本科畢業(yè)論文：基于廣播對時的實驗樓電子時鐘顯

畢 業(yè) 論 文

（科 學 研 究 報 告）

題 目 基于廣播對時的實驗樓電子時鐘顯
示系統(tǒng)設計
院(系)別 機電及自動化學院
專 業(yè) 測控技術與儀器
級 別 2008

摘 要
在比較特殊的應用系統(tǒng)中，我們不僅希望單片機系統(tǒng)能夠完成數(shù)據(jù)的采集處理，而且還同時想知道產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的時刻，以便于更詳細地了解和掌握現(xiàn)場情況，因此為單片機系統(tǒng)增加數(shù)字時鐘將是不可回避的一項新型的工程技術。
數(shù)字電子時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為了人們日常生活中必不可少的必需品，可以說時間的準確已成為各行業(yè)安全運行的基礎，如果時間出現(xiàn)誤差而不能及時校正，會造成一系列嚴重的后果和經(jīng)濟損失。
廣播對時是目前為止時間精確度最高的時間計量。
廣播是指通過無線電波或導線傳送_的新聞傳播工具。通過無線電波傳送節(jié)目的稱無線廣播，通過導線傳送節(jié)目的稱有線廣播。廣播的優(yōu)勢是對象廣泛，傳播迅速，功能多樣，感染力強；短處是一瞬即逝，順序收聽，不能選擇，語言不通則收聽困難。
隨著數(shù)字技術的迅速發(fā)展，廣播節(jié)目的制作、播出、傳輸也從原有的模擬方式逐步向數(shù)字方式發(fā)展，在廣播報時信號中增加時間碼信號已成為可能和必要。這樣，聽眾不僅能收到整點報時信號，還可以通過接收傳輸時間碼來自動校準時間，更好地為科研和生產(chǎn)和人們的日常生活服務。
基于廣播對時的實驗樓電子時鐘顯示系統(tǒng)設計是以單片機為核心，要求實現(xiàn)時間的實時數(shù)字顯示、人工調整和整點自動校時等基本功能；其集日歷和時間顯示以及其他擴展功能如溫度、濕度顯示為一體，極大地方便了人們的日常生活。在本設計中單片機的核心作用是勿庸置疑的。
自動校時即要求時間同步。
本設計利用音頻接收模塊接收無線整點信號，對該信號調理輸出到LM567接收引腳；并有LM567向CPU申請中斷，進行整點校對。


本設計的主要內容有：
掌握廣播對時及單片機等技術；
熟悉和分析相關資料，針對在實驗大樓電子時鐘系統(tǒng)的對時問題進行優(yōu)化設計；
確定工作原理，設計方案和系統(tǒng)組成；
進行計算和元件選擇，繪制電子線路原理圖；
繪制軟件流程圖；
并運用C51或匯編語言進行程序設計和綜合調試。

關鍵詞：單片機，LM567，電子時鐘，廣播對時

ABSTRACT
Special applications, we hope not only to the SCM system to complete the data collection and processing, but also at the same time want to know the moments of these data, in order to more detailed understanding and knowledge of site conditions, and therefore increase the number of single-chip system clock is a new project can not be avoided.
Digital electronic clock, since its invention of the day, has become the indispensable necessities of daily life can be said that the accuracy of time has become the basis of the safe operation of the various industries If the time error can not be promptly corrected, will result in a series of serious consequences and economic losses.
Broadcast when the most time by far the accuracy of time measurement.
Broadcasting is news by radio or wire transmission of
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略2811字，正式會員可完整閱讀）……　

4.2.3中斷控制 24
4.2.4中斷優(yōu)先級 25
4.2.5 中斷的響應過程 26
4.2.6 外部中斷的響應時間 27
4.2.7 外部中斷方式的選揮 27
第五章 LED顯示器 28
5.1 LED段顯示器結構與原理 28
5.2 LED顯示器及顯示方式 29
第六章 硬件設計 32
6.1 電源電路 32
6.2單片機的使用 32
6.3 顯示電路（動態(tài)顯示方式） 33
6.4人工調時電路 34
6.5自動校時電路 35
第七章 軟件設計 37
7.1 主程序 37
7.2 計時程序 37
7.3人工調時程序 40
7.4 自動校時程序 41
7.5 顯示子程序 42
第八章 心得體會 44
致 謝 45
參 考 文 獻 46
附 錄 47



第一章 緒論
單片機應用系統(tǒng)因其優(yōu)異的性能、高可靠性以及成本低廉被廣泛應用于航空航天、工業(yè)測控、機器人感覺、數(shù)字信號處理、通信等各個技術領域，然而在比較特殊的應用系統(tǒng)中，我們不僅希望單片機系統(tǒng)能夠完成數(shù)據(jù)的采集處理，而且還同時想知道產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的時刻，以便于更詳細地了解和掌握現(xiàn)場情況，因此為單片機系統(tǒng)增加數(shù)字時鐘將是不可回避的一項新型的工程技術。
隨著科技的發(fā)展和社會的進步，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是樣式上都發(fā)生了質的變化，有電子鬧鐘、電子秒表、體溫檢測等等。單片機在多功能數(shù)字鐘中的應用已是非常普遍，人們對數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內部結構以及工作原理。由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號進行計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行定時、校時功能。輸出設備顯示器可以用液晶顯示技術或者數(shù)碼管顯示技術。
數(shù)字電子時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為了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、航站、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來了極大的方便。但隨著時間的推移，科學技術的不斷發(fā)展，生活節(jié)奏越來越快,競爭日益激烈，人們對時間計量的精度越來越高，應用越來越廣�？梢哉f時間的準確已成為各行業(yè)安全運行的基礎，如果時間出現(xiàn)誤差而不能及時校正，會造成一系列嚴重的后果和經(jīng)濟損失。
廣播對時是目前為止時間精確度最高的時間計量。
基于廣播對時的實驗樓電子時鐘顯示系統(tǒng)設計是以單片機為核心，要求實現(xiàn)時間的實時數(shù)字顯示、人工調整和整點自動校時等基本功能；其集日歷和時間顯示以及其他擴展功能如溫度、濕度顯示為一體，極大地方便了人們的日常生活。在本設計中單片機的核心作用是勿庸置疑的。
1.1 廣播及其發(fā)送原理
廣播是指通過無線電波或導線傳送_的新聞傳播工具。通過無線電波傳送節(jié)目的稱無線廣播，通過導線傳送節(jié)目的稱有線廣播。廣播的優(yōu)勢是對象廣泛，傳播迅速，功能多樣，感染力強；短處是一瞬即逝，順序收聽，不能選擇，語言不通則收聽困難。
廣播電臺播出節(jié)目是首先把_通過話筒轉換成音頻電信號，經(jīng)放大后被高頻信號（載波）調制，這時高頻載波信號的某一參量隨著音頻信號作相應的變化，使我們要傳送的音頻信號包含在高頻載波信號之內，高頻信號再經(jīng)放大，然后高頻電流流過天線時，形成無線電波向外發(fā)射，無線電波傳播速度為3*10^8m/s，這種無線電波被收音機天線接收，然后經(jīng)過放大、解調，還原為音頻電信號，送入喇叭音圈中，引起紙盆相應的振動，就可以還原_，即是聲電轉換傳送——電聲轉換的過程。
1.2 單片機芯片技術發(fā)展概況
單片機誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。具有極其優(yōu)越的硬件特性：
1、單片機集成度高。單片機包括CPU、4KB容量的ROM（8031 無）、128 B容量的RAM、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口。
2、系統(tǒng)結構簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；
3、單片機可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時無故障；
4、處理功能強，速度快。
5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品
6、控制功能強
由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出各種類型的單片機。在單片機家族的眾多成員中MCS-5l系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要場合，成為國內單片機應用領域中的主流。目前，可用子MCS-51系列單片機開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應用系統(tǒng)，基于單片機的電子時鐘就是其中之一。
1.3 自動校時原理
隨著科學技術的發(fā)展，廣播報時逐步演變?yōu)閲窠?jīng)濟發(fā)展過程中不可或缺的一部分，它越來越多地為科學研究、軍事、醫(yī)學、社會經(jīng)濟活動、野外作業(yè)、軍隊、航海、邊遠地區(qū)的人們提供準確的時間。隨著人民生活水平的不斷提高、生活節(jié)奏的逐漸加快，原有廣播報時信號的長度已不能滿足需求，因此報時信號的長度由原來的10s修訂為5s 。
隨著數(shù)字技術的迅速發(fā)展，廣播節(jié)目的制作、播出、傳輸也從原有的模擬方式逐步向數(shù)字方式發(fā)展，在廣播報時信號中增加時間碼信號已成為可能和必要。為滿足國防、社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，應該讓野外作業(yè)的人員、邊遠地區(qū)的聽眾，收測到準確和具有年、月、日、時的時間信號和報時信號。在報時信號中增加傳輸時間碼，聽眾不僅能收到整點報時信號，還可以通過接收傳輸時間碼來自動校準時間，更好地為科研和生產(chǎn)和人們的日常生活服務。
報時方式：在每小時整點前報出五聲低音，整點時報出一聲高音，并以其高音起點作為整點；信號的頻率：低音信號的頻率800Hz，允許誤差 0.8Hz；高音信號的頻率為1600Hz，允許誤差 1.6Hz；信號的時間格式：低音信號持續(xù)時間0.25s，高音信號持續(xù)時間0.5s，持續(xù)時間允許誤差 0.001s；每兩聲間隔時間為1s，允許誤差 0.001s；整點報時準確度：中央人民廣播電臺報時準確度優(yōu)于1/100s，地方人民廣播電臺整點報時準確度優(yōu)于5/100s；時間碼排列順序：年、月、日 時，時間碼的格式和參數(shù)待定。
自動校時即要求時間同步。一種方法是用無線電波傳播時間信息，即利用無線電波來傳遞時間標準，然后由授時型接收機恢復時號與本地鐘相應時號比對，扣除它在傳播路徑上的時延及各種誤差因素的影響，實現(xiàn)鐘的同步。
隨著對時鐘同步精度要求的不斷提高，用無線電波授時的方法，開始時用短波授時（ms級精度），由于短波傳播路徑受電離層變化的影響，有一次和多次天波，且地波傳播距離近，使授時精度僅能達到ms級；發(fā)展到用超長波時，其授時精度約10μs左右；后來又用長波即用羅蘭C臺鏈兼顧授時，其授時精度可達到1μs，即使羅蘭C臺鏈組網(wǎng)也難以做到全球覆蓋；之后利用衛(wèi)星鐘作搬鐘，以超短波傳播時號，通過用戶接收共視某顆衛(wèi)星，使其授時精度優(yōu)于搬鐘，可達到10ns精度。
看來利用衛(wèi)星授時是實現(xiàn)全球范圍時鐘精密同步的好辦法，只有利用衛(wèi)星，才可在全球范圍內用超短波傳播時號。用超短波傳播時號不僅傳遞精度高，而且可提高時鐘比對精度。通過共視方法，把衛(wèi)星鐘當作搬運鐘使用，使授時精度高于直接搬鐘，因為直接搬鐘難于使兩地時鐘去共視它。共視可以消除很多系統(tǒng)誤差以及時間慢變化的誤差，而時間快變化的隨機誤差可通過積累平滑消除。
本設計利用音頻接收模塊接收無線整點信號，對該信號調理輸出到LM567接收引腳；并有LM567向CPU申請中斷，進行整點校對。
1.2.1 1600Hz信號處理
收音機發(fā)出的最后一聲報時信號頻率是1600Hz，我們在接收到前四聲800Hz信號后，開外部中斷1接收該1600Hz的信號，然后馬上進行自動校時。流程圖如圖1.1所示。


1.2.2 800Hz信號處理
收音機發(fā)出的報時信號五聲頻率都是800Hz的，我們可以采用外部中斷記數(shù)的方法檢測到前四聲報時信號，利用一個計數(shù)器進行加1操作，等到接收到第四聲時，允許校時。 流程圖如圖1.2所示。


第二章 MCS-51單片機指令系統(tǒng)分析
MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中增添了豐富的位操作指令，由于有了豐富的位操作指令．位操作部件可以和這些指令結合起來，構成一個完整的位處理器(即布爾處理機)，從而大大提高了MCS-51單片機的位處理能力。指令系統(tǒng)中設計的這個處理布爾變量的指令子集，在設計需大量處理位變量的程序時十分有效、方便，可將大量的硬件組合邏輯用軟件代替。
2.1 指令系統(tǒng)的尋址方式
指令的一個重要的組成部分是操作數(shù)，指令給出參與運算的數(shù)據(jù)的方式稱為尋址方式，換句話說，尋址方式就是尋找確定參與操作的數(shù)的真正地址。在MCS-51系列單片機的指令系統(tǒng)中尋址方式共有7種，可概括如下：
1．立即尋址
立即尋址也稱為立即數(shù)，它是在指令操作數(shù)線直接給出參加運算的操作數(shù)，其指令格式如下：
例如指令：MOV A，670H
這條指令的功能是將立即數(shù)70H傳送到累加器A中
2．直接尋址
在直接尋址方式中，指令操作數(shù)線給出的是參加運算的操作數(shù)地址。在MCS-51單片機中，直接地址只能用來表示特殊功能寄存器、內部數(shù)據(jù)寄存器和位地址空間。其中特殊功能寄存器和位地址空間只能用直接尋址方式訪問。
例如指令：ANL 70A，048A
表示70H單元中的數(shù)與立即數(shù)48相“與”．其結果存放在70H單元中。其中70H為直接地址，表示內部數(shù)據(jù)存儲器RAM個的一個單元。
3.寄存器尋址
寄存器尋址是對選定的工作寄存器R7~R0、累加器A、通用寄存器B、地址寄存器和進位位C中的數(shù)進行操作。其中寄存器R7~R0由指令碼的低3位表示，ACC、B、DPTR及進位位C隱含在指令碼中。因此在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，寄存器尋址也包含一種隱含尋址方式。
寄存器工作區(qū)的選擇由狀態(tài)標志寄存器PSW的寄存器均指當前工作區(qū)中的寄存器。
例如指令：INC R0
4．寄存器間接尋址

在寄存器間接尋址方式中，指令操作數(shù)給出的是存放操作數(shù)地址的寄存器。在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，可作為寄存器間接尋址的寄存器有工作寄存器R0～R1、堆棧指示器SP和地址寄存器DPTR。在指令助記符中，間接尋址用符號@來表示。
例如指令：ANL A，＠R0
表示寄存器R0中的數(shù)所指定的存儲器單元中的數(shù)和累加器A中的數(shù)相“與”，其結果存放在累加據(jù)A中。
5．相對尋址
相對尋址是將程序計數(shù)器PC中的當前值與指令第二字節(jié)給出的數(shù)相加，其結果作為轉移指令的轉移地址。轉移地址也稱為轉移目的地址，PC中的當前值稱為基地址，指令第二字節(jié)給出的數(shù)稱為偏移量。由于目的地址是相對于PC中的基地址而言，所以這種尋址方式稱為相對尋址。偏移量為帶符號的數(shù)，所能表示的范圍為十127～－128。這種尋址方式主要用于轉移指令。
例如指令：JC 80H;C＝l 跳轉
表示若進位位C為0，則程序計數(shù)器PC中的內容不改變，即不轉移。若進位位C為1，則以PC中的當前值為基地址，加上偏移量80H后所得到的結果作為該轉移指令的目的地址。
6.變址尋址
在變址尋址方式中，指令操作數(shù)域指定一個存放變址基值的變址寄存器。變址尋址時，偏移量與變址基址相加，其結果作為操作數(shù)的地址。在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，變址寄存據(jù)有程序計數(shù)器PC和地址寄存器DPTR。
例如指令；MOVC A，＠A十DPTR表示累加器A為偏移量寄存器，其內容與地址寄存器DPTR中的內容相加，其結果作為操作數(shù)的地址，取出該單元中的數(shù)送入累加器A。
7．位尋址
位尋址是指對一些內部數(shù)據(jù)存儲器RAM和特殊功能寄存器進行位操作時的尋址。在進行位操作時，借助于進位位C作為位操作累加器，指令操作數(shù)域直接給出該位的地址，然后根據(jù)操作碼的性質對該位進行位操作。
2.2 指令系統(tǒng)的使用要點
在使用指令開發(fā)應用軟件時，要注意影響標志位的指令和常用偽指令的使用。
1．指令系統(tǒng)中影響標志位的指令
MCS-51指令系統(tǒng)中有些指令的執(zhí)行會影響PSW中的標志位，指令系統(tǒng)中影響標志位的全部指令如表2-1所示。這類指令可供狀態(tài)查詢用，它們包括可直接用于進位位C的操

作指令(如進位位的置位、傳送、清零、邏輯操作指令)，和只影響進位標志的CJNE、DA、RRC、RLC四條指令，以及加、減、乘、除指令。
表2-1 影響標志位的指令表

2．主要的偽指令
MCS-51指令系統(tǒng)之外，根據(jù)匯編語言的需要，還定義了一定數(shù)量的偽指令，這些偽指令提供匯編的控制信息，并不是CPU能執(zhí)行的指令，常用的偽指令有如下幾種。
1）定位偽指令：ORG m
m為十進制或十六進制數(shù)。m指出編譯成機器語言的指令存儲的起始地址。
2）定義字節(jié)偽指令：DB*l，*2…*n
*i為單字節(jié)的十進制或十六進制數(shù)，也可以是兩個單引號括起來的字符串，還可以是我們定義的數(shù)據(jù)符號，用于在程序中定義一個常數(shù)表。
3） 定義字偽指令：DW Y1，Y2，……，Y m
Yi為雙字節(jié)的十進制或十六進制數(shù)據(jù)，也可以是我們定義的地址符號地址表。
2.3 指令系統(tǒng)分類總結
如果按功能分類，MCS-51指令系統(tǒng)可分為
1．數(shù)據(jù)傳送類指令；2．算術操作類指令；3．邏輯操作類指令；
4．控制轉移類指令；5．布爾變量操作類指令。
具體指令可查閱相關書籍。



第三章 MCS-51單片機系統(tǒng)介紹
3.1 I/O口和片外總線
3.1.1輸入／輸出(I／O)口
MCS-51單片機有4個雙向的8位I／O口P0～P3，P0口為三態(tài)雙向口，負載能力為8個TTL電路，P1、P2、P3口為準雙向口(用作輸入時，口線被拉成高電平，故稱為準雙向口)，負載能力為4個TTL電路。
①P0口：是雙向8位三態(tài)I／O口，在外接存儲器時及數(shù) ……（未完，全文共43897字，當前僅顯示7896字，請閱讀下面提示信息。收藏《本科畢業(yè)論文：基于廣播對時的實驗樓電子時鐘顯》）