【正文】 的變化，未來的的發(fā)展趨勢將是：智能化儀表儀器儀表中將普遍應用單片機[5]。未來的儀表儀器應該是數(shù)字化、智能化、柔性化和多功能化的，而運用單片機這些功能都能夠得到實現(xiàn)。對比傳統(tǒng)的儀器儀表，智能化儀表可以做到多種形式的輸出，可以與現(xiàn)代的各種電子設備相互匹配，例如與打印記錄儀、電子存儲器等相匹配，其靈活多變的優(yōu)點是傳統(tǒng)儀器儀表望塵莫及的。例如測量溫度的溫度測控儀、分析用的邏輯分析儀、常見的智能毫伏表及實驗室的智能萬用表?！　≈悄芑瘍x器儀表的突出優(yōu)點可以體現(xiàn)在：①智能化儀器儀表能夠做到靈活多變的輸出信息；②智能化儀器儀表有自行檢測故障的功能；③智能化儀器儀表能夠對復雜的被測信號進行相應的計算和正確處理的功能，增強儀器儀表的實用性；④智能化儀器儀表通過切換自動量程，可以提高分辨率與精度；⑤智能化儀器儀表有自行修復誤差功能；⑥智能化儀器儀表具有實現(xiàn)多參數(shù)/多回路的精準監(jiān)測功能；⑦智能化儀器儀表具有對特定信號實行定點、定時測量強大功能。 數(shù)字鐘設計研究內(nèi)容多功能數(shù)字電子鐘設計是利用電子技術設計出一個數(shù)字時鐘，數(shù)字鐘可以將“時”、”分”、“秒”顯示給人的計算時間的裝置[6]。電子時鐘系統(tǒng)有時鐘電路，LED顯示電路，定時報警電路，按鍵調整電路。通過本次多功能數(shù)字鐘的設計，可以提高人的知識綜合應用的能力、整體設計的能力，對以后從事電子產(chǎn)品的前線研制、實際生產(chǎn)、后期維修、市場經(jīng)營等奠定扎實的基礎。本次設計通過AT89C2051單片機來設計電子鐘，用C語言編程實現(xiàn)，實現(xiàn)了小時，分，秒和年，月，日的顯示、實現(xiàn)了倒計時等功能。鐘表的發(fā)展經(jīng)歷了各個時期，現(xiàn)如今電子的快速發(fā)展，電子鐘的為人們的便利數(shù)字化健康生活做出越來越大的貢獻，電子鐘的設計與研究有著實際意義。本次的畢業(yè)設計主要是通過單片機AT89C2051[2]的研究學習，熟悉掌握數(shù)字鐘的系統(tǒng)，完成畢業(yè)設計。從中既可提高個人的綜合知識應用能力、設計能力，也可以為以后從事電子產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、維修、經(jīng)營等打下基礎。2單片機（Single Chip Microsoftputer,簡稱MCU）簡介單片機又可稱為微控制器，把中央處理器（簡稱CPU），只讀存儲器（簡稱ROM），隨機存儲器（簡稱RAM），計時器（Timer/Counter），中斷系統(tǒng)（Interrupt System），輸出接口（簡稱I/O Interface）集中在一塊半導體芯片上，由此構成一臺完整的數(shù)字計算機。單片機是把中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM、定時器、計數(shù)器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)等運用超大規(guī)模的集成電路的技術集成在一塊硅片上，構成了一個小而功能完善的小計算機系統(tǒng)的集成電路芯片[8] [9] [10]。當今社會，單片機在人們生活的各個領域都扮演著不可小覷的角色，不論是達到自導彈上面的導航裝置，能夠實時控制和進行相應的數(shù)據(jù)處理的工業(yè)自動化過程，對飛機上復雜的儀表的控制，計算機的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡通訊，到日常生活使用的各類智能IC卡，電子鐘、錄像機、風扇、全自動洗衣機等的控制，還是民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，程控玩具、幼童的電子寵物，自動控制領域的機器人和智能儀表等各種智能機械等等都離不開單片機，單片機的身影無處不在[11]。Intel8031指令系統(tǒng)是目前比較廣泛運用的系統(tǒng)，所有兼容這個指令系統(tǒng)的單片機統(tǒng)稱為51單片機，該系列單片機的鼻祖為Intel的8031單片機，后來Flansh rom技術不斷的發(fā)展，8031單片機成為了當前應用最廣泛的8位單片機之一[12]。20紀70年代，美國的一家知名公司Fairchild推出了首款單片機F－8，緊隨其后英特爾公司推出了應用更廣泛、更具影響力的MCS48系列單片機，憑借體積小、重量輕、價格低廉和控制功能齊全的特點，得到了各方的青睞，這為單片機走得更好更遠打了了堅若磐石的基礎。在工業(yè)控制領域，MCS48系列單片機的推出與運用標志著計算機的智能化已經(jīng)進入到應用嵌入式芯片的形態(tài)探索的新階段[13]。這一時期具有的特點有： 1）單片機只保證了基本的控制功能； 2）主流研究嵌入式計算機系統(tǒng)的芯片的集成設計。單片機發(fā)展的勢頭一發(fā)不可收拾，MCS48探索的成功促使很快就推出了更加完善、更加典型的MCS5l單片機系列。單片機MCS51系列的一經(jīng)推出，標志了Single Chip Microputer體系結構已經(jīng)趨于完善。它主要在如下幾個方面奠定了如今通用總線型單片機典型的結構體系：①完善的總線結構：串行總線：通信總線，擴展總線；并行總線：8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線以及相應的控制總線，兩個獨立的地址空間。②完善的指令系統(tǒng)：具有強大的邏輯控制功能和位處理的功能，達到滿足工業(yè)控制和其他各方面的需要；功能單元的特殊功能寄存器SFR為集中管理[11]。③MCS51的完善，使其成為SCMC的典型體系結構。英特爾（Intel公司）向市場推出的MCS96單片機，開始把一些運用在測控系統(tǒng)的模數(shù)轉換器(ADC)、調制脈寬的脈寬調制器(PWM)、監(jiān)視程序運行的監(jiān)視器(WDT)、高速I/O口加入到片中，使單片機典型的微控制器特征得到展現(xiàn)。MCS51系列單片機已開始蔓延到各大電氣商，許多電氣公司爭相使用80C51作為核心，把大多測控系統(tǒng)中需要使用到的接口技術、電子電路技術、可靠性技術運用在單片機上；伴隨單片機的內(nèi)外圍的功能電路不斷強大，智能控制器典型特征得到了明顯的強化。微控制器(Microcontrollers)已經(jīng)作為更能貼切表達單片機的名詞[8] [12]。其特點表現(xiàn)為：1）、達到了嵌入式應用外圍擴展的要求，如模數(shù)轉換器(ADC)、調制脈寬的脈寬調制器(PWM)、監(jiān)視程序運行的監(jiān)視器(WDT)、高速I/O口等。2）、眾多計算機外圍功能做到了集成，如：a) 配置現(xiàn)場總線接口：CAN BUS總線；b) 提供串行擴展總線：BUS總線、SPI總線、Microwire總線、I2C總線；c)CMOS化，提供了功耗管理的強大功能。d)提供OTP的供應狀態(tài)，可以運用現(xiàn)代技術大規(guī)模批量生產(chǎn)。單片機發(fā)展到這一新階段，標志著單片機在工業(yè)控制領域中扮演智能化控制工具的主角的地位不論是小到娛樂玩具、家電生產(chǎn)行業(yè)，還是大到車載、艦船智能機械的電子系統(tǒng)等領域，它的身影遍布計量測試、控制工業(yè)過程、機械電子技術、金融電子行業(yè)、辦公自動化控制、商用電子行業(yè)、工業(yè)機器人、國家軍事和國家航空航天事業(yè)等領域。為了達到滿足不同的要求，涌現(xiàn)出了高速、運算功能強大、尋址快范圍廣和可以多機通信的132位三種的升級版通用型單片機，還有外圍系統(tǒng)集成、袖珍廉價型的專用型單片機，形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機陸續(xù)出現(xiàn)在大家的面前。單片機的發(fā)展已經(jīng)到了萬花爭春的時代，用戶有廣闊的選擇空間。這一時期的特點表現(xiàn)為：(1) 電氣商、 半導體商加入戰(zhàn)爭MCS48單片機的巨大成功，迅速刺激了各個半導體公司，他們爭相研制和努力發(fā)展各自的單片機系列。到目前為止，約莫有50個系列300多個種類的單片機產(chǎn)品已陸續(xù)由世界各地廠商經(jīng)過努力研制出來，其中最具代表性的分別有摩托羅拉Motorola公司的6806802，由Microchip公司研制的PIC系列，Zilog公司研制的Z8系列等[11]。另外在開本的日立公司、NEC公司也都相繼研制出各具特色的性能好的單片機品種。(2)大力發(fā)展專用單片機專用型與通用型的區(qū)別是經(jīng)過某一型號單片機具體能夠適用的范圍區(qū)分的。比如，80C51屬于通用型單片機，因為它并非為了某一種專門用途而專門設計的單片機；而專用型單片機是針對一個特定產(chǎn)品或某一類產(chǎn)品特定的需要而設計、最后生產(chǎn)出來的單片機。例如，生活中的全自動洗衣機中需要用到的微控制器或者來電顯示電話和手機中那些配備有液晶驅動器接口的專用單片機，這些就是專用單片機；特別是智能玩具、日常小家電領域需要的單片機，大多數(shù)是小封裝、外設接口相對集成度高、價格便宜的外圍器件，它們多半是專用單片機[20] [21]。(3)綜合品質高在體系結構(精簡指令微處理器)、支持ISP、IAP等高級語言的開發(fā)環(huán)境、電磁兼容性能、功耗管理等諸方面都得到了明顯的提高。根據(jù)選用的技術與控制單元設計的方法不同，目前市場上的大多單片機可區(qū)分為兩大類型：精簡指令集結構(RISC)和繁雜指令集結構(CISC)。精簡指令集結構的特點是成本相對較低，指令和尋址方式少，結構簡單，能夠較快的執(zhí)行程序，已經(jīng)成為單片機中一顆閃亮的新星，如PIC、Z86HCXXX和EM78XX；而繁雜指令集結構(CISC)具有尋址方式多，指令數(shù)量豐富，適合初學者的系統(tǒng)的學習的特點，如英特爾的80C51或MC68K、80C196。IAP和ISP方式是現(xiàn)今兩種比較先進的實時在線的開發(fā)方法。不用借助傳統(tǒng)的開發(fā)裝置，憑借單片機和計算機高性能特點，就可以實現(xiàn)需要的在線仿真。(4)C語言的廣泛支持a) 普遍的單片機都做到支持C語言編程，為以后學習和應用單片機奠定了基礎[14]；b) 高級語言大大降低了選型的障礙，易于優(yōu)化、升級和交流程序。 1980年由美國的INTE公司推出的MCS51系列單片機，對比于MCS48單片機，功能更加強大，擁有先進的結構，在本來的基礎上也增添了更多的電路單元和系統(tǒng)指令,指令數(shù)達到了111條。從各個方面說，MCS51都是相當成功的產(chǎn)品，時至今天，MCS51系列及其所有兼容的單片機依然是單片機應用的主流產(chǎn)品[20] [21]。8038051和8751等通用產(chǎn)品是MCS51系列單片機的主要組成，其主要的功能具體有：8位CPU、數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 、程序存儲器(ROM)111條指令（大部分為單字節(jié)指令）、32條I/O口線可編程定時/計數(shù)器、專用寄存器全雙工串行通信口邏輯操作的位尋址功能、外部程序的存儲器尋址、外部數(shù)據(jù)的存儲器尋址單一+5V電源供電由于51MCU擁有性能比較優(yōu)越的專用寄存器、統(tǒng)一管理和典型的網(wǎng)絡結構，對于擁有控制方式多樣的指令系統(tǒng)以及眾多邏輯位控制功能，被稱作一代“名機”，巨大的效益等等都為以后的其它單片機的發(fā)展奠定了不可磨滅的堅實基礎。其杰出的性能和完善的構造甚至導致后來的很多廠商多參考或沿襲了其體系結構，很多世界性大電氣商在以后的時間里豐富、完善和發(fā)展了MCS51單片機。最近幾年C51更是迅猛的發(fā)展，C51的發(fā)源公司是INTEL公司，PHILIPS公司從未拋卻改善單片機的性能，在原來的基礎上已發(fā)展出了A/D轉換器，高速I/O口，脈寬調制PWM、WDT等增強的功能，并且在功耗微小、低電壓、網(wǎng)絡控制總線CAN和擴展串行總線I2C等功能都做了相應完善。而ATMEL公司推出的兼容C51的AT89Cxx系列單片機，可以完美地將非易失閃存技術Flash EEPROM與80C51內(nèi)核結合起來，而且你會發(fā)現(xiàn)其仍然是采用C51單片機典型的總體結構和典型的指令系統(tǒng)，F(xiàn)lash存儲器可反擦寫程序，這樣不僅可以有效地減少開發(fā)成本，而且能使單片機可以作多次重復使用[20]。51系列單片機的精益求精，使其有了更加廣泛的發(fā)展與運用；也恰恰因為其廣泛的發(fā)展和廣泛的應用，推動了51系列單片機的功能的不斷完善，相輔相成，向著更加光明的方向發(fā)展著。由于單片機具備質量輕，體積小，價格便宜的優(yōu)點；強大的控制功能，豐富的指令；抗干擾能力強；IO引腳相對較少；片內(nèi)存儲器容量比較小等諸多特點，因此其在日常家電，游戲機，幼童玩具，儀表儀器，計算機的外圍設備，機電一體化的產(chǎn)品，分布式的監(jiān)控，工業(yè)控制等諸多領域有著廣泛的應用?？梢灶A見在不久的將來，隨著各種電子產(chǎn)品的發(fā)展，性能強大、功能多、低電壓、高速度、存儲器容量大、功耗低的單片機將會出現(xiàn)在我們面前。一個更為廣泛的應用前景等著單片機。 通過了解單片機的發(fā)展與發(fā)展方向，主要運用做到為課程設計選擇合適的單片機，為課程設計中排解問題奠定基礎。3各個模塊的特性及結構本次畢業(yè)設計的目標：借助51單片機讓電子鐘實現(xiàn)基本的時分秒的顯示功能。這次將由兩大模塊組成：由AT89C2051單片機控制的模塊和由LED實現(xiàn)顯示的模塊。 AT89C2051單片機模塊【引腳電器性能】AT89C2051單片機端口特性： P1口：P1口是一個具備8位雙向的I/O端口，～。(AIN1)和同相輸入(AIN0)的作用[15]。P1口做輸出緩沖器功能用時，能吸收達20mA的電流，而且可以直接驅動LED進行顯示。當對端口寫1時，經(jīng)由內(nèi)部的上拉電阻就已經(jīng)把端口拉到了高電位，此時可作為輸入口[12]。P2口：當把P2口作為輸入口時，由于內(nèi)部據(jù)有上拉電阻，這時被外部信號拉低的那些引腳就會輸出一個電流（Iil）。 AT98C2051外部引腳圖P3口：8位雙向的I/～，這7個I/O端口都帶有內(nèi)部上拉電阻。，而且可以對輸入片內(nèi)比較器對應的輸出信號起到固定的作用。P3口做輸出緩沖器功能用時，能吸收達20mA的電流。當對端口寫1時，經(jīng)過內(nèi)部的上拉電阻實現(xiàn)了端口拉=至高電位，這時具有作輸入口的功用。另外P3口作輸入口時，由于內(nèi)部具有上拉電阻，這時被外部信號拉低的那些引腳會輸出一個電流（Iil）。內(nèi)部單元：運算器：算術／邏輯部ALU：能夠進行+、*、/ 的算術運算和對布爾代數(shù)進行邏輯運算，程序狀態(tài)寄存器的一些位能受運算結果的控制，這就能為轉移、判斷、十進制是否出錯和進行修正等提供了依據(jù)[16] [17]。累加器A：算術／邏輯運算中能夠存放需要的結果或者操作數(shù)，A能夠完成跟外部存儲器和I/O接口的數(shù)據(jù)傳送[18]。寄存器B：在 *、/ 運算中需要寄存器B 。做乘法運算時，乘數(shù)和運算結果中積的高字節(jié)存都放在B上；做除法運算時，除數(shù)和余數(shù)也都需要存放在B上。不需要乘除運算時，B則可以當作通用寄存器[18] [19]。程序狀態(tài)標志寄存器PSW：存儲了當前指令運行后操作結果的特有特征，為下一條執(zhí)行指令提供了依據(jù)。【PSW】 (D0H) D7 D6 D5 D4 D3 D2