本科毕业论文：基于广播对时的实验楼电子时钟显

毕 业 论 文

（科 学 研 究 报 告）

题 目 基于广播对时的实验楼电子时钟显
示系统设计
院(系)别 机电及自动化学院
专 业 测控技术与仪器
级 别 2008

摘 要
在比较特殊的应用系统中，我们不仅希望单片机系统能够完成数据的采集处理，而且还同时想知道产生这些数据的时刻，以便于更详细地了解和掌握现场情况，因此为单片机系统增加数字时钟将是不可回避的一项新型的工程技术。
数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为了人们日常生活中必不可少的必需品，可以说时间的准确已成为各行业安全运行的基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重的后果和经济损失。
广播对时是目前为止时间精确度最高的时间计量。
广播是指通过无线电波或导线传送_的新闻传播工具。通过无线电波传送节目的称无线广播，通过导线传送节目的称有线广播。广播的优势是对象广泛，传播迅速，功能多样，感染力强；短处是一瞬即逝，顺序收听，不能选择，语言不通则收听困难。
随着数字技术的迅速发展，广播节目的制作、播出、传输也从原有的模拟方式逐步向数字方式发展，在广播报时信号中增加时间码信号已成为可能和必要。这样，听众不仅能收到整点报时信号，还可以通过接收传输时间码来自动校准时间，更好地为科研和生产和人们的日常生活服务。
基于广播对时的实验楼电子时钟显示系统设计是以单片机为核心，要求实现时间的实时数字显示、人工调整和整点自动校时等基本功能；其集日历和时间显示以及其他扩展功能如温度、湿度显示为一体，极大地方便了人们的日常生活。在本设计中单片机的核心作用是勿庸置疑的。
自动校时即要求时间同步。
本设计利用音频接收模块接收无线整点信号，对该信号调理输出到LM567接收引脚；并有LM567向CPU申请中断，进行整点校对。


本设计的主要内容有：
掌握广播对时及单片机等技术；
熟悉和分析相关资料，针对在实验大楼电子时钟系统的对时问题进行优化设计；
确定工作原理，设计方案和系统组成；
进行计算和元件选择，绘制电子线路原理图；
绘制软件流程图；
并运用C51或汇编语言进行程序设计和综合调试。

关键词：单片机，LM567，电子时钟，广播对时

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
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略2811字，正式会员可完整阅读）……　

4.2.3中断控制 24
4.2.4中断优先级 25
4.2.5 中断的响应过程 26
4.2.6 外部中断的响应时间 27
4.2.7 外部中断方式的选挥 27
第五章 LED显示器 28
5.1 LED段显示器结构与原理 28
5.2 LED显示器及显示方式 29
第六章 硬件设计 32
6.1 电源电路 32
6.2单片机的使用 32
6.3 显示电路（动态显示方式） 33
6.4人工调时电路 34
6.5自动校时电路 35
第七章 软件设计 37
7.1 主程序 37
7.2 计时程序 37
7.3人工调时程序 40
7.4 自动校时程序 41
7.5 显示子程序 42
第八章 心得体会 44
致 谢 45
参 考 文 献 46
附 录 47



第一章 绪论
单片机应用系统因其优异的性能、高可靠性以及成本低廉被广泛应用于航空航天、工业测控、机器人感觉、数字信号处理、通信等各个技术领域，然而在比较特殊的应用系统中，我们不仅希望单片机系统能够完成数据的采集处理，而且还同时想知道产生这些数据的时刻，以便于更详细地了解和掌握现场情况，因此为单片机系统增加数字时钟将是不可回避的一项新型的工程技术。
随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、电子秒表、体温检测等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。
数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为了人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、航站、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。但随着时间的推移，科学技术的不断发展，生活节奏越来越快,竞争日益激烈，人们对时间计量的精度越来越高，应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行业安全运行的基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重的后果和经济损失。
广播对时是目前为止时间精确度最高的时间计量。
基于广播对时的实验楼电子时钟显示系统设计是以单片机为核心，要求实现时间的实时数字显示、人工调整和整点自动校时等基本功能；其集日历和时间显示以及其他扩展功能如温度、湿度显示为一体，极大地方便了人们的日常生活。在本设计中单片机的核心作用是勿庸置疑的。
1.1 广播及其发送原理
广播是指通过无线电波或导线传送_的新闻传播工具。通过无线电波传送节目的称无线广播，通过导线传送节目的称有线广播。广播的优势是对象广泛，传播迅速，功能多样，感染力强；短处是一瞬即逝，顺序收听，不能选择，语言不通则收听困难。
广播电台播出节目是首先把_通过话筒转换成音频电信号，经放大后被高频信号（载波）调制，这时高频载波信号的某一参量随着音频信号作相应的变化，使我们要传送的音频信号包含在高频载波信号之内，高频信号再经放大，然后高频电流流过天线时，形成无线电波向外发射，无线电波传播速度为3*10^8m/s，这种无线电波被收音机天线接收，然后经过放大、解调，还原为音频电信号，送入喇叭音圈中，引起纸盆相应的振动，就可以还原_，即是声电转换传送——电声转换的过程。
1.2 单片机芯片技术发展概况
单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。具有极其优越的硬件特性：
1、单片机集成度高。单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031 无）、128 B容量的RAM、 2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口。
2、系统结构简单，使用方便，实现模块化；
3、单片机可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小时无故障；
4、处理功能强，速度快。
5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品
6、控制功能强
由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出各种类型的单片机。在单片机家族的众多成员中MCS-5l系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要场合，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用子MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统，基于单片机的电子时钟就是其中之一。
1.3 自动校时原理
随着科学技术的发展，广播报时逐步演变为国民经济发展过程中不可或缺的一部分，它越来越多地为科学研究、军事、医学、社会经济活动、野外作业、军队、航海、边远地区的人们提供准确的时间。随着人民生活水平的不断提高、生活节奏的逐渐加快，原有广播报时信号的长度已不能满足需求，因此报时信号的长度由原来的10s修订为5s 。
随着数字技术的迅速发展，广播节目的制作、播出、传输也从原有的模拟方式逐步向数字方式发展，在广播报时信号中增加时间码信号已成为可能和必要。为满足国防、社会经济发展的需要，应该让野外作业的人员、边远地区的听众，收测到准确和具有年、月、日、时的时间信号和报时信号。在报时信号中增加传输时间码，听众不仅能收到整点报时信号，还可以通过接收传输时间码来自动校准时间，更好地为科研和生产和人们的日常生活服务。
报时方式：在每小时整点前报出五声低音，整点时报出一声高音，并以其高音起点作为整点；信号的频率：低音信号的频率800Hz，允许误差 0.8Hz；高音信号的频率为1600Hz，允许误差 1.6Hz；信号的时间格式：低音信号持续时间0.25s，高音信号持续时间0.5s，持续时间允许误差 0.001s；每两声间隔时间为1s，允许误差 0.001s；整点报时准确度：中央人民广播电台报时准确度优于1/100s，地方人民广播电台整点报时准确度优于5/100s；时间码排列顺序：年、月、日 时，时间码的格式和参数待定。
自动校时即要求时间同步。一种方法是用无线电波传播时间信息，即利用无线电波来传递时间标准，然后由授时型接收机恢复时号与本地钟相应时号比对，扣除它在传播路径上的时延及各种误差因素的影响，实现钟的同步。
随着对时钟同步精度要求的不断提高，用无线电波授时的方法，开始时用短波授时（ms级精度），由于短波传播路径受电离层变化的影响，有一次和多次天波，且地波传播距离近，使授时精度仅能达到ms级；发展到用超长波时，其授时精度约10μs左右；后来又用长波即用罗兰C台链兼顾授时，其授时精度可达到1μs，即使罗兰C台链组网也难以做到全球覆盖；之后利用卫星钟作搬钟，以超短波传播时号，通过用户接收共视某颗卫星，使其授时精度优于搬钟，可达到10ns精度。
看来利用卫星授时是实现全球范围时钟精密同步的好办法，只有利用卫星，才可在全球范围内用超短波传播时号。用超短波传播时号不仅传递精度高，而且可提高时钟比对精度。通过共视方法，把卫星钟当作搬运钟使用，使授时精度高于直接搬钟，因为直接搬钟难于使两地时钟去共视它。共视可以消除很多系统误差以及时间慢变化的误差，而时间快变化的随机误差可通过积累平滑消除。
本设计利用音频接收模块接收无线整点信号，对该信号调理输出到LM567接收引脚；并有LM567向CPU申请中断，进行整点校对。
1.2.1 1600Hz信号处理
收音机发出的最后一声报时信号频率是1600Hz，我们在接收到前四声800Hz信号后，开外部中断1接收该1600Hz的信号，然后马上进行自动校时。流程图如图1.1所示。


1.2.2 800Hz信号处理
收音机发出的报时信号五声频率都是800Hz的，我们可以采用外部中断记数的方法检测到前四声报时信号，利用一个计数器进行加1操作，等到接收到第四声时，允许校时。 流程图如图1.2所示。


第二章 MCS-51单片机指令系统分析
MCS-51单片机的指令系统中增添了丰富的位操作指令，由于有了丰富的位操作指令．位操作部件可以和这些指令结合起来，构成一个完整的位处理器(即布尔处理机)，从而大大提高了MCS-51单片机的位处理能力。指令系统中设计的这个处理布尔变量的指令子集，在设计需大量处理位变量的程序时十分有效、方便，可将大量的硬件组合逻辑用软件代替。
2.1 指令系统的寻址方式
指令的一个重要的组成部分是操作数，指令给出参与运算的数据的方式称为寻址方式，换句话说，寻址方式就是寻找确定参与操作的数的真正地址。在MCS-51系列单片机的指令系统中寻址方式共有7种，可概括如下：
1．立即寻址
立即寻址也称为立即数，它是在指令操作数线直接给出参加运算的操作数，其指令格式如下：
例如指令：MOV A，670H
这条指令的功能是将立即数70H传送到累加器A中
2．直接寻址
在直接寻址方式中，指令操作数线给出的是参加运算的操作数地址。在MCS-51单片机中，直接地址只能用来表示特殊功能寄存器、内部数据寄存器和位地址空间。其中特殊功能寄存器和位地址空间只能用直接寻址方式访问。
例如指令：ANL 70A，048A
表示70H单元中的数与立即数48相“与”．其结果存放在70H单元中。其中70H为直接地址，表示内部数据存储器RAM个的一个单元。
3.寄存器寻址
寄存器寻址是对选定的工作寄存器R7~R0、累加器A、通用寄存器B、地址寄存器和进位位C中的数进行操作。其中寄存器R7~R0由指令码的低3位表示，ACC、B、DPTR及进位位C隐含在指令码中。因此在MCS-51单片机的指令系统中，寄存器寻址也包含一种隐含寻址方式。
寄存器工作区的选择由状态标志寄存器PSW的寄存器均指当前工作区中的寄存器。
例如指令：INC R0
4．寄存器间接寻址

在寄存器间接寻址方式中，指令操作数给出的是存放操作数地址的寄存器。在MCS-51单片机的指令系统中，可作为寄存器间接寻址的寄存器有工作寄存器R0～R1、堆栈指示器SP和地址寄存器DPTR。在指令助记符中，间接寻址用符号@来表示。
例如指令：ANL A，＠R0
表示寄存器R0中的数所指定的存储器单元中的数和累加器A中的数相“与”，其结果存放在累加据A中。
5．相对寻址
相对寻址是将程序计数器PC中的当前值与指令第二字节给出的数相加，其结果作为转移指令的转移地址。转移地址也称为转移目的地址，PC中的当前值称为基地址，指令第二字节给出的数称为偏移量。由于目的地址是相对于PC中的基地址而言，所以这种寻址方式称为相对寻址。偏移量为带符号的数，所能表示的范围为十127～－128。这种寻址方式主要用于转移指令。
例如指令：JC 80H;C＝l 跳转
表示若进位位C为0，则程序计数器PC中的内容不改变，即不转移。若进位位C为1，则以PC中的当前值为基地址，加上偏移量80H后所得到的结果作为该转移指令的目的地址。
6.变址寻址
在变址寻址方式中，指令操作数域指定一个存放变址基值的变址寄存器。变址寻址时，偏移量与变址基址相加，其结果作为操作数的地址。在MCS-51单片机的指令系统中，变址寄存据有程序计数器PC和地址寄存器DPTR。
例如指令；MOVC A，＠A十DPTR表示累加器A为偏移量寄存器，其内容与地址寄存器DPTR中的内容相加，其结果作为操作数的地址，取出该单元中的数送入累加器A。
7．位寻址
位寻址是指对一些内部数据存储器RAM和特殊功能寄存器进行位操作时的寻址。在进行位操作时，借助于进位位C作为位操作累加器，指令操作数域直接给出该位的地址，然后根据操作码的性质对该位进行位操作。
2.2 指令系统的使用要点
在使用指令开发应用软件时，要注意影响标志位的指令和常用伪指令的使用。
1．指令系统中影响标志位的指令
MCS-51指令系统中有些指令的执行会影响PSW中的标志位，指令系统中影响标志位的全部指令如表2-1所示。这类指令可供状态查询用，它们包括可直接用于进位位C的操

作指令(如进位位的置位、传送、清零、逻辑操作指令)，和只影响进位标志的CJNE、DA、RRC、RLC四条指令，以及加、减、乘、除指令。
表2-1 影响标志位的指令表

2．主要的伪指令
MCS-51指令系统之外，根据汇编语言的需要，还定义了一定数量的伪指令，这些伪指令提供汇编的控制信息，并不是CPU能执行的指令，常用的伪指令有如下几种。
1）定位伪指令：ORG m
m为十进制或十六进制数。m指出编译成机器语言的指令存储的起始地址。
2）定义字节伪指令：DB*l，*2…*n
*i为单字节的十进制或十六进制数，也可以是两个单引号括起来的字符串，还可以是我们定义的数据符号，用于在程序中定义一个常数表。
3） 定义字伪指令：DW Y1，Y2，……，Y m
Yi为双字节的十进制或十六进制数据，也可以是我们定义的地址符号地址表。
2.3 指令系统分类总结
如果按功能分类，MCS-51指令系统可分为
1．数据传送类指令；2．算术操作类指令；3．逻辑操作类指令；
4．控制转移类指令；5．布尔变量操作类指令。
具体指令可查阅相关书籍。



第三章 MCS-51单片机系统介绍
3.1 I/O口和片外总线
3.1.1输入／输出(I／O)口
MCS-51单片机有4个双向的8位I／O口P0～P3，P0口为三态双向口，负载能力为8个TTL电路，P1、P2、P3口为准双向口(用作输入时，口线被拉成高电平，故称为准双向口)，负载能力为4个TTL电路。
①P0口：是双向8位三态I／O口，在外接存储器时及数 ……（未完，全文共43897字，当前仅显示7896字，请阅读下面提示信息。收藏《本科毕业论文：基于广播对时的实验楼电子时钟显》）