【正文】 摘要 本設計基于單片機技術原理，以單片機芯片 AT89C51 作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設計 了 多功能數(shù)字時鐘系統(tǒng)。該時鐘系統(tǒng)主要由時鐘模塊、環(huán)境溫度檢測模塊、液晶顯示模塊 以及 鍵盤控制模塊組成。系統(tǒng)具有簡單清晰的操作界面，能在 4V～ 7V 直流電源下正常工作。能夠準確顯示時間（顯示格式為時時：分分：秒秒， 24 小時制），可隨時進行時間調(diào)整，具有鬧鐘時間設置、鬧鐘開 /關、止鬧功能，能夠?qū)r鐘所在的環(huán)境溫度進行測量并顯示。設計以硬件軟件化為指導思想，充分發(fā)揮單片機功能，大部分功能通過軟件編程來 實現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。同時，該時鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點，具有很強的實用性。由于系統(tǒng)所用元器件較少，單片機所被占用的 I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴展性。 關鍵詞：單片機，數(shù)字時鐘，時間調(diào)整，溫度顯示 目 錄 緒論 .......................................................... 3 課題的提出及研究意義 ........................................ 3 數(shù)字時鐘的發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................... 4 課題研究目的和研究內(nèi)容 ....................................... 6 多 功能數(shù)字時鐘硬件設計 .......................................... 6 主控制模塊 ................................................. 7 顯示模塊 ................................................... 9 時鐘模塊 .................................................. 11 溫度模塊 .................................................. 12 串行通信接口電路 ........................................... 15 電源轉換模塊 .............................................. 15 本章小結 .................................................. 17 3 軟件設計部分 .................................................. 17 時鐘程序的設計 ........................................... 17 溫度采集流程 .............................................. 17 液晶程序模塊 ............................................... 18 本章小結 .................................................. 19 4 總結 .......................................................... 19 參考文獻 ....................................................... 19 附錄 多功能數(shù)字時鐘設計程序 ...................................... 22 緒論 人類的生活和工作均離不開時鐘。從古代的滴漏更鼓到近代的機械鐘，從電子表到目前的數(shù)字時鐘，為了準確的測量和記錄時間，人們一直在努力改進著計時工 具。鐘表的數(shù)字化，大力推動了計時的精確性和可靠性。 課題的提出及研究意義 課題的提出 近些年，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要求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，有電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。 數(shù)字鐘成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用 ,使得數(shù)字鐘的精度 ,遠遠超過老式鐘表 , 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便 。 在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴印過程中 的曝光定時等。早期常用的一些時間控制單元都使用模擬電路設計制作的，其定時準確性和重復精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術的新一代產(chǎn)品，隨著單片機性能價格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應用也越來越廣泛，大可構成復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以構造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。 隨著電子技術的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設備逐漸增多，不同的設備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這 種實際情況，設計了一個單片機多功能數(shù)字時鐘，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進行控制，同時又可以進行時鐘校準和定點打鈴。它可以執(zhí)行不同的時間表（考試時間和日常作息時間）的打鈴，可以任意設置時間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。 電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到數(shù)字電子鐘 。在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所使用 LCD 數(shù)字電子鐘已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式各樣的 LCD 數(shù)字電子鐘大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜，功率損耗大等缺點 ， 因此 有必要對數(shù)字電子鐘進行改進 。 課題研究的意義 多功能數(shù)字時鐘的用途十分廣泛，只要有計時的存在，便要用到數(shù)字時鐘的原理及結構；同時在日期中，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費者的喜愛。隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對于時鐘的要求在不斷提高 ]4[ 。時鐘已不僅僅被看出一種用來顯示時間的工具，在很多實際應用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代時鐘發(fā)展的趨勢。在這種趨勢下，時鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)在時鐘生產(chǎn)研究的主導設計方向。 數(shù)字時鐘的發(fā)展現(xiàn)狀 幾種常用數(shù)字時鐘設計方案： 一、基于微機系統(tǒng)的數(shù)字時鐘設計 計時單元由定時 /計數(shù)器 8253 的通道 0 來實現(xiàn)。定時采用硬件計數(shù)和軟件技術相結合的方式，即通過 8253 產(chǎn)生一定的定時時間，然后再利用軟件進行計數(shù)，從而實現(xiàn) 24小時制定時。 8253 定時時間到了之后產(chǎn)生中 斷信號， 8253 在中斷服務程序中實現(xiàn)時、分、秒的累加。 時間顯示采用實驗平臺上的 6 個 LED 數(shù)碼管分別顯示時、分、秒，采用動態(tài)掃描方式實現(xiàn)。 校時和鬧鈴定時通過鍵盤電路和單脈沖產(chǎn)生單元來輸入。按鍵包括校時鍵、鬧鐘定時鍵、加 1 鍵和減 1 鍵等。 報警聲響用蜂鳴器產(chǎn)生，將蜂鳴器接到 8255 的一個端口，通過輸出電平的高低來控制蜂鳴器的發(fā)聲。 系統(tǒng)硬件設計主要利用微機實驗平臺上的電路模塊。硬件電路主要由鍵盤電路、單脈沖產(chǎn)生單元、 8253 定時計數(shù)器、 8255 并行接口單元、 8259 中斷控制器、 LED 顯示電路和蜂鳴器電路等等。 系統(tǒng)的硬件電路設計框圖如圖 1 所示。 圖 基于微機系統(tǒng)的數(shù)字時鐘設計框圖 二、基于 VHDL 的數(shù)字時鐘設計 基于 VHDL 語言，用 Top_Down 的思想進行設計。 用 CN6 無進位六進制計數(shù)器選擇數(shù)碼管的亮滅以及對應的數(shù)，循環(huán)掃描顯示，用SEL61 六選一選擇器選擇給定的信號輸出對應的數(shù)送到七段碼譯碼器。 K4 模塊進行復位，設置小時和分，輸出整點報時信號和時，分，秒信號。 單元模塊設計部分 圖 基于 VHDL 數(shù)字時鐘的設計模塊 單元模塊設計部分分 三 個部分，介紹數(shù)字鐘選擇顯示數(shù)碼管和對應的數(shù)模塊 CN6,信號選擇模塊 SEL61,七段碼譯碼器模塊 DISP 和復位，秒，分，時顯示，設置模塊。 三、基于單片機數(shù)字時鐘設計 基于單片機的數(shù)字時鐘設計是模塊化設計，以單片機做主控制模塊，控制時鐘芯片、溫度傳感器芯片等，又將數(shù)據(jù)控制輸出到顯示模塊。 基于 MCS51 單片機的數(shù)字時鐘系統(tǒng)具有顯示準確、直觀、易于調(diào)整等特點。單片機 對應的數(shù)模塊 CN6 信號選擇模塊 SEL61 七段碼譯碼器模塊 DISP 自誕生以來給全世界人類的生活和工作起到了劇烈的變化，而 MCS51 單片機是我國使用最早、最易掌握和應用的一款單片機。通過該系統(tǒng)的設計，對單片機的原 理和功能有個比較系統(tǒng)和全面的掌握，初步學習到有關工程設計的方法和思路。這樣以后的就業(yè)面會更加寬廣，也可以滿足當今社會對單片機開發(fā)人才的大量需求 ]5[ 。 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，錄象機、攝象機，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因 此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機在多功能數(shù)字鐘中的應用已是非常普遍的，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(nèi)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時實現(xiàn)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和數(shù)碼管顯示技術。 課題研究目的和研究內(nèi)容 課題研究目的 日常生活中人們離不開時鐘。本文介紹是基于單片機的 多功能數(shù)字時鐘，在傳統(tǒng)的時鐘基礎上 它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置 等優(yōu)點。 隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 時鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)在時鐘生產(chǎn)研究的主導設計方向。 課題研究內(nèi)容 采用模塊設計法完成多功能數(shù)字時鐘的設計?；竟δ苁菚r鐘顯示，能準確顯示“時”、“分”、“秒”，并具有快