电子信息工程毕业论文2.doc

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1、 编号： 2011078 西北师范大学西北师范大学 本科生毕业论文（设计） 题 目： 基于单片机的智能竞赛计时器设计 学 号： 200791212136 姓 名： 马子荣 系 别： 计算机与电子信息工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 07 电本 指导教师： 魏晋军 教师职称： 讲 师 完成时间： 2011 年 3 月 目目 录录 前 言1 第一章 系统概述2 1.1 单片机工作原理2 1.2 单片机的发展2 1.3 单片机的应用3 第二章 核心芯片简介4 2.1 DS1302 时钟芯片4 2.1.2 DS1302 的控制字4 2.1.3 DS1302 的复位引脚5 2.1.4 DS130

2、2 的数据输入输出5 2.1.5 DS1302 的寄存器6 2.2 AT89S51 系列单片机 6 2.2.1 AT89S51 芯片的引脚及特点7 2.2.2 AT89S51 的主要性能参数10 2.2.3 AT89S51 的新功能10 第三章 设计方案11 3.1 FPGA 设计方案11 3.2 NE555 时基电路设计方案11 3.3 单片机设计方案12 第四章 软硬件设计13 4.1 硬件电路设计13 4.1.1 单片机 AT89S51 外围电路设计13 4.1.2 DS1302 与单片机的接口设计14 4.1.3 显示设计14 第五章 课题总结14 致 谢15 参考文献16 附 录17

3、 单片机程序设计17 内容摘要 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电 力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了 传统的控制系统的常规电子线路。单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性 能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。而 51 单片机是各单片机中 最为典型和最有代表性的一种。 本次设计以 AT89S51 芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个多功能的电 子计时器，它由 5V 直流电源供电。在硬件方面，除了 CPU 外，使用六个七段 LED 数 码管来进行显示，LED 采用的是动态扫描显示。通

4、过 LED 能够比较准确显示时、分。 两个简单的按键实现对时间的调整。软件方面采用汇编语言编程。整个电子计时器系 统能完成时间的显示，调时，定时报警，计时，复位等功能。通过这次设计让我更深 入了解单片机基本电路、如何控制和定时器和中断编程的基本方法，从而锻炼了我学 习、设计和开发软、硬件的能力。 关键词：关键词：AT89S51；DS1302；计时器； Abstrct With rapid development of electronic technology, control systems based on single chip has been widely used in indus

5、try, agriculture, electricity, electronics, intelligent buildings, etc., embedded micro-computer control system as a core subject and, instead of the traditional control system of conventional electronic circuits. SCM 70 years since the inception of the 20th century, with its high performance and lo

6、w cost, by the peoples attention and concern, a very wide application, developed rapidly. The SCM 51 SCM is the most typical and most representative one. The design AT89S51 chip as the core, supplemented by the necessary peripheral circuits, designed a multi-function electronic timer, which consists

7、 of 5V DC power supply. On the hardware side, in addition to CPU, the use of six seven-segment LED digital tube to be displayed, LED display with a dynamic scanning. Through the LED can be more accurate time in hours. Two simple keys to achieve the adjustment of the time. Software using assembly lan

8、guage programming. Completion of the entire electronic timer system can display the time, transfer time, time alarm, time, reset and other functions. With this design makes me a better understanding of the basic microcontroller circuit, how to control and timer, and interrupt programming, the basic

9、methods to exercise my study, design and development of hardware and software capabilities. Key words: AT89S51; DS1302; timer; 1 基于单片机的智能竞赛计时器设计基于单片机的智能竞赛计时器设计 学生姓名：马子荣 指导教师：魏晋军 前前 言言 单片原理及应用是一门技术性、应用性很强的学科，实践教学是它的一个极 为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验 教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学 习，势必出现

10、理论与实践脱节的局面。任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多 么实用多么好用，同学们仍然会感到那只是空中楼阁，离自己十分遥远，或者会感到 对它失去兴趣，或者会感到它高深莫测无从下手，这些情况都会令课堂教学的效果大 打折扣。 本次仿真设计的目的就是在理论学习的基础上，通过完成一个涉及 MCS51 单片 机都种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够 将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、 印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排版调试、焊接技术、 相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进

11、行某些 单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。 2 第一章第一章 系统概述系统概述 1.1 单片机工作原理单片机工作原理 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成 在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内 部和外部总线系统。单片机是将中央处理器，随机存储器。只读存储器，定时器芯片 和 I/O 接口电路集成于一个芯片上的微控制器。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特 殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气 也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 5

12、0 年代开发的 74 系列，或者 60 年 代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是 用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通 过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 单片机也被称为微控制器 （Microcontroler） ，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的 专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片 中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的

13、处理器，从此以后，单片机和专用处理器 的发展便分道扬镳。 1.2 单片机的发展单片机的发展 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠 而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基 于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开 始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消 费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来 的 ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端

14、地位，并且进入主 流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了 数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的 专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端的型号也只有 10 美元。当 代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广 泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可 3 以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 1.3 单片机的应用单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机

15、的踪 迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业 自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全 保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等， 这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因 此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程 师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能 化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化

16、和使用方便等优点， 广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿 度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采 用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电 路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪） 。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能 化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、 电冰箱、空调机、彩电、

17、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不 在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计 算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现 了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列 车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪， 4 超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域

18、都有着十分广泛 的用途。 第二章第二章 核心芯片简介核心芯片简介 2.1 DS1302 时钟芯片时钟芯片 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯 片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作 电压宽达 2.55.5V。时钟可工作在 24 小时格式或 12 小时（AM/PM）格式。 DS1302 与单片机的接口使用同步串行通信，仅用 3 条线与之相连接。可采用一次传送一个字 节或突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302

19、 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流 充电的能力。 2.1.12.1.1 DS1302DS1302引脚功能与内部结构引脚功能与内部结构 DS1302 的引脚功能如表 1 所示，外形及内部结构如图 1 所示2： 表 1 DS1302 引脚功能表 引脚号引脚名称功能 1VCC2主电源 2、3X1、X2振荡源，外接 32768Hz 晶振 4GND地线 5RST复位/片选线 6I/O串行数据输入/输出端（双向） 7SCLK串行时钟输入端 8VCC1后备电源 5 图 1 DS1302 管脚图及内部结构图 2.1.22.

20、1.2 DS1302DS1302 的控制字的控制字 DS1302 的控制字节如图 2 所示： 7 6 5 4 3 2 1 0 1 1 RAM CK A4A3A2A1A0 RAM K 图 2 DS1302 控制字节的含义 控制字节的最高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入到 DS1302 中。位 6 如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 RAM 数据;位 5 至位 1 指示操作单元的地址;最低有效位（位 0）如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示 进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 2.1.32.1.3 DS1302DS1302 的复位引脚的复

21、位引脚 通过把输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 输入有两种功能： RSTRST 首先，接通控制逻辑，允许地址命令序列送入移位寄存器；其次，提供了 RSTRST 终止单字节或多字节数据的传送手段。当为高电平时，所有的数据传送被初始化， RST 允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中置为低电平，则会终止此次数据传 RST 送，并且 I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc2.5V 之前，必须保持低电 RST 平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 2.1.42.1.4 DS1302DS1302 的数据输入输出的数据输入输出 在控制指令字输入后的下一个

22、SCLK 时钟的上升沿时数据被写入 DS1302，数据输 入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降 沿读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位至高位 7，数据读写时序如图 3 所示： 7654107654321 0 1A4A3A2A1 DATA I/O BYTE2 DATA I/O BYTE1 R/CA0 R/WI/O RST SCLK 6 图 3 数据读写时序 2.1.52.1.5 DS1302DS1302 的寄存器的寄存器 DS1302 共有 12 个寄存器，其中有 7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位 为 BCD 码形式。

23、其日历、时间寄存器及其控制字见表 2。此外，DS1302 还有年份寄 存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等。时钟突 发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器的内容。 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类，一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位 的字节，其命令控制字为 C0H-FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为 突发方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性读写所有的 RAM 的 31 个字节，命令 控制字为 FEH（写） 、FFH（读） 。 表 2 DS1302 的日历、时钟寄存器及其控制字 命令

24、字各位内容寄存器 名写操作读操作 取值范围 76543210 秒寄存 器 80H81H00-59CH10SECSEC 分寄存 器 82H83H00-59010MINMIN 时寄存 器 84H85H01-12 或 00-2312/24010HRHR 日寄存 器 86H87H01-28,29,30,310010DATEDATE 月寄存 器 88H89H01-1200010MMONTH 2.2 AT89S51 系列单片机系列单片机 AT89S513美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4K Bytes ISP(In-system programmable)的可反

25、复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器， 7 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系 统及 AT89C51 引脚结构，芯片内集成 了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存 储单元。单片机 AT89S51 强大的功能 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性 价比的解决方案。 2.2.12.2.1 AT89S51AT89S51 芯片的引脚及特点芯片的引脚及特点 AT89S51 芯片的引脚结构如图 4 所 示： （1）功能特性概括: AT89S51 提供以下标准功能：40 个 图 4 AT89S51 引脚图 引脚、4K Bytes

26、Flash 片内程序存储器、128 Bytes 的随机存取数据存储器（RAM） 、 32 个外部双向输入/输出（I/O）口、5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断、2 个数据指针、 2 个 16 位可编程定时/计数器、2 个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振 荡器及时钟电路。此外，AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的 节电工作模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM、定时/计数器、串行通信口、 外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能 直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PL

27、CC 等三种封装形 式，以适应不同产品的需求。 （2）管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输 出口用时，能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”时，被定义为高阻输入。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数 据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时， 要求外接上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口的输出缓冲级可驱动(吸

28、收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到 8 高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号 拉低时会输出一个电流(I)。 IL 在 Flash 编程和程序校验期间,P1 接收低 8 位地址。部分端口还有第二功能,如表 3 所示: 表 3 P1 口部分引脚第二功能 端口引脚第二功能 P1.5MOSI(用于 ISP 编程) P1.6MISO(用于 ISP 编程) P1.7SCK (用于 ISP 编程) P2 口:P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口, P2 口的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流)

29、4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉 到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信 号拉低时会输出一个电流(I)。 IL 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器(例如执行 MOVXDPTR 指令)时,P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据寄存器(例如执行 MOVXRi 指令)时,P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中 P2 寄存器的内容),在 整个访问期间不改变。 在 Flash 编程或校验时,P2 亦接收高位地址和其它控制信号。 P3 口: P3 口是一个带有内部上拉电阻的

30、双向 8 位 I/O 口, P3 口的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写“1”时,它们被内部的上拉电阻拉 高并可作为输入端口。作输入口使用时,被外部信号拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电 流(I)。 IL P3 口除了作为一般的 I/O 口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表 4 所示: P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 表 4 P3 口引脚第二功能 端口引脚第二功能 P3.0RXD (串行输入口) P3.1TXD (串行输出口) 9 P3.2 (外中断 0)0INT P3.3 (外中断 1)INT1 P3.

31、4 T0 (定时/计数器 0) P3.5 T1 (定时/计数器 1) P3.6 (外部数据存储器写选通)WR P3.7 (外部数据存储器读选通)RD RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上的高电平时 间将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平,设置 SFR AUXR 的 DISRTO 位 (地址 8EH)可打开或关闭该功能。 DISRTO 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。 ALE/:当访问外部存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用 PROG 于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部寄存器,ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出

32、固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。值得注意的是:每当访问外 部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲()。 PROG 如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的 8EH 单元的 D0 位置位,可禁止 ALE 操作。该位置位后,只要一条 MOVX 和 MOVC 指令才会激活 ALE。此外,该引脚 会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置 ALE 无效。 ：程序存储允许()输出是外部程序存储器的读选通信号,当 AT89S51 PSENPSEN 由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次有效,即输出两个脉

33、冲。 PSEN 当访问外部数据存储器时,没有两次有效的信号。 PSEN EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H- FFFFH） ，EA 端必须保持低电平(接地)。需要注意的是:如果加密位 LB1 被编程,复位时 内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端保持高电平(接 VCC 端)，CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程期间，该引脚用于施加+12V 编程电压（VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入端。 XTAL2：反向振荡放大器器的输出端。 （3）晶体振荡器特性： AT89S51 中有一个用于构成

34、内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别为该反向放大器的输入端和输出端。这个反向放大器与作为反馈元件的片 外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。 10 外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容 C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联 振荡电路。对外接电容 C1、C2 虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影 响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。如果使用 石英晶体,电容应该使用 30pF10pF。 还可以使用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接 XTAL1 端,即内部时钟发生 器的输入端, XTAL2 应悬空。 由于外部时钟信号

35、是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的,所以外部时钟信 号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技 术条件的要求。 2.2.22.2.2 AT89S51AT89S51 的主要性能参数的主要性能参数 （1）与 MCS-51 产品指令系统完全兼容。 （2）4K 字节在系统可编程（ISP）Flash 闪速存储器。 （3）1000 次擦写周期。 （4）4.05.5V 的工作电压范围。 （5）全静态工作模式：0Hz-33Hz。 （6）三级程序加密。 （7）128x8 字节的内部 RAM。 （8）32 个双向可编程 I/O 口线。 （9）2 个 16 位可编程定时/计

36、数器。 （10）6 个中断源。 （11）全双工 UART 串行通道。 （12）低功耗空闲和掉电模式。 （13）中断可从空闲模式唤醒系统。 （14）看门狗（WDT）及双数据指针。 （15）掉电标识和快速编程特性。 （16）灵活的在系统编程（ISP-字节或页写模式） 。 2.2.32.2.3 AT89S51AT89S51 的新功能的新功能 AT89S51 兼容标准 MCS-51 指令系统及 AT89C51 引脚结构，它相对于 AT89C51 增加的新功能包括： （1）ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要 11 把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 （2）

37、 最高工作频率为 33MHz，AT89C51 的极限工作频率是 24M，所以 AT89S51 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 （3）具有双工 UART 串行通道。 （4）内部集成看门狗计时器，不再需要像 AT89C51 那样外接看门狗计时器单元 电路。 （5）双数据指示器。 （6）电源关闭标识。 （7）全新的加密算法，这使得对于 AT89S51 的解密变为不可能，程序的保密性 大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 （8） 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列产品。比如 8051、AT89C51 等 早期 MCS-51 产品。 第三章第三章 设计方案设计方案 电子

38、计时器可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据电子时钟里 的核心部件秒信号的产生原理，通常有以下三种形式： 3.13.1 FPGAFPGA 设计设计方案方案 现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA） ，是 20 世纪 70 年代 发展起来的一种可编程逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。FPGA 在结 构上由逻辑功能块排列为阵列，并由可编程的内部连线连接这些功能块，来实现一定 的逻辑功能。 可编程逻辑器件的设计过程是利用 EDA 开发软件和编程工具对器件进行开发的过 程。由于 EDA 技术拥有系统的模拟和仿真功能，可读性、可重复性

39、、可测性非常好， 所以利用 EDA 开发 FPGA 是目前比较流行的方式。当然，有时根据需要，也会应用 MAX+plus 开发集成环境进行设计。 正因为 FPGA 在设计过程中方便、快捷，而且 FPGA 技术功能强大，能够应用其 制作诸如基代码发生器、数字频率计、电子琴、电梯控制器、自动售货机控制系统、 多功能波形发生器、步进电机定位控制系统、电子时钟等。 应用 FPGA 能够将时钟设计为为四种类型：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234。 12 3.23.2 NE555NE555 时基电路设计时基电路设计方案方案 555 定时器是美国 Signetics