【正文】 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于51單片機(jī)電子鐘的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄前 言 1第一章 緒論 2第一節(jié) 電子時(shí)鐘 2一、電子時(shí)鐘簡(jiǎn)介 2二、電子時(shí)鐘的基本特點(diǎn) 3三、電子時(shí)鐘的基本原理 3第二節(jié) 電子時(shí)鐘的應(yīng)用 4第三節(jié) 集成電路技術(shù)的相關(guān)發(fā)展 4一、集成電路技術(shù) 4二、集成電路技術(shù)的發(fā)展歷史 5三、集成電路技術(shù)的現(xiàn)狀 5四、集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 6第四節(jié) 本章小結(jié) 6第二章 51單片機(jī)及時(shí)鐘芯片 7第一節(jié) 51單片機(jī)的相關(guān)介紹 7一、單片機(jī)的定義 7二、單片機(jī)的發(fā)展 8三、單片機(jī)的分類 9四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 9第二節(jié) 單片機(jī)的選型 10一、STC89C52的基本結(jié)構(gòu) 10二、STC89C52單片機(jī)的封裝和引腳 12三、STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘 14四、STC89C52單片機(jī)的復(fù)位 15第三節(jié) 時(shí)鐘芯片 16一、S3530A實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 17二、DS1302涓流充電時(shí)鐘保持芯片 17三、PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷/芯片 18四、DS12C887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 19五、芯片的選型 20第三節(jié) 本章小結(jié) 20第三章 電子鐘的整體結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)計(jì) 21第一節(jié) 方案提出與選擇 21第二節(jié) 硬件部分設(shè)計(jì) 22一、單片機(jī)最小系統(tǒng) 22二、時(shí)鐘芯片電路 23三、電源供電電路 25四、1602LCD液晶屏 25五、蜂鳴器鬧鈴電路 26六、按鍵調(diào)整電路 26第三節(jié) 軟件部分設(shè)計(jì) 27一、主程序說明及流程圖 27二、DS12C887芯片說明及軟件流程圖 28三、1602液晶顯示設(shè)計(jì)說明及軟件流程圖 29四、鍵盤說明及軟件流程圖 31第四節(jié) 本章小結(jié) 32第四章 系統(tǒng)測(cè)試及相關(guān)驗(yàn)證 33第一節(jié) 測(cè)試系統(tǒng)組成 33第二節(jié) 電子鐘性能測(cè)試 34一、測(cè)試過程 34二、測(cè)試結(jié)果 35第三節(jié) 綜合分析 36一、人為誤差 36二、硬件設(shè)計(jì)相關(guān)誤差 37三、軟件設(shè)計(jì)相關(guān)誤差 37第四節(jié) 系統(tǒng)主要問題及優(yōu)點(diǎn) 39第五節(jié) 本章小結(jié) 40結(jié) 論 41致 謝 42參考文獻(xiàn) 43附 錄 45一、 英文原文： 45二、 英文翻譯： 51三、 工程設(shè)計(jì)圖紙： 55四、 源程序： 57五、 實(shí)物圖片： 73第一章 緒論隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓阶非笕诵曰氖挛?，傳統(tǒng)的時(shí)鐘早已不能滿足人們的需求。數(shù)字電子鐘取而代之出現(xiàn)在當(dāng)今社會(huì)和生活的當(dāng)中，然而現(xiàn)代的數(shù)字鐘不但需要模擬電路技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，增加電子鐘的功能；而且還要利用軟件編程盡量做到硬件電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾,減小因元器件精度不夠引起的誤差。與傳統(tǒng)機(jī)械式時(shí)鐘相比電子鐘已經(jīng)具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。電子時(shí)鐘通過數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)時(shí),分,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,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(yīng)用,使得電子鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)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，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。第一節(jié) 電子時(shí)鐘一、電子時(shí)鐘簡(jiǎn)介1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個(gè)電子鐘表，并從此奠定了電子時(shí)鐘的基礎(chǔ)，電子時(shí)鐘也就此開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時(shí)鐘是基于單片機(jī)而設(shè)計(jì)的一種計(jì)時(shí)工具，其原理是采用延時(shí)程序產(chǎn)生一定的時(shí)間中斷，用于一秒的定義，通過計(jì)數(shù)的方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時(shí)進(jìn)一，滿二十四小時(shí)小時(shí)清零。從而達(dá)到計(jì)時(shí)的功能，是人民日常生活不可或缺的工具。電子鐘也因?yàn)閼?yīng)用直觀的數(shù)字顯示，更方便老年人和兒童認(rèn)知時(shí)間。與傳統(tǒng)的機(jī)械時(shí)鐘先比，電子鐘具有這很大的優(yōu)勢(shì)。也正是由于電子鐘采用數(shù)字集成電路的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使電子鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。電子鐘現(xiàn)在也經(jīng)常用于定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。二、電子時(shí)鐘的基本特點(diǎn)現(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)工具大部分都使用了石英晶體振蕩器，由于電子時(shí)鐘、石英鐘、石英表都采用了先進(jìn)石英技術(shù)，因此具有走時(shí)精度高、穩(wěn)定性能好、使用方便、功能豐富等特點(diǎn)，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED或者液晶顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，使顯示功能更直觀，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。三、電子時(shí)鐘的基本原理電子鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，具有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼，通過七段顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路時(shí)用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。第二節(jié) 電子時(shí)鐘的應(yīng)用LCD數(shù)字電子時(shí)鐘除了應(yīng)用在城市的一些主要的營(yíng)業(yè)場(chǎng)所、各類車站、碼頭等公共場(chǎng)所，還可以改裝在一些機(jī)動(dòng)車上，LCD液晶顯示，帶藍(lán)色背光，即使白天在強(qiáng)光下也能很清楚的看到顯示時(shí)間，不需要是斷電時(shí)間也不會(huì)清零，還有節(jié)能的效果，所以LCD的顯示耗電量很省的，所以LCD電子時(shí)鐘的使用壽命比較長(zhǎng)。在騎摩托車時(shí)，為了看時(shí)間，先要停下車子，取出手機(jī)，才能看時(shí)間，是否有點(diǎn)麻煩，現(xiàn)在車上改裝了一個(gè)藍(lán)色背光的液晶電子鐘后，不管白天黑夜色，隨時(shí)都能看時(shí)間，使用非常方便安全。第三節(jié) 集成電路技術(shù)的相關(guān)發(fā)展一、集成電路技術(shù)在此次設(shè)計(jì)中將用到的核心技術(shù)就是集成電路技術(shù)[1]。集成電路技術(shù)是一種微型的電子器件，采用一定的工藝將包含二極管、三極管、電容、電阻、電容等元件以及相互連線的整個(gè)電路，集中制造在一個(gè)或幾個(gè)很小的半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，再經(jīng)引線和封裝，使之成為具有特定功能的微型電路結(jié)構(gòu)。在每片芯片上所集成的元件個(gè)數(shù)被稱為集成度。一般來說，小規(guī)模集成電路的集成度大概是1～100，中規(guī)模集成電路的集成度則是100～1000，大規(guī)模集成電路的集成度是1000～10萬，超大規(guī)模集成電路的集成度是10萬～100萬，極大規(guī)模集成電路的集成度大于100萬。集成電路具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中包括體積小、引出線和焊接點(diǎn)少、外觀精美、壽命長(zhǎng)、成本低、可靠性高、性能好等等，廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、導(dǎo)彈、雷達(dá)、人造衛(wèi)星和各種遙控、遙測(cè)設(shè)備中等各類電子設(shè)備。二、集成電路技術(shù)的發(fā)展歷史集成電路是信息產(chǎn)業(yè)和高新科技技術(shù)的核心，也是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化的核心技術(shù)?，F(xiàn)在集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平已成為國(guó)家綜合國(guó)力和技術(shù)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。集成電路正隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步：1946年2月15日世界上第一臺(tái)通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)大約使用了18000個(gè)電子管，1500個(gè)繼電器以及其他器件，安裝在面積為9*15平方米的室內(nèi)；在20世紀(jì)50年代，第二代電子計(jì)算機(jī)問世，它是以晶體管代替了電子管，此時(shí)第一個(gè)集成電路誕生了，它包括一個(gè)晶體管、兩個(gè)電阻和一個(gè)電阻、電容的組合。后來集成電路相關(guān)工藝日趨發(fā)展完善，日益增多的電路元件都已經(jīng)以集成電路的形式出現(xiàn)，甚至在小于1平方厘米的芯片上，就可以集成上百萬個(gè)電子元件；在1967年和1977年，陸續(xù)出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，不斷的完善和發(fā)展計(jì)算機(jī)的性能與規(guī)模。目前我國(guó)集成電路相對(duì)于世界的先進(jìn)水平還存在一定的差距，所以仍然還有大力發(fā)展本國(guó)集成電路的需要。三、集成電路技術(shù)的現(xiàn)狀我國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30多年的飛速發(fā)展現(xiàn)已形成了近百家的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中具備一定設(shè)計(jì)規(guī)模的單位也有至少二十幾家，其中北京華大、大唐、深圳華威和無錫矽科四家設(shè)計(jì)公司的銷售額超過了1億元。 2000年，銷售額近200億元，%和75%。并且集成電路芯片目前主要采用5～6英寸硅片、～1微米技術(shù) ，～。不少設(shè)計(jì)公司可以設(shè)計(jì)上萬門的集成電路產(chǎn)品，而北京華大和深圳華威最高可設(shè)計(jì)80萬門的電路。目前國(guó)內(nèi)的通信芯片行業(yè)取得了突破性進(jìn)展，例如南京東南大學(xué)射頻與光電集成電路研究所設(shè)計(jì)的第一批芯片已成功通過測(cè)試，其中的3個(gè)芯片還達(dá)到世界先進(jìn)水平，填補(bǔ)了我國(guó)高速CMOS集成電路設(shè)計(jì)的技術(shù)空白，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出的實(shí)用產(chǎn)品可以打入光纖通信接口設(shè)備市場(chǎng)。多家外國(guó)著名公司也紛紛在中國(guó)建立起集成電路設(shè)計(jì)公司。四、集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)中國(guó)在未來發(fā)展集成電路的主要目標(biāo)是：；；提高集成電路的設(shè)計(jì)技術(shù)能力用以滿足當(dāng)今市場(chǎng)需求；－；開發(fā)并研制200mm的硅片制造技術(shù)，并將該技術(shù)在國(guó)內(nèi)開始生產(chǎn)等。未來的10年是我國(guó)微電子和集成電路技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過渡時(shí)期。重點(diǎn)工作就是要推進(jìn)超大規(guī)模集成電路技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)的集成電路市場(chǎng)潛力非常大，是因?yàn)榻陙黼娮佑?jì)算機(jī)技術(shù)爆炸式增長(zhǎng)、移動(dòng)通信終端設(shè)備市場(chǎng)的飛速發(fā)展，而移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展成為推動(dòng)集成電路和半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大動(dòng)力。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，也為為集成電路產(chǎn)業(yè)提供了巨大的發(fā)展空間。在未來的幾年里，我國(guó)集成電路市場(chǎng)需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①通信信息的運(yùn)營(yíng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)集成電路技術(shù)提出新的需求。②國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平和電子信息化建設(shè)給微電子信息制造業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)新市場(chǎng)；③隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)改造升級(jí)，并提高設(shè)計(jì)和制造水平推進(jìn)機(jī)電一體化，為各類行業(yè)提供先進(jìn)技術(shù)支撐，同樣也會(huì)給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展和市場(chǎng)空間。 綜觀中國(guó)集成電路的設(shè)計(jì)和發(fā)展概況，不難看到從上個(gè)世紀(jì)80年代末開始，經(jīng)過開始的創(chuàng)業(yè)期發(fā)展期，21世紀(jì)將是中國(guó)集成電路技術(shù)設(shè)計(jì)業(yè)的成熟期。第四節(jié) 本章小結(jié)本章主要介紹了電子時(shí)鐘的相關(guān)知識(shí)與其發(fā)展?fàn)顩r，另外還對(duì)集成電路的相關(guān)技術(shù)做了簡(jiǎn)要介紹，由于集成電路技術(shù)也是本設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，所以對(duì)于集成電路的應(yīng)用應(yīng)該詳細(xì)了解，以便熟悉和完成本次設(shè)計(jì)。第二章 51單片機(jī)及時(shí)鐘芯片單片機(jī)自上個(gè)世紀(jì)七十年代問世以來，以極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注。因此在我國(guó)，單片機(jī)已廣泛被應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、智能儀器儀表技術(shù)、家用電器、電力電子以及機(jī)電一體化等各個(gè)方面。而集成電路的飛速發(fā)展，使得各類實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片層出不窮，其功能也是不盡相同。在一個(gè)特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單片機(jī)以及時(shí)鐘芯片的選型尤為重要，這也是在做好第一步的關(guān)鍵，因此，如何評(píng)價(jià)同種芯片各類型號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)成為了芯片選型的重要步驟之一。第一節(jié) 51單片機(jī)的相關(guān)介紹一、單片機(jī)的定義單片機(jī)[1]是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊很小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件，如：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前是有部分單片機(jī)還會(huì)具有外存結(jié)構(gòu)。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，內(nèi)部時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在功能最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)可以將圖像、聲音、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)又被稱為微控制器（Microcontroller），這個(gè)名稱得于它最早是被應(yīng)用在工業(yè)控制和自動(dòng)化控制領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)單片機(jī)是由芯片內(nèi)部?jī)H有CPU專用處理器發(fā)展而來的，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)思路是通過集成電路技術(shù)使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小、更容易集成于系統(tǒng)復(fù)雜而體積嚴(yán)格要求控制尺寸的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)出的處理器，之后的單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。事實(shí)上單片機(jī)是世界上應(yīng)用數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。當(dāng)今人類生活中所用的大部分的電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)，例如手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等等。而個(gè)人電腦中也會(huì)有單片機(jī)在支撐工作。一部汽車上一般至少配備40多部單片機(jī)，而復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有超過數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作。所以單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至超出人類的數(shù)量。二、單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)出現(xiàn)在1971年，記過了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，大概經(jīng)過了四個(gè)發(fā)展階段[3]。第一階段（1974年1976年）：初級(jí)單片機(jī)階段。此階段單片機(jī)的主要特點(diǎn)是雙片形勢(shì)、功能單一、應(yīng)用局限性較大等特點(diǎn)。第二階段（1976年1978年）：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司制造的MCS—48單片機(jī)為代表，此類單片機(jī)內(nèi)部集成有8位的CPU、并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等，其缺點(diǎn)則是無串行口，中斷處理方式比較簡(jiǎn)單，內(nèi)部RAM和ROM的容量較小，尋址范圍非常小，通常小于4KB。第三階段（1978年現(xiàn)在）：高性能單片機(jī)階段。此階段推出的單片機(jī)普遍特點(diǎn)是帶有串行I/O口，多級(jí)中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)RAM、ROM容量加大，而且其尋址范圍可高達(dá)到64KB，其中還有一部分片內(nèi)帶有A/D轉(zhuǎn)換器。由于這類單片機(jī)性能價(jià)格比較高，所以現(xiàn)在仍然被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，也是目前數(shù)量最多的單片機(jī)，我們這次設(shè)計(jì)用到的51單片機(jī)就屬于這個(gè)階段的典型代表。第四階段（1982年現(xiàn)在）：8位單片機(jī)穩(wěn)定發(fā)展階段及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。此階段單片機(jī)的主要特征是一方面發(fā)展16位單片機(jī)、32位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；而另一方面不斷完善高性能8位單片機(jī)，改善和發(fā)展其結(jié)構(gòu)和性能，以滿足各類的用戶需要。單片機(jī)技術(shù)