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![毕业设计(论文)-基于单片机多功能电子时钟的设计与仿真(含程序仿真)[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/9ad55f3e0508763230121257.png)
程序仿真等全套设计，联系153893706第1章绪论二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。
第一次是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。
第二次革命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。
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历），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……我国生产的电子万年历有很多种，总体上来说以研究多功能电子万年历为主，使万年历除了原有的显示时间，日期等基本功能外，还具有闹铃，报警等功能。
商家生产的电子万年历更从质量，价格，实用上考虑，不断的改进电子万年历的设计，使其更加的具有市场。
本设计为软件，硬件相结合的一组设计。
在软件设计过程中，应对硬件部分有相关了解，这样有助于对设计题目的更深了解，有助于软件设计。
基本的要了解一些主要器件的基本功能和作用。
除了采用集成化的时钟芯片外，还有采用MCU的方案，利用AT89系列单片微机制成万年历电路，采用软件和硬件结合的方法，控制LED数码管输出，分别用来显示年、月、日、时、分、秒，其最大特点是:硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特,可靠。
AT89C52是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。
95年出现在中国市场。
其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受。
本文介绍了基于AT89C52单片机设计的电子万年历。
选题背景及研究的目的与意义设计的目的电子钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及车站码头、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。
水温控制系统摘要：本系统以MSP430F149超低功耗MCU为核心,以DS18B20为温度传感器进行温度检测，采用电热棒进行加热。
该控制系统可根据设定的温度，通过PID算法调节和控制PWM波的输出，控制电磁继电器的通断时间从而控制水温的自动调节。
该系统主要包括MSP430F149单片机控制器模块、DS18B20测温模块、键盘模块、继电器控制模块及LCD12864液晶显示模块等构成。
具有电路结构简单、程序简短、系统可靠性高、操作简便等特点。
关键词：MSP430 DS18B20 PID算法PWM LCD12864目录一、任务及要求 (1)1.1设计任务 (1)1.2要求 (1)1.2.1基本要求 (1)1.2.2发挥部分 (1)二、方案设计与论证 (2)2.1 温度检测电路方案选择 (2)2.2显示电路的方案选择 (2)2.3加热和控制方案选择 (2)2.4控制算法选择与论证 (3)三、系统硬件电路设计 (3)3.1系统结构框图 (3)3.2控制器模块 (3)3.3温度检测电路设计 (4)3.4加热控制电路设计 (5)3.5键盘及显示电路设计 (5)3.6电源电路设计 (6)四、软件设计 (6)4.1 PID算法设计 (6)4.2程序流程图 (8)4.2.1主程序框图 (8)4.2.2 LCD12864程序流程图 (9)4.2.3 PID程序流程图 (10)4.2.4 DS18B20水温检测程序流程图 (11)五、系统测试及分析 (12)5.1系统调试 (12)5.1.1控制模块的调试 (12)5.1.2 温度检测模块 (12)5.1.3 继电器的检测 (12)5.2测试结果及分析 (12)5.2.1测试仪器 (12)5.2.2测试方法 (13)5.2.3测试结果 (13)六、设计总结 (14)七、附录 (15)附录1 仪表器件清单 (15)附录2 水温控制系统原理图 (16)附录3 程序设计 (17)一、任务及要求1.1设计任务该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算输出控制加热装置以实现水温控制的全过程。
低功耗ZigBee节点的研究与实现开题报告一、选题依据与意义随着物联网的发展和智能家居的普及，低功耗、无线短距通信技术越来越受到公众的关注。
ZigBee是一种低功耗、低速率的无线短距通信技术，具有可靠性高、成本低等优点，广泛应用于家庭自动化、智能电网等领域。
本课题旨在研究与实现低功耗ZigBee节点，探索ZigBee技术在物联网、智能家居等领域的应用，具有很强的实践与应用意义。
二、研究内容与目标1. 根据ZigBee协议，设计ZigBee节点的硬件电路，包括单片机、射频模块、电源管理芯片等。
2. 编写ZigBee协议栈程序，实现低功耗、高可靠性通信。
3. 针对ZigBee的应用场景，开发相应的应用程序，可以是温度采集、光照控制等。
4. 测试ZigBee节点的通信距离、功耗等性能指标，优化系统设计。
5. 总结ZigBee技术在物联网、智能家居等领域的应用前景，提出发展建议。
三、研究方法与技术路线1. 硬件设计方面，采用Cortex-M系列单片机、射频模块、电源管理芯片等组成主控板，同时连接传感器等外围设备。
2. 软件设计方面，基于ZigBee协议栈实现通信协议，采用标准的ZigBee应用层协议，实现节点之间的无线通信。
3. 应用开发方面，根据不同的应用场景，编写相应的应用程序，实现传感器数据采集、智能控制等功能。
4. 性能测试方面，采用射频信号测试仪、电流表等测试工具，评估ZigBee节点的通信距离、功耗等性能指标。
5. 预期成果，完成一个低功耗ZigBee节点的集成、测试与应用，具有较好的稳定性、可靠性和性能。
四、时间安排第1周：文献调研、选题确定、开题报告撰写第2-3周：硬件电路设计、软件程序编写第4-5周：应用开发、性能测试、系统集成第6-7周：数据分析、性能评估、优化改进第8周：论文撰写、报告准备五、预期成果1. 完成低功耗ZigBee节点的硬件电路设计、软件程序编写与应用开发。
2. 完成ZigBee节点的通信距离、功耗等性能测试，并进行优化改进。
超低功耗粮仓无线实时监测系统设计作者：王洪刚单志勇李明来源：《现代电子技术》2011年第21期摘要：针对在粮库温度智能监测领域，采用电线电缆传输数据的不便以及目前无线传感网络节点寿命短的问题，利用MSP430超低功耗单片机设计了超低功耗无线温度监测系统。
基于超低功耗设计了系统的整体框架以及各模块硬件，其中包括节点、温度传感器模块、无线通信模块、通信协议、桌面实时显示程序，通信协议解决了多个节点同时介入时的碰撞问题并设计了节能算法。
最后对整个系统的可靠性以及节点的使用寿命进行了实验验证，经过试验的检验本系统具有超低功耗的特点，基本满足超低功耗粮仓无线实时监测系统的设计需求。
关键词：超低功耗; MSP430; 硬件; 节能; 试验验证中图分类号：TN911-34文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)21-0046-03Design of Wireless Real-time Monitoring System for Ultra-low Power Consumption GranaryWANG Hong-gang, SHAN Zhi-yong, LI Ming(Donghua University, Shanghai 201620, China)Abstract：In the temperature intelligent monitoring field of grain depot, it is inconvenient to transmit data by electric wire, and the wireless sensor network node has short lifetime, an ultra-low power wireless temperature monitoring system with MSP430 was designed. The entire structure and hardware module of the system based on low power were designed, which included nodes, temperature sensor module, wireless communication module, communication protocol and real-time display program. The collision problem was solved by communication protocol. The reliability of the system and the lifetime of the nodes were verified. The conclusion shows that the system has the characteristics of low power consumption, and can meet design requirement of wireless real-time monitoring system for ultra-low power consumption granary.Keywords： ultra-lower power; MSP430; hardware; energy-saving; test0 引言温度对粮食的存放起着至关重要的作用，国家粮食法规定，必须定期抽样检查粮库各点的温度，以便及时采取相应的措施保证粮食的安全。
MIPI控制电路设计一、引言随着移动设备行业的快速发展，对高速、低功耗和可靠性的需求日益增强。
MIPI（Mobile Industry Processor Interface）作为移动行业的标准接口，被广泛应用于连接处理器和传感器、屏幕等外围设备。
因此，对于MIPI控制电路的设计成为了一项重要的研究课题。
本文将重点介绍MIPI控制电路设计的各个方面，包括MIPI协议简介、设计需求、总体设计、硬件电路设计等内容。
二、MIPI协议简介MIPI协议是移动行业处理器接口的简称，旨在提供一种标准的接口规范，以简化移动设备中处理器与外围设备之间的连接。
MIPI协议包括物理层和协议层两个部分。
物理层定义了信号传输的电气特性，协议层定义了数据传输的格式和时序。
三、MIPI控制电路设计需求MIPI控制电路的设计需求主要包括以下几点：1.高速数据传输：MIPI协议支持高速数据传输，要求控制电路能够实现高速数据接收和发送。
2.低功耗：MIPI控制电路需要在保证性能的前提下尽量降低功耗，以满足移动设备的续航需求。
3.小型化：随着移动设备的发展，对电路板空间的利用率要求越来越高，因此需要实现小型化设计。
4.高可靠性：MIPI控制电路需要具备高可靠性，以确保数据传输的稳定性和准确性。
5.易于集成：MIPI控制电路需要易于集成到现有的移动设备中，以降低生产成本和复杂度。
四、MIPI控制电路总体设计MIPI控制电路的总体设计需要遵循模块化、可扩展性和易用性原则。
以下是一个可能的总体设计框架：1.物理层接口：物理层接口是MIPI控制电路的核心部分，负责信号的发送和接收。
需要根据MIPI协议的要求选择合适的接口类型和规格。
2.协议层处理模块：协议层处理模块负责数据的格式化和解析，以满足MIPI协议的要求。
该模块需要根据MIPI协议的具体规范进行设计。
3.电源管理模块：电源管理模块负责为整个控制电路提供稳定的电源，以满足系统性能和功耗要求。
嵌入式系统中的低功耗设计技术随着嵌入式系统在日常生活中的广泛应用，开发低功耗嵌入式系统的技术也越来越重要。
为了延长电池寿命、节约能源以及降低设备工作温度等因素，低功耗设计技术在许多领域都得到了广泛应用。
本文将介绍在嵌入式系统中使用的低功耗设计技术，并分为以下几个部分进行阐述。
一、系统级低功耗设计系统级低功耗设计是指通过对嵌入式系统的硬件和软件架构进行优化，以降低整个系统的功耗。
实现系统级低功耗设计的方式包括了以下几种：1.模式控制在系统不需要工作时，通过进入睡眠模式等控制方式关闭部分硬件模块。
在需要时，重新启动相应模块可快速恢复系统工作。
2.电源管理通过对系统中不同的电源、时钟配置进行管理和优化，使得系统在各种工作状态下都能够保持较低功耗的状态。
3.软件优化通过优化嵌入式系统的算法、驱动程序和操作系统，减少系统对处理器的使用，从而达到减少功耗的目的。
二、芯片级低功耗设计芯片级低功耗设计是指采用特殊的工艺和电路设计来降低系统的功耗。
具体实现方式包括以下几种：1. 电路设计优化针对具体电路模块进行优化，使得其在工作时能够达到最小功耗状态。
例如采用面积更小、功率更低的电路模块来代替原先的电路模块。
2. 特殊工艺采用特殊工艺来设计芯片，例如High-K Metal Gate（高介电常数金属栅）工艺和I 的 th（反渗透助剂）工艺等，可以帮助降低芯片功耗。
3. 快速切换电路使用快速切换电路，使得电路的开关速度可以更快，从而降低嵌入式系统的功耗。
三、单片机级低功耗设计单片机级低功耗设计是指在单片机的架构层面进行优化，以降低单片机的功耗。
具体实现方式包括以下几种：1. 使用低功耗时钟源采用内部低功耗时钟源代替外部高精度时钟源，可以减少电路的功耗。
2. 优化程序设计通过在程序中使用低功耗模式、中断等技术，优化程序的执行过程，减少单片机的功耗。
如采用睡眠模式、停机等方式降低处理器频率，进而降低能耗。
3. 功耗管理单元一些新型单片机已经内置功耗管理单元，可以快速切换系统时钟、电压等参数，从而使得系统在不同工作状态下功耗得到优化。
基于Verilog的VGA显示控制电路设计作者：王涌肖顺文罗春梅来源：《数字技术与应用》2019年第04期摘要：采用自上而下的设计方法实现了一个分辨率较高、显示迅速且协议简单的VGA显示控制电路。
在QUARTUS II 13.1软件开发平台上使用Verilog HDL语言来完成时序模块和彩条像素模块的描述、编译，最后在第三方仿真工具Modelsim-Altera中对其进行模拟仿真，结果显示，该设计满足系统要求，能够成功的通过VGA接口在显示器上显示图案。
关键词：Verilog HDL语言;VGA技术;QUARTUS II 13.1;Modelsim-Altera中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0150-020 引言近年来，随着数字电路设计技术的逐步发展，集成电路的发展越来越趋近于超大规模、更低功耗及超高速[1]。
Verilog HDL就是在迫切需要设计者使用EDA工具完成大规模集成电路设计发展要求的情况下应运而生的，它使用编写代码的方法来完成数字电路的设计，不管是底层的门级电路，还是高层的行为描述，都可以通过代码实现，这种方式大大的提高了数字电路的设计效率[2]。
本文就是采用Verilog_HDL语言来实现一个VGA显示控制电路。
VGA接口由于具有传输速率高，协议简单，成本低等特点，因此被广泛使用。
1 设计原理1.1 VGA时序分析VGA主要用于计算机显卡传输图像到显示器的桥梁，将显卡处理的视频图像数据实时传输到显示器上进行显示。
广义的VGA为VGA显示器，狭义的VGA为VGA分辨率的时序。
由IBM公司推出的采用RGB模拟信号的VGA视频传输标准，定义了具有60Hz刷新频率、可产生1677万种色彩的640×480像素格式。
VGA的行扫描时序情况，如图1所示。
行同步时期a、行消隐后肩b、行显示时期c、行消隐前肩d四部分组成一个完整的扫描周期。
浅谈低功耗控制电路和程序设计思路
一：首先了解芯片的内部功耗
芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节，其中晶片片制作过程尤为的复杂。
首先是芯片设计，根据设计的需求，生成的"图样"开发一个手持设备，有一个设计重点问题是必须要重视和解决的。
那就是在待机状态下如何做到最省电，即在待机状态下如何做到尽可能的低功耗，比如用芯唐科技的Cortex-M0内核的NUC100做手持电台的开发，
1、首先要了解的就是该芯片在深度休眠或睡眠模式下功耗是多少(即该模式下的工作电流时多大，注一般的芯片都是uA级别的)。
通过查看NUC100芯片资料(在每个芯片手册电气特性或DC电气特性一节会有说明)了解到该芯片的工作最大电流(体积小、低功耗、效率高、低闸极数、指令精简的处理器，8位机价格，32位机效能，C-语言，与Cortex-M3开发工具以及二进制程序代码兼容，便利的开发环境Keil?RVMDK和IAR EWARM,180uLL制程并运用ARM标准单元资源库，低闸极数的空间内，功耗低到85microwatts/MHz以下，NUC1xx系列包括：NUC100/
NUC120/NUC130/NUC140,NUC100Cortex?-M0内核系列最高可运行至50MHz外部时钟。
)和深度休眠模式下的最低功耗(最低功耗有Ipwd1,Ipwd2,Ipwd3,Ipwd4,表示NUC100内部的模块工作需要外部提供四个VDD接口，计算功耗时要把他们累加起来，这里给出了每个VDD接口的休眠模式下最低功耗值，当然如果芯片可以关闭某个模块的对应的VDD,那就可以降低更多不必要的功耗了)
2、首先要了解的就是该芯片在深度休眠或睡眠模式下功耗是多少。
通过查看NUC100芯片资料了解到该芯片的工作最大电流(即最大功耗)和深度休眠模式下的最低功耗.
二：电路供电系统的功耗分析
下图是7R手台控制电路(用2个端口做开关机判断处理，按键开关机时波形图(开/关机波形一样))
上图的工作原理是这样的：
当POWER_KEY按下不，TP1点就持续高电平(下面示波器波形图的下面一个通道的波形图)，
由于C1两端电平不能突变，所以C1在POWER_KEY按下瞬间其两端都是高电平(其实C1起到加速作用)，这样三极管Q1的由于基极出现高电平会瞬间导通，然后，TP2点出现低电平，然后C1会通过Q1的基--Q1发射--R1--C1构成一个回路进行放电，注意C2电容的容量相比C1很小，0.1u=100000p,估计C2在此电路的作用就是滤除高频成分的目的。
(这里容易糊涂：C1不能突变，POWER_KEY按下瞬间C1两端不能突变，可是C2两端也不能突变，所以C2两端都是低电平，那C1和C2的交点电压就打架了?,因为C2电容量相比C1的电容量很小，几乎对C1不会产生影响，当然如果C1和C2都是0.1uf,这POWER_KEY1导通瞬间，由于C1C2两端电压都不能突变，则他们的交点电压应该是2.5V)
下面用一个端口实现的开关机功能(因为INT0和PB14功能可以做程序中作改变)：
程序控制流程稍好加上：
分析：
根据系统功耗要求，MCU在待机模式下不能工作。
如何通过长按按键开启系统，并能够在释放按键后系统也能正常工作?然后在开机后，再次长按按键后又可以进入0uA的超低功耗下面待机。
MCU按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。
对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用(典型芯片为8031)。
带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM 型(典型芯片为87C51)、MASK片内掩模ROM型(典型芯片为8051)、片内FLASH型(典型芯片为89C51)等类型，一些公司还推出带有片内一次性可编程ROM(One Time Programming,OTP)的芯片(典型芯片为97C51)。
MASKROM的MCU价格便宜，但程序在出厂时已经固化，适合程序固定不变的应用场合;FALSHROM的MCU程序可以反复擦写，灵活性很强，但价格较高，适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途;OTPROM的MCU价格介于前两者之间，同时又拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性，又要求低成本的应用场合，尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。
解决：
系统在待机状态时，当POWER_KEY1按键被长按。
Q2导通，电池输入电压的高电平信号直接供到MCU芯片电源端，然后MCU一个GPIO端口立即输出一个高电平使Q2的基极持续高电平，目的是锁住Q2持续工作，这样MCU就持续有电供电，这样，按键即使被释放后，也能保证系统一直处于工作状态。
当需要关闭系统时，还是长按POWER_KEY1按键，这样会通过INT0中断检测到这个中断，然后GPIO不在输出高电平锁存Q2的基极，这样松口当POWER_KEY1就可以关闭系统了。
这样关闭系统后，也没什么功耗了，
注：下图只是提供一个思路，这个电路还有待完善，GPIO这样连接是否安全，比如Q2换用MOS管，各个电阻的值也要根据实际电路选区，或增加电阻，电容等器件，这个系统才
能完美工作!
三：设计低功耗常用思路
如何利用万用表测试一台机器在稳定电压下的功耗：把FLUK万用表跳到电流档(注意表笔的插头摇换到电流档)的红表笔接到电源的正极(用黑表笔接正也不会有危险)，然后用黑表笔接到机器的正极，然后把电源的负极接到机器的地端，就可以测电流了。
四：设计低功耗常用思路
降低功耗不光能够大大的节约电能还能简化电源部分的设计，甚至可以用于手持设备上面使用，这些都已经越来越成为未来产品的设计方向了^_^
1降低功耗从MCU选型开始，一开始选型的时候就应该考虑选择低功耗的MCU比如MSP430一类的为低功耗设计的CPU.强烈不建议使用51一方面是因为51速度慢，还有一点就是51的运算速度实在是太慢了，很多运算用51都需要很高的主频而主频高了就意味着高的功耗。
2选择器件用电电压，很明显降低器件的用电电压能够明显的降低器件的耗电比如说ATmega8和ATmega88虽然芯片大致内部结构一致但是后者可以工作在1.8V的超低电压下而前者就不行，综合考虑下当然还是选择后者。
3尽量降低器件的工作频率，大家都知道CMOS电路的工作电流主要来此于开关转换时对后一级输入端的电容充放电，如果能够降低MCU的工作频率自然耗电也就下来了。
要知道当AVR工作在32.768Hz时和工作在20Mhz时的工作电流差异可不是一般的小啊.
4尽量使用中断让处理器进入更深的睡眠，众所周知睡眠模式和掉电模式能够大大的降
低MCU的工作电流，聪明的单片机设计师能够充分的利用MCU的中断功能让MCU周期性的工作和睡眠从而大大的降低MCU的工作电流。
5尽量关闭MCU内部不用的资源，这个吗，地球人都知道的好处，我说这个有点像废话一样，不用的东西你干吗开着呢?比如ATmega8内部的模拟比较器，默认是开着的还有ATmega88内部的大多数资源都可以在不用的时候用软件关闭。
6尽量使用VMOS做为外部功率扩展器件，道理很简单VMOS驱动的时候是电压行器件驱动是几乎不产生功耗，要比普通的晶体管省电多了。
而且由于VMOS的导通内阻低通常只有几十个毫欧，在小电流的时候器件自身发热也小，尤其是小电流是效率远比传统晶体管要高的多的多。
这里还是建议使用高速VMOS,因为高速VMOS在开关速度相当高的PWM时效率会更高。
7片外IC的电源最好都能由MCU的IO控制比如说我们常用的24C02,由于它是掉电记忆的，所以我们完全可以在它不工作的时候对它关电源，以节约电流还有比如说我们常用的6116的SRAM我们完全可以用单片机来控制它的片选端口来控制它的工作与休眠从而节约电流。
8这招也是最毒辣的一招通常我们驱动一些LED器件，完全可以通过PWM来控制从而省略限流电阻，要知道当器件选定后它的内阻也就已经确定，如果用户使用的是电池，我们完全还可以不定期的对电池电压进行检测然后改变占空比，从而恒定负载上面的电压，达到电源的最大利用率。
