多功能标准时钟外文翻译资料

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多功能标准时钟

1单片机与嵌入式系统

嵌入式系统源于计算机的嵌入式应用，早期嵌入式系统为通用计算机经改装后嵌入到对象体系中的各种电子系统，如舰船的自动驾驶仪，轮机监测系统等。嵌入式系统首先是一个计算机系统，其次它被嵌入到对象体系中、在对象体系中实现对象要求的数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能，由于嵌入在对象体系中，嵌入式系统的计算机没有计算机的独立形式及功能。单片机完全是按照嵌入式系统要求设计的，因此单片机是最典型的嵌入式系统。早期的单片机只是按嵌入式应用技术要求设计的计算机单芯片集成，故名单片机。随后，单片机为满足嵌入式应用要求不断增强其控制功能与外围接口功能，尤其是突出控制功能，因此国际上已将单片机正名为微控制器(MCU，Microcontroller Unit)。

2单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统

单片机是器件级计算机系统，它可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。小到微型机械，如手表、助听器。集成器件级的低价位，低到几元、十几元，足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户，正改变我们的生活，如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。单片机革新了原有电子系统，如微波炉采用单片机控制后，可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制；空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。

3嵌入式系统带动了整个电子产业

目前电子元器件产业除了微处理器、嵌入式系统器件外，大多是围绕现代电子系统配套的元器件产业，例如满足人机交互用的按键，LED/LCD显示驱动、LED/LCD显示单元、语音集成器件等，满足数据采集通道要求的数字传感器、ADC、数据采集模块、信号调理模块等，满足伺服驱动控制的DAC、固体继电器、步进电机控制器、变频控制单元等，满足通信要求的各种总线驱动器、电平转换器等。

世界电子元器件在嵌入式系统带动下，沿着充分满足嵌入式应用的现代电子系统要求发展。这就使原来经典电子系统的天地愈来愈小。电子系统中的各类从业人员应尽早转向现代电子系统的康庄大道。

Proteus 软件是英国Labcenter-electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅实现基本电路的仿真，还可以单片机硬件和外围电路。在proteus 强大的仿真能力和丰富的元器件资源，硬件电路，硬件电路的设计过程能够有效的完成。在设计，仿真和调试的硬件电路中第一个使用Proteus软件。当结果达到了设计要求，物理电路最终形成和调试出来。这样做不仅确保了高效率，电路低投资设计，而且减少了在实践中调试失误引起的损失。另外，它也为硬件电路设计提过了一个有效的设计方法在实验室资源稀少的条件下。

80C52是整个硬件电路的控制中心。P0脚连接六个LED数码管分别的通过74HC573.80C52的P2脚中的脚2.6和脚2.7分别控制数码管的段部分选择和位选择信号。关键在于连接3.7脚，它能清楚的演示现象。六个数码管从左到右被分成三个部分。它分别显示时（时—高电平，时—低电平），分（分—高电平,分—低电平），秒（秒—高电平，秒—低电平）；P0脚通过外部上拉电阻连接74HC373.使用两个主要是节省80C52的端口资源。为了后续发展电路设计。外围电路包括电路输入功率，电源滤波器电路、复位电路、LED显示电路等。整个硬件电路用图形被显示出来。

通过使用C语言控制单片机80C52的每个脚，设计电路需要满足电子钟的各项功能。LED数码管“0—9”的显示部分被编码通过“a-h”显示段数，它能控制段数选择和位选择通过脚P2.6和P2.7。当P2.6为高电平时，段元素被选择，输出数据通过P0连接”a-h”的数码管为了达到相应的显示，最终满足P2.6为低电平关上开关；当P2.7为高电平时，位被选择，输出数据通过P0连接六个数码管为了控制哪个数码管显示，最终能够满足P2.7关上开关。也就是说，段选择P2.6显示控制，同时，为选择P2.7控制数码管的位。

这个设计电子钟时钟程序包括两个重要的方面：（1）时间设置。数码管的显示时间根据秒延迟时间被控制的；（2）计时设置。当秒针和分针分别跑到60时，数字钟开始清零，当时走到24时，它开始回到起点清零。

时钟控制程序通过两种方法被设计。（1）使用延时功能控制秒的计时。在 Keil u Vision2

软件虚拟环境，他调试延时功能和延时参数仅仅一秒，设置秒针、分针、时针的计时方法。简单方便被理解是这种方法的优势，简单被实施，涉及的知识点少；缺点是一些延迟误差出现在计时期间。（2）内部单片机定时器/计时器。这种方法的优势是时间精确，错误少，缺点是很难被读懂。为了将来提供理论参考软件，时间设置这两种方法已经被使用的过程中展示了它们的优势和劣势。Keil u Vision2软件编辑界面成功被完成和显示在第二幅图中（“0错误”和“0警告”）。它转换成.HEX十六进制的文件为了下一步的仿真。

在C语言对单片机80C52的每个脚的控制下，Keil u Viision2 软件完成，HEX十六进制的文件转换。在Proteus 7.5仿真软件下，根据电路原理和在图1结构显示，它完成了一个完整的电路图。下载 HEX文件到MCU包含仿真结果图3显示。在这幅图中，六个发光数码管选择“7SEG-MPX6-CC-BLUE”组模块，最前前面的两位显示时，中间两个显示分，最后两个显示秒。当按下开关键时，数码管将会被清零。然后又重新计时。在程序中改变时间的参数值和延时时间，它能改变时钟的快慢和实现跑表的功能。为了进一步验证程序和硬件电路设计的准确性，它包含在第4幅图中显示效果显示通过下载.HEX文件到单片机MCU。最终，它验证了整个电路的设计的准确性通过Proteus 仿真软件和物理显示。

这篇论文系统性的研究了单片机控制电子钟电路从各个方面:硬件电路，软件程序，软件仿真和物理显示。整个电路是简单的，功能扩展型和显示灵活的特点。在这篇论文中，它验证的程序设计和电路设计的准确性通过软件仿真和物理显示。把Proteus仿真软件导入单片机的仿真中为了来避免在传统的直接应用硬件设计里产生的构造，调试，仿真，制板，焊接等一系列的过程，它不仅缩短了电路设计的产品开发周期，减少了元器件，而且摆脱了由于不完整的实验实验室的硬件资源的限制条件。把Proteus虚拟仿真技术放入到MCU控制电路设计有一些理论性和实践性的显著成果。

采用L ED 数码管的数字显示以其亮度高、显示直观等优点被广泛应用于智能仪器及家用电器等领域. 本文介绍一种以AT89C52单片机为核心,以共阳极高亮度L ED 数码管作为显示器件组成7 位数字显示的实用多功能电子时钟的设计,该时钟可显示星期、时、分、秒,也可切换为年、月、日显示,同时具有整点音乐报时及定时闹钟等功能,也可作电子秒表使用。

时钟电路是计算机的心脏, 它控制着计算机的工作节奏就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。

时钟，自从它被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是在现在这个讲究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。然而随着时间的推移，人们不仅对于时钟精度的要求越来越高，而且对于时钟功能的要求也越来越多，时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。可以说，设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身，更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用。在很多实际应用中，只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。本文正是基于这种设计方向，以单片机为控制核心，设计制作一个符合指标要求的多功能数字时钟。

本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个多功能数字时钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、闹钟模块、环境温度检测模块、液晶显示模块、键盘控制模块以及信号提示模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能在4V～7V直流电源下正常工作。能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关、止闹功能，能够对时钟所在的环境温度进行测量并显示。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。

时钟设计无沦是用离散逻辑、可编程逻辑，还是用全定制硅器件实现的任何数字设计，为了成功地操作，可靠的时钟是非常关键的。设计不良的时钟在极限的温度、电压或制造工艺的偏差情况下将导致错误的行为，并且调试困难、花销很大。在设计FPGA/CPLD时通常采用几种时钟类型。时钟可分为如下四种类型：全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和波动式时钟。多时钟系统能够包括上述四种时钟类型的任意组合。

无论采用何种方式，电路中真实的时钟树也无法达到假定的理想时钟，因此我们必须依据理想时钟，建立一个实际工作时钟模型来分析电路，这样才可以使得电路的实际工作效果和预期的一样。在实际的时钟模型中，我们要考虑时钟树传播中的偏斜、跳变和绝对垂直的偏差以及其它一些不确定因素。

对于寄存器而言，当时钟工作沿到来时它的数据端应该已经稳定，这样才能保证时钟工作沿采样到数据的正确性，这段数据的预备时间我们称之为建立时间（setup time）。数据同样应该在时钟工作沿过去后保持一段时间，这段时间称为保持时间（hold time）。

全局时钟对于一个设计项目来说，全局时钟(或同步时钟)是最简单和最可预测的时钟。在PLD/FPGA设计中最好的时钟方案是：由专用的全局时钟输入引脚驱动的单个主时钟去钟控设计项目中的每一个触发器。只要可能就应尽量在设计项目中采用全局时钟。PLD/FPGA都具有专门的全局时钟引脚，它直接连到器件中的每一个寄存器。这种全局时钟提供器件中最短的时钟到输出的延时。

门控时钟在许多应用中，整个设计项目都采用外部的全局时钟是不可能或不实际的。PLD具有乘积项逻辑阵列时钟（即时钟是由逻辑产生的），允许任意函数单独地钟控各个触发器。然而，当你用阵列时钟时，应仔细地分析时钟函数，以避免毛刺。

通常用阵列时钟构成门控时钟。门控时钟常常同微处理器接口有关，用地址线去控制写脉冲。然而，每当用组合函数钟控触发器时，通常都存在着门控时钟。如果符合下述条件，门控时钟可以象全局时钟一样可靠地工作：

驱动时钟的逻辑必须只包含一个“与”门或一个“或”门。如果采用任何附加逻在某些工作状态下，会出现竞争产生的毛刺。

逻辑门的一个输入作为实际的时钟，而该逻辑门的所有其它输入必须当成地址或控制线，它们遵守相对于时钟的建立和保持时间的约束。

多级逻辑时钟当产生门控时钟的组合逻辑超过一级(即超过单个的“与”门或“或”门)时，证设计项目的可靠性变得很困难。即使样机或仿真结果没有显示出静态险象，但实际上仍然可能存在着危险。通常，我们不应该用多级组合逻辑去钟控PLD设计中的触发器。

行波时钟另一种流行的时钟电路是采用行波时钟，即一个触发器的输出用作另一个触发器的时钟输入。如果仔细地设计，行波时钟可以象全局时钟一样地可靠工作。然而，行波时钟使得与电路有关的定时计算变得很复杂。行波时钟在行波链上各触发器的时钟之间产生较大的时间偏移，并且会超出最坏情况下的建立时间、保持时间和电路中时钟到输出的延时，使系统的实际速度下降。

多时钟系统许多系统要求在同一个PLD内采用多时钟。最常见的例子是两个异步微处理器器之间的接口，或微处理器和异步通信通道的接口。由于两个时钟信号之间要求一定的建立和保持时间，所以，上述应用引进了附加的定时约束条件。它们也会要求将某些异步信号同步化。

在许多应用中只将异步信号同步化还是不够的，当系统中有两个或两个以上非同源时钟的时候，数据的建立和保持时间很难得到保证，我们将面临复杂的时间问题。最好的方法是将所有非同源时钟同步化。使用PLD内部的锁项环（PLL或DLL）是一个效果很好的方法，但不是所有PLD都带有PLL、DLL，而且带有PLL功能的芯片大多价格昂贵，所以除非有特殊要求，一般场合可以不使用带PLL的PLD。这时我们

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