基于电力线的电子时钟设计【开题报告】.doc

1、 开题报告 基于电力线的电子时钟设计 专业： 电子信息工程 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 电子时钟是一种用于数字电路技术实现年、月、日、时、分、秒即使的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。在数字时钟的发展上看，主要向小型化、多功能化发展。 数字时钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。传统的设计方法有两种，一是利用组合逻辑电路和时序电路等中小规模集成电路来设计；一是利用单片机编程技术来设计。这两 种设计都存在硬件复杂，设计周期长，成本高等缺点。 7 随着经济的发展，人们的生活水

2、平也有很大的提高，各种家用电器已被大部分家庭需要和使用，而且随着现在经济和技术的不断发展，人们对自己的生活技术含量也有了更高的要求。为了满足人们的生活需要，为了推进社会的进步，提高加点的技术含量，是家电智能化、自动化，是很有必要的。同时，现在社会竞争激烈，人们都为了工作二奔波，不能很好的照顾自己的生活，如果有更方便的家用电器，就能节省他们的时间，让他们有更多的时间工作，所以智能化、自动化的家用电器能够为人们的生活提供很多方便 。 另一方面年，家用电器和其他耗能用具一样，应该向节能方向发展，这养复合社会的发展潮流。 今日的社会，单片机的使用已超脱我们的想象，平凡到我们的生活中，给我们的生活带来了

3、巨大的变革，用单片机来控制家用电器已经成为了主流。 电力线通信技术 （ Power Line Communication）简称 PLC，是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。 2由于该技术发展已有几十年 历史，故其技术本身而言已非常成熟，目前在多种场合使用的低速（ 1200bps 以下） 电力载波 已很普遍。 PLC 作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络 “ 最后一公里 ” 的解决方案。它是利用电力线作为通信载体，使得 PLC 具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受高速网络接入，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的 “ 四网合一 ”

4、 ！ 单 片微型计 算 机简称 单片机 ，是典型 的嵌入 式 微控制 器 （ Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用 处理器 发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯 片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 1 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很

5、大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。 90年代后随着消费电子产品大发展，单片 机技术得到了巨大提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用， 32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。 3目前，高端的 32位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通

6、的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端 1的型号也只有 10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理 的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于 嵌入式系统 ，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的 计算机 。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、 计算器 、家用电器、电子玩具、 掌上电脑 以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。 4而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作

7、。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算 的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器 ,它不是完成某一个逻辑功能的芯片 ,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的 存储器 件，不同的是它

8、的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、 VCD 等等的家电里面都可以看到它的身影 ， 它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。 5 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同 的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50

9、年代开发的 74系列，或者 60年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！ 只 因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级 汇编 语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的 CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。 2一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会

10、达到几十 K 的尺寸！对于家用 PC 的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样 的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来运行，家用 PC的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个 “ 电 ” 的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机。 4它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可

11、进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“ 肚子 ” 里。它在整个装置中，起着有如人类头脑 的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如 智能仪表 、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词 “ 智能型 ” ，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使 用单片机或其它可编程逻辑器件上。 鉴于单片机的有点和各种单片机的结构和内部储存的区别，我选择用常见的单片机A

12、T89C51 来做完我的设计核心。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 本设计要求运用已经学过的知识，设计制作电子时钟，并可以收工和自动调整设置功能，GPS 信号做完本时钟要接收的时间数据信号，本系统能自动接收一定的时钟数据信号自动调整好时间日期的显示。 GPS 的时钟信号通过载波电力线传输到时钟系统，可以解决在一定区域范围里的各电子时钟的准确度，能达到误差在 2 秒之内。本系统很适合各工矿企业学校医院等作 为准确时间使用，解决时钟的走时累计误差需要人工调整的麻烦。 三、研究步骤、方法及措施： 1 总体方案的选择、确立； 2 电路原理图设计； 3 PCB 电路板的设计与制作； 4 电路的焊

13、接与调试； 5 作品的完善，论文的撰写； 通过查阅已有的相关文档及技术资料，先确立总体方案，根据选择的方案通电路的搭建，进行针对性的设计研究。 四、参考文献 1吴发旺 ,王茜 ,何岩等 .电力线载波通信传输质量评价及其研究方法 J.电子质量 ,2007(7).33-35. 2 周强 , 丛海波 , 吴希杰 . 利用 GPS 实现高精度时钟 J. 信 息 技 术 与 信 息化 ,2006.5.148-150. 3杨文龙 .单片机原理厦应用学日指导 M.西安电子科拄大学出版社 ,1997. 4曹巧媛 .单片机原理与应用 M.北京 :电子工业出版社 ,2002. 5徐进 ,周宁 .GPS 接收机的单

14、片机通讯接口 J.电子器件 ,1999.22(3).23-26. 6汤效军 ,电力线载波通信技术的发展及特点 J.电力系统通信 ,2003.47-51. 7尹长川，罗涛，乐光新，多载波宽带无线通信技术 M 北京邮电人学出版社， 2004. 8李征航 ,黄劲松 .GPS 测量与数据处理 M.武汉大学出版社 ,2005 年 . 9何番玲 ,郑钢 ,范歉华 .GPS 定位倍意的采集鞠娃示 J.自动亿仪表 .2007,28(3).40. 10李光飞 ,李良儿 ,楼然苗等 .单片机 C 程序没计实例指导 M.北京 :航空航天大学出版社 ,2005.6l-90. 五、研究工作进度 ： （ 1）确定设计方案，上交文献综述、开题报告等。（ 11 月 15 日 -12 月 15 日） （ 2）理解单片机的硬件结构和指令系统。（ 12 月 16 日 -3 月 20 日） （ 3）掌握单片机系统设计的方法和步骤。（ 3 月 21 日 -4 月 10 日） （ 4）用 C 语言和汇编语言混合编程，实现系统功能。（ 4 月 11 日 -5 月 8日） （ 5）完成 PCB 设计、硬件制作与功能调试。（ 5 月 8 日 -5 月 30日） （ 6）参加答辩。（ 6 月 2 日）