基于单片机的万年历时钟设计【开题报告】

毕业设计开题报告

测控技术与仪器

基于单片机的万年历时钟设计

1选题的背景、意义

在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影响。为了更好的利用我们自己的时间，需要一款灵活、稳定而又功能强大的自动定时控制系统，以规范本单位的作息时间或定时控制一些设备。目前，市面上出现的一些时控设备或功能单一，或使用烦琐，或价格昂贵，总有一些不尽如人意的地方[1]。我们必须对时间有一个度量，因此产生了钟表。钟表的发展是非常迅速的，17 世纪中叶, 由荷兰人C. Huygens来发明的第一个钟摆与以前任何计时装置相比, 摆钟的精确度提高了上百倍,而他随后发明的螺旋平衡弹簧,又进一步提高精度、减小体积, 导致了怀表的出现。然而再好的摆钟,其精度也只能达到每年误差不超过一秒[2]。1939年出现了利用石英晶体振动计时的石英钟, 每天误差只有千分之二秒, 到二次大战后精度提高到30 年才差一秒。很快, 测年的技术又推进到原子层面, 1948 年出现第一台原子钟, 1955年又发明了铯原子钟, 利用Cs133原子的共振频率计时,现在精度已经高达每天只差十亿分之一秒[2]。

从刚开始的机械式钟表到现在普遍用到的数字式钟表，即使现在钟表千奇百怪，但是它们都只是完成一种功能——计时功能，只是工作原理不同而已，在人们的使用过程中，逐渐发现了钟表的功能太单一，无法更大程度上的满足人们的需求。发展到现在人们广泛使用的万年历。万年历在家庭居室、学校、车站和广场使用越来越广泛，给人们的生活、学习、工作带来极大的方便[3]。电子万年历具有信息量大、直观清晰、经济实用等优点，正成为家庭、商场、公共场所等新的消费热点，具有重要的开发价值[4]。随着科技的不断发展，家用电子产品不但种类日益丰富，而且变得更加经济实用，，功能也越来越齐全，除了公历年月、日、时分秒、星期显示及闹铃外，又增加了农历、温度、24节气及l2生肖等显示。甚至还有语音报时等独特功能。再加上造型新颖别致，附带立体动感画面，

配合鬻潺流水、悦耳鸟呜的背景音乐，确实是现代家庭、办公室、工厂、车站等查看时问或馈赠亲朋的理想用品，满足了当前人们追求个性化生活的需要。

万年历是我国古代传说中最古老的一部太阳历。为纪念历法编撰者万年功绩，便将这部历法命名为“万年历”[5]。而现在所使用的万年历，实际上就是记录一定时间范围内（比如100年或更多）的具体阳历或阴历的日期的年历，方便有需要的人查询使用，与原始历法并无直接联系。随着电子技术的发展，我们用于计时的工具也在不断地发展，而单片机技术的出现使得万年历有了的心得发展方向。单片机具有体积小、功能全、性价比高等优点，在工业控制、家用电器、通信、信息处理、尖端武器等各类控制领域中发挥极大地作用。单片机技术已然成为现在电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等行业的技术人员必须掌握的技术[6]。用最少的芯片就能实现强大的功能，这是将来电子产品的主流方向，它将一步步取代替他同类产品。

2相关研究的最新成果及动态

测时的原理是运用时间上稳定的周期性过程, 其实物理学上周期性过程的

时间范围极大, 短到普朗克时间的10-43s, 长到天文上的1017～1018s, 为测时提

供了广阔的空间[7]。

但是话又得说回来, 尽管有精确物理定义的“秒”,我们日常使用仍然是天文计时, 仍然是按昼夜作息、按年度预算。因为天文周期实际上也是人类生活环境的周期,其精度一般讲也足够我们日常使用。即使有了原子钟,仍然需要有历法的天文计时[8]。

归纳起来,人类计时有两种系统: 一种是天文计时,一种是物理计时。前面说到, 计时是从天文方法开始的,然而天文上的周期性并不像我们外行人想象的那样规则。以太阳为标准的天文“日”长度并不相等,现在一年之中就可以差51 秒; 更不用说根据珊瑚化石生长纹判断, 四亿年前一年有四百多天, 在地质尺度上

来讲地球自转速度是在减慢的。如此看来, 用独立的物理方法计时,避免天文计时中的不稳定因素,是极为重要的[9]。

随着科技的不断发展，万年历的出现解决了我们的这些问题。对手表稍有了解的人，都应该听说过手表三大复杂技术之一的万年历。它的英文“Perpetual

calendar”应直译为“永久日历”。但事实上，无论是万年还是永久都言过其实了。我们所见到的力年历表，除了正常的上弦和校对时间外，基本上每一百年就需要更正一次日期，所以称为一百年厉表才比较准确。在它的基础上进一步改造，增加数组齿轮和拨杆，理论上可以制造出四百年历表。只有突破了四百年大关才是真正的万年历表。

通过技术上的发展，电子电路对于万年历的发展祈祷了重大作用。电子电路的设计可以被划分为两个不同的领域:第一个领域将涉及如何设计一个可以完成所指定功能的电路，有时，这些功能的实现需要基于特定的实验室条件；而第二个领域则涉及如何设计同样的电路，以保证它的每个产品模块能完成所规定的功能，而不附加任何其他不期望和未指定的功能，在这个领域中，对产品的可靠性要求总是要高于对产品的寿命要求[10]。

将模拟设计和数字设计划分为两个完全独立的学科，是一种令人不安的倾向，而且这样的做法也不利于形成好的教学效果。数字电路实际上只是模拟电路的一个极端产物，任何透彻了解模拟电路原理的人，都能很好地分析逻辑设备中非常难以掌握的运行机理[10]。电子控制电路不仅在日常生活中有大量应用，而且广泛地应用于科学研究中 [11]，特别是以单片机为主的设计发展的尤为迅速：单片机发展极为迅速，当前世界上各大芯片制造公司郝推出了自己的单片机，从8位、16位到32位等，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地[12]。

马庆勇，吴中明于在基于《单片机的多功能时钟控制电路》中利用单片机AT89C2051的l6位定时器做成电子时钟。并利用电子时钟的精确定时作用实现了实时控制。为了能够增加控制设备的路数，本设计还利用一片74HC374锁存器芯片扩展了5个输出端口，大大提高了电路的控制功能，满足了日常生活和自动化生产中所需要的多路多时控制要求。电路采用6位共阳LED数码管作为系统的显示器件。每两位分别用来显示时钟的时、分、秒。键盘电路由6个按键组成，分别用来进行系统复位、时间调整等[1]。

向继文，廖立新利用AT89S51单片机及实时时钟集成电路DS1643，设计了一个电子钟系统，实现了日期、时间显示及报时功能。利用实时钟芯片DS1643 。

DS1643是带有全功能实时时钟的8k*8非易失性SRAM。以字节为单位进行存取DS1643计时功能强大，与单片机的接口简单，使用方便，能很好地满足各种计时定时的需求。本系统已经得到应用，很好地满足了笔者的日常生活需要。其系统结构图如下[13]：

鲁广英于基于单片机电子万年历的设计与实现中利用AT89C51单片机微处理芯片和DS1302实时时钟芯片的万年历的电路设计及软件设计。其能够显示阳历的年、月、日、星期、时、分、秒，并且可根据需要对各个位进行调节。DS1302包括实时时钟／日历和32字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟／日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM／PM指示决定采用24或l2小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：RES(复位)，I/O(数据线)，SCLK(串行时钟)。时钟／RAM的读／写数据以一个字节或多达32个字节的字符组方式通信。DS1302X：作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于lmW。其软件设计如下[14]：

图2 总体软件结构

滕振芳，张昆在利用AT89S52单片机为核心控制器，具有显示时间、日期、

星期、温度，进行12／24时制转换、整点报时和设置闹铃的功能，具有很强的实用价值。能够显示公历2001～2049年日历，星期自动对应，闰年、大、小月份自动调整；12／24时制转换；自动显示温度；在24小时内任意时刻设定4次定时闹铃，响闹时进行中文语音报时；在8～21点整点时敲整点钟声进行正点报时；亮度显示自动调节，即数码管显示亮度在晚上22点至早上7点降低亮度，使显示柔和不刺眼：时钟精度小于等于正负0．2秒／天；停电保持时钟运行十年以上；同时实现按键和红外遥控双重控制调时。电子万年历的外部面板显示年、月、曰、时、分、星期、温度以及12／24时制转换显示灯、走秒显示灯、定闹、整点报时显示灯。其总体设计框图如下[15]：

图3 总体设计框图

二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子万年历。近代世界钟表业界有三次革命：1.摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。2.是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。3.万年历的发明使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求！因此，电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步。

3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

1．研究内容