描程序和動態(tài)顯示程序全由8279硬件自動完成，此種方案能以比較簡單的硬件電路和較少的軟件開銷實現單片機與鍵盤、led顯示器的接口。 方案二: 8155擴展，led動態(tài)顯示。 該方案方框圖如圖1.2.2所示，8155是一塊可編程的接口芯片，與單片機的接口非常簡單，它的鍵盤、顯示共用一個接口電路，可節(jié)省i/o口。但動態(tài)掃描方式需占用cpu較多的時間，在單片機沒有太多實時測控任務的情況下可以采用。方案三: 串口擴展，led靜態(tài)顯示。該方案方框圖如圖1

43、.2.3所示，獨立式鍵盤配置靈活，軟件結構簡單，按鍵較多時不宜采用。靜態(tài)顯示占用口資源少，采用串口傳輸實現靜態(tài)顯示， led數碼管與單片機之間通過6個移位寄存器相連，顯示亮度有保證，但此方案的硬件開銷大，電路復雜，信息刷新速度慢，比較適用于并行口資源較少的場合。 方案四:獨立按鍵，1602液晶動態(tài)顯示該方案方框圖如下圖所示，獨立按鍵與單片機相連構成鍵盤各個鍵盤之間作用時相對獨立。現市場上使用的1602液晶以并行操作方式居多，但也有并、串同時具有的。本設計使用的只有并行接口，無串行接口，可顯示兩行。具有很強的實用性能，故本設計中使用此種方案。3.3 多功能電子表原理方框圖、原理圖3.3.1 多功

44、能電子鐘原理方框圖多功能電子表整機電路方框圖如圖：89c51時鐘電路時鐘電路復位電路鍵盤控制液晶顯示電源無線傳輸3.3.2 多功能電子鐘電路原理圖圖3-1多功能電子鐘液晶顯示電路原理圖圖3-2多功能電子鐘鍵盤電路原理圖圖3-3多功能電子鐘復位電路圖3-4多功能電子鐘時鐘電路原理圖圖3-5多功能電子鐘鍵盤電路原理圖圖3-6多功能電子鐘無線傳輸電路原理圖3.4 多功能電子鐘單元電路工作原理介紹3.4.1 液晶顯示電路工作原理 如圖3-2所示為液晶顯示電路原理圖。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。本設計選用的是1602

45、液晶顯示，其為5v電壓驅動，帶背光，可顯示兩行，每行16個字符，不能顯示漢字，內置含128個字符的ascii字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。1、接口信號（引腳）說明1602型液晶接口信號（引腳）說明2、主要技術參數顯示容量16x2個字符芯片工作電壓4.55.5v工作電流2.0ma（5.0v）模塊最佳工作電壓5.0v字符尺寸295x4.35（wxh）mm3、基本操作時序讀狀態(tài) 輸入：rs=l，r/w=h，e=h 輸出：d0d7=狀態(tài)字。讀數據 輸入：rs=h，r/w=h，e=h 輸出: 無寫指令 輸入：rs=l，r/w=l，d0d7=指令碼，e=高脈沖 輸出：d0d7=數據寫數據 輸入：r

46、s=h，r/w=l，d0d7=數據，e=高脈沖 輸出： 無4、ram地址映射圖控制器內部帶有80b的ram緩沖區(qū)，對應關系如下圖所示。 當我們向圖中的000f、404f地址中的任一處寫入顯示數據時，液晶都可立即顯示出來，當寫入到1027或5067地址處時，必須通過移屏指令將它們移入可顯示區(qū)域方可正常顯示。5、狀態(tài)字說明注意：原則上每次對控制器進行讀/寫操作之前，都必須進行讀/寫檢測，確保sta7為0。實際上，由于單片機的操作速度慢于液晶控制器的反應速度，因此可以不進行讀/寫檢測，或只進行簡短延遲即可。6、數據指針設置控制器內部設有一個數據地址指針，用戶可以通過它們訪問內部的全部80bram如下

47、表所示。7、其他設置8、初始化設置（1）顯示模式設置，如下表（2）顯示開/關及光標設置，如下表9、接口時序a) 讀操作b) 寫操作3.4.2 鍵盤電路工作原理如圖3-2所示為鍵盤電路原理圖,本設計采用的是獨立式鍵盤結構，每個按鍵單獨占用一根i/o口線，每個按鍵的工作不會影響其它i/o口線的狀態(tài)。它軟件是采用查詢式結構，首先逐位查詢每根i/o口線的輸入狀態(tài)，如某一根i/o口線輸入為低電平，則可確認該i/o口線所對應的按鍵已按下，然后，再轉向該鍵的功能處理程序。3.4.3 復位電路工作原理如圖3-3所示為復位電路原理圖，復位是單片機的初始化操作，其主要功能是把pc初始化為0000h,使單片機從00

48、00h單元開始執(zhí)行程序，并使其它功能單元處于一個確定的初始狀態(tài)。本復位電路采用的是按鍵復位，它是通過復位端經電阻與vcc電源接通而實現的，它兼具上電復位功能。因本系統(tǒng)的晶振的頻率為11.0592mhz，所以，復位信號持續(xù)時間應當超過2s才能完成復位操作。 3.4.4 時鐘電路工作原理 如圖3-4所示為時鐘電路原理圖，在89c51芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2。而在芯片內部，xtal1和xtal2之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。3.4.5

49、鍵盤電路工作原理如圖3-5所示為鍵盤原理圖,本系統(tǒng)采用的是獨立式鍵盤結構，每個按鍵單獨占用一根i/o口線，每個按鍵的工作不會影響其它i/o口線的狀態(tài)。它軟件是采用查詢式結構，首先逐位查詢每根i/o口線的輸入狀態(tài)，如某一根i/o口線輸入為低電平，則可確認該i/o口線所對應的按鍵已按下，然后，再轉向該鍵的功能處理程序。 3.4.6 無線傳輸電路工作原理如圖3-6所示為無線傳輸電路原理圖。nrf2401a 及其外圍電路如圖所示，包括nrf2401a 芯片部分、穩(wěn)壓部分、晶振部分、天線部分。電壓vdd 經電容c1、c2、c3 處理后為芯片提供工作電壓；晶振部分包括y1、c9、c10，晶振y1允許值為：

50、4mhz、8mhz、12 mhz、16 mhz，如果需要1mbps 的通信速率，則必須選擇16mhz晶振。天線部分包括電感l(wèi)1、l2，用來將nrf2401a 芯片ant1、ant2 管腳產生的2.4g 電平信號轉換為電磁波信號，或者將電磁波信號轉換為電平信號輸入芯片的ant1、ant2 管腳。為方便與板的連接，模組提供了兩個接口j1、j2，其中j1 為nrf2401的控制端口和通道1 的收發(fā)通道，j2 為預留端口，是通道2 的接收通道。j1 接口為10pin 的插孔，其布局和板的i/o 端口布局一致，可以直接插接到板的i/o 端口使用。j2 預留，如果需要采用雙通道接收時，可以將j2 對應的3

51、 根信號線引出，接到單片機的i/o 上即可。對應的i/o 連接和功能描述詳見第二章nrf2401芯片介紹。3.4.7 多功能電子中的實現 本設計由89c51、nrf2401、1602液晶、按鍵等部分構成，能實現時間的顯示與調整、定時時間的設定和無線傳輸等功能。用89c51單片機控制的多功能電子鐘，顯示器件選用的是1602液晶，它可以顯示兩行，每行16個字符，顯示清晰直觀。電路由時鐘脈沖發(fā)生器、時鐘計時器、數字顯示電路以及時間調整電路組成。用單片機內的晶體振蕩器產生標準時間信號，根據60秒為1分、60分為1小時、24小時為一天的計數周期，分別組成兩個60進制（秒、分）、一個12進制（時）的計數器

52、。構成秒分時的計數，實現計時鐘表功能。4、程序設計流程監(jiān)控程序流程圖s1鍵功能程序 s2鍵功能程序s3鍵功能程序 s4鍵功能程序鍵盤掃描子程序 取鍵值子程序中斷服務程序流程圖顯示子程序流程圖 延時子程序流程圖5、總結通過這一段時間的不懈努力，我終于完成了自己畢業(yè)設計。功能上基本達標：時鐘顯示，時鐘調整，時鐘定時，無線傳輸等功能。時鐘顯示功能，精度完全可以滿足日常生活顯示時間的需要；時鐘調整方便快捷；時鐘定時保證時鐘準確性和可靠性。硬件設計合乎要求，軟件設計可以配合硬件實現功能要求。但是由于時間比較短，設計還有些不足之處，如使用時鐘定時時顯示功能停止。經過論證可能是軟件部分還不完善，我會在以后有

53、機會的時候將其加以完善，使其很好的實現所有功能。無可否認機械時代即將過去，電子時代已經到來。作為新時代的我們，更應該提高自身的能力，適應時代的發(fā)展。只是來自實踐，多去生活中探尋所需要的答案。對于上述所提到的研究課題，我們應盡量考慮到人的因素，增強適中的實用性與操作性，為使用者提供切實的方便，營造一種舒適的生活氛圍。所以我們在設計的時候，應該從多方面、多角度去考慮問題，而且應該進一步提高時鐘的質量。另外，在本次設計的過程中，我還發(fā)現了很多的問題，雖然在此以前沒做過這樣的設計但通過這次設計的制作我還是學會了很多的東西。單片機類設計的重點在于軟件算法的設計，需要很精巧的程序算法，雖然以前接觸過一些程

54、序，打我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事情，比如寫一個程序看起來其功能很少就認為編寫程序很簡單，但在實際編寫的時候才發(fā)現一些細微的知識或低級的錯誤經常犯導致程序運行失敗。所以有些東西只有學精弄懂并且要十分的細心才行，只有理論的東西很難實現最后的結果，只有腳踏實地的實踐才能獲得最后的成功。在本次的設計中我還是用到了protel 99se，使我進一步鞏固了對畫圖軟件的使用能力。在畫圖的過程中雖然也遇到了一些難題，但我在老師和同學的幫助下都將其一一克服了。這次設計還讓我學到了很多有用的知識并且加強了自己的能力，讓我知道了89c51在整個時鐘電路中的作用以及各部分電路的原理。此次畢業(yè)設計的制作使我受益匪淺，不但提升了自己的專業(yè)知識能力也提高了我的動手操作能力。在此過程中我也發(fā)現了自己許多的不足之處，尤其是理論與實踐的脫節(jié)十分嚴重，當然我