1、 摘 要 时间是现代社会中不可缺少的一项参数 ,无论是平时生活还是社会生产都需要对时间进行控制 ,有的场合对其精确性还有 很 高的要求 .采用单片机进行计时 ， 对于 社会生产有着 十分重要的作用。 本文首先在绪论中介绍了单片机和时钟的概念和现状，然后在 对单片机系统、喇叭装置和显示电路做了深入的研究之后， 提出了 系统总体设计方案， 并 设计了 各部分硬件 模块 和软件流程 ， 在用 C语言设计了 具体 软件程序后， 用仿真 软件进行了 仿真 和调试 ,结果 证明了该设计 系统 的可行性。 由于 ATmega16 单片机的 控制器运算能力强，处理速度快，可以精确计时 ， 很好地解决了实际生产
2、 生活 中对 计时 高精确度的要求，因此该设计在现代社会 中 具有广泛的适用性。 关键字 ： ATmega16 定时 LCD 显示 仿真 调试 Abstract Modern society is indispensable to a parameter, whether in peacetime or in social production need to control the time, there are some occasions to its high accuracy requirements. Microcontroller used to time, the commun
3、ity has a production very important role. This paper first introduced in the introduction of the concept of C and clock and the status quo, then the SCM system, speakers and display circuit devices do an in-depth study, the overall design of the system proposed programme, all parts of the design of
4、the hardware module And software processes used in the compilation of the specific language of the software design process, Use software simulation and debugging, the results proved the feasibility of the design. As the controller ATmega16 MCU computing capability and processing speed, precision tim
5、ing, a good solution to the life of the actual production of high precision timing of the request, so the design in modern society has a broad applicability. Keyword: ATmega16 timing LCD display simulation debugging I 目 录 第一章 绪论 . - 1 - 1.1 设计本电子定时闹钟的目的和意义 . - 1 - 1.2 单片机和数字钟介绍 . - 1 - 1.2.1 单片机介绍 .
6、 - 1 - 1.2.2 数字钟介绍 . - 3 - 1.3 本 LCD 电子闹钟的特点和功能介绍 . - 4 - 1.3.1 本电子钟设计特点 . - 4 - 1.3.2 本电子钟的主要功能 . - 4 - 第二章 总体方案设计与硬件设计 . - 5 - 2.1 总体设计方案 . - 5 - 2.2 电路总体概念图设计 . - 5 - 2.3 ATMEGA16 单片机硬件结构设计 . - 6 - 2.3.1 ATMEGA16 单片机内部总体结构 . - 6 - 2.3.2 ATMEGA16 单片机的引脚 . - 7 - 2.3.3 ATMEGA16 的微处理器 . - 8 - 2.3.4 A
7、TMEGA16 存储器的结构 . - 8 - 2.3.5 ATMEGA16 的并行 I/O 口 . - 10 - 2.3.6 系统时钟及时钟选项 . - 11 - 2.3.7 ATMEGA16 的复位和复位电路 . - 13 - 2.4 时钟电路部分设计 . 错误 !未定义书签。 2.5 LCD 显示电路部分 . - 16 - 2.5.1 LCD 介绍 . - 16 - 2.5.2 LCD 的选材 . - 20 - 2.6 喇叭部分的电路 . - 21 - 第三章 软件设计 . - 22 - 3.1 软件设计概述 . - 22 - 3.2 主函数的设计 . - 22 - II 3.3 部分设计
8、思想的说明 . - 23 - 3.3.1 闹钟的实现 . - 23 - 3.3.2 显示程序 . - 24 - 总结 . - 24 - 参考文献 . - 27 - 致谢 . - 28 - 附 录 . - 27 - - 1 - 第一 章 绪 论 1.1 设计本电子定时闹钟的目的和意义 一、复习和巩固所学过的知识，利用此毕业设计正好可以对所学过的知识进行系统的回顾和总结。 二、拓展知识面，课堂的知识是远远满足不了设计的要求的，这就需要我们主动去 找寻更多的资料，了解更多的知识。 三、培养了设计能力和解决实际问题的能力，同时增强了自学能力，通过设计完整的单片机系统也初步掌握了组成系统、编程、调试等能
9、力。 四、通过本 LCD 电子钟 的设计初步了解了单片机应用系统开发研制过程，软件和硬 件设计的方法。 1.2 单片机和数字钟 介绍 1.2.1 单片机介绍 1.单片机定义 “单片机”就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括 CPU（ Central Processing Unit）、 ROM(Read Only Memory)、 RAM（ Random Access Memory）、 并行口（ Parallel Port）、串行口 (Serial Port)、定时器计数器 (Timer/Counter)、中断系统(Interrupt System)、系统时钟及系统总线等。 2.单片机分类
10、 单片机按照其用途 可分为通用型和专用型两大类。 通用型单片机具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强，能覆盖多种应用需求。 专用单片机是专门针对某个特定产品的，例如，专用于电机控制的单片机、车载电子设备、语音信号处理和家用电器中的单片机等。 3.单片机的发展概况 单片机的发展经历了探索 -完善 -MCU 化 -百花齐放四个阶段。 （ 1） 芯片化探索阶段 - 2 - 20世纪 70午代，美国的 Fairchild(仙童 )公司首先推出了第一款单片机 F 8，随后 Intel 公司推出了影响面大、应用更广的 MCS48 单片机系列。 MCS48 单 片机系列的推出标志着在工业控制领域，进入到
11、智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。参与这一探索阶段的还有 Motorola、 Zilog 和 Ti 等大公司，它们都取得了满意的探索效果，确立了在 SCMC的嵌入式应用中的地位。这就是 Single Chip Microcomputer的诞生年代，单片机一词即由此而来。这一时期的特点是： 嵌入式计算机系统的芯片集成设计 ； 少资源、无软件，只保证基本控制功能。 （ 2） 结构体系的完善阶段 在 MCS-48 探索成功的基础上很快推出了完善的、典型的单片机系列 MCS-5l。ATMEGA16 系列单片机的推出，标志 着 Single Chip Microcomputer 体系结构的完善
12、。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机的体系结构。 1） 完善的总线结构 并行总线： 8 位数据总线、 16 位地址总线及相应的控制总线，两个独立的地址空间； 串行总线：通信总线，扩展总线。 2） 完善的指令系统 具有很强的位处理功能和逻辑控制功能，以满足工业控制等方面的需要； 功能单元的 SFR(特殊功能寄存器 )集中管理。 3） 完善的 ATMEGA16 成为 SCMC 的经典体系结构 日后，许多电气商在 ATMEGA16 的内核和体系结构的基础上，生产出各具特色的单片机。 （ 3） 从 SCMC 向 MCU 化过渡阶段 Intel公司推出的 MCS96 单片机，将一些用于测控系统
13、的模数转换器 (ADC)、程序运行监视器 (WDT)、脉宽调制器 (PWM)、高速 I/O 口纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。 由于 ATMEGA16 单片机系列向各大电气商的广泛扩散，许多电气商竞相使用 80C51 为核，将许多 在 测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中；随着单片机内外围功能电路的增强， 进一步 强化了智能控制器 的 特征。微控制器 (Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。其特点是： 1） 满足嵌入式应用要求的外围扩展，如 WDT、 PWM、 ADC、 DAC、高速 I/0 口等。 - 3 - 2） 众多计算机外围功能集
14、成，如： 提供串行扩展总线： SPI、 I2C、 BUS、 Microwire； 配置现场总线接口： CAN BUS。 3） CMOS 化，提供功耗管理功能。 4） 提供 OTP 供应状态，利于 大 规模和批量生产。 （ 4） MCU 的百花齐放阶段 单片机发展到这一阶段，表明单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具 -小到玩具、家电行业 ，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域。为满足不同的要求，出现了高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的 8 位、 16 位、 32位通用型单片机，小型廉
15、价型、外围系统集成的专用型单片机，以及形形色色各具特色的现代单片机。可以说，单片机的发展进 入 了百花齐放的时代，为用户的选择提供了 广阔的 空间。 1.2.2 数字钟介绍 时 钟是将 小 时 、 分 钟 、 秒 钟 显示于 人的肉眼 的计时装置。 而 单片机模块中最常见的 正 是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术 实现时、分、秒计时的装置 ，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。 而 LCD 电子定时闹钟 是 以单片机为基础的 数字电路实现对时 、 分 、秒 的 数字显示的 数字 计时装置 ,它的计时周期为 24 小时，另外应有校
16、时功能和一些显示 日期 、 闹钟 等附加功能。一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、 “ 时 ” ， “ 分 ” ，“ 秒 ” ， “ 星期 ” 计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。 目前电子钟 广泛用于各种私人和公众场合 ,成为 我 们生活 、 工作 和 学习 中不可 缺 少的 好帮手。 由于时钟的实用性和在人们生活中的重 要性，所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。 钟表原先的报时功能 已经原不能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似 自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等 功能，本设计中 LC
17、D电子时钟采用 LCD 显示时间和日期年月，直观实用，而且可以方便的校调，附带的万年历和定时功能也是很方便和实用的 . - 4 - 1.3 本 LCD电子闹钟的 特点 和 功能 介绍 1.3.1 本电子钟 设计特点 本 LCD 电子定时闹钟是一 种基于单片机技术的多功能、多用途的电子产品，有 电子时钟、日期显示、定时闹铃等多种功能。本设计产品性能卓越，功能丰富，采用LCD 显示更加直观，是一个比较实用的电子产品 。 1.3.2 本电子钟的主要功能 1 可以显示 24 小时制 “时时 -分分 -秒秒”， LCD 显示 。 2 可以方便的设定定时时间、修改定时时间，闹铃功能，预设定时时间到将发出闹
18、铃声 。- 5 - 第二章 总 体方案设计 与 硬件设计 2.1 总体 方案 设计 本 LCD 定时闹钟， 是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以其他外围硬件电路，用 C 语言设计的程序来 实现 的。根据 mega16 单片机的外围接口特点扩展相应的硬 件电路，然后根据 单片机的指令设计出数字钟相应的软件，再利用软件 执行一定的程序 来 实现数字钟的功能。 由于采用集成芯片性的单片机来制作电子钟， 这样 设计制作简单而且功能多、精确度高，也可方便 扩充其他功能，实现也十分简单。 本设计是利用 mega16 单片机为主控芯片，由 LCD、晶振、电阻、电容、发光二极管、开关、喇叭等元件组成硬件电
19、路，通过编写软件程序来实现和控制的数字定时闹钟。 2.2 电路总体概念图设计 总体的硬件系统结构框图如图 2-1 所示 图 2-1 硬件电路概念示意 图 其中 ATmega16 为硬件系统的核心部分，震荡电路为单片机芯片提供时钟信号，调时电路用来设置时间和闹铃时间，输出 分为 两部分 ； 一部分连接到 LCD 用于时间的显示，一部分连接到喇叭，用于闹铃声音的输出。 ATmega16 震荡 电路 定时 电路 喇叭 LCD 片选 代码 - 6 - 2.3 ATMEGA16单片机 硬件 结构 设计 2.3.1 ATMEGA16 单片机内部总体结构 ATMEGA16 单片机 是在一块芯片中集成了 CPU、 RAM、 ROM、输入 /输出接口、系统总线等基本部件构成 微型计算机基本部件的单片机， 其 内部构造如图 2-2 所示 图 2-2 ATMEGA16 单片机内部总体结构图
