【正文】 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文）基于51單片機電子鐘的設計畢業(yè)論文目 錄前 言 1第一章 緒論 2第一節(jié) 電子時鐘 2一、電子時鐘簡介 2二、電子時鐘的基本特點 3三、電子時鐘的基本原理 3第二節(jié) 電子時鐘的應用 4第三節(jié) 集成電路技術的相關發(fā)展 4一、集成電路技術 4二、集成電路技術的發(fā)展歷史 5三、集成電路技術的現(xiàn)狀 5四、集成電路技術發(fā)展趨勢 6第四節(jié) 本章小結 6第二章 51單片機及時鐘芯片 7第一節(jié) 51單片機的相關介紹 7一、單片機的定義 7二、單片機的發(fā)展 8三、單片機的分類 9四、單片機的應用領域 9第二節(jié) 單片機的選型 10一、STC89C52的基本結構 10二、STC89C52單片機的封裝和引腳 12三、STC89C52單片機的時鐘 14四、STC89C52單片機的復位 15第三節(jié) 時鐘芯片 16一、S3530A實時時鐘芯片 17二、DS1302涓流充電時鐘保持芯片 17三、PCF8563實時時鐘日歷/芯片 18四、DS12C887實時時鐘芯片 19五、芯片的選型 20第三節(jié) 本章小結 20第三章 電子鐘的整體結構及相關設計 21第一節(jié) 方案提出與選擇 21第二節(jié) 硬件部分設計 22一、單片機最小系統(tǒng) 22二、時鐘芯片電路 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、按鍵調整電路 26第三節(jié) 軟件部分設計 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液晶顯示設計說明及軟件流程圖 29四、鍵盤說明及軟件流程圖 31第四節(jié) 本章小結 32第四章 系統(tǒng)測試及相關驗證 33第一節(jié) 測試系統(tǒng)組成 33第二節(jié) 電子鐘性能測試 34一、測試過程 34二、測試結果 35第三節(jié) 綜合分析 36一、人為誤差 36二、硬件設計相關誤差 37三、軟件設計相關誤差 37第四節(jié) 系統(tǒng)主要問題及優(yōu)點 39第五節(jié) 本章小結 40結 論 41致 謝 42參考文獻 43附 錄 45一、 英文原文： 45二、 英文翻譯： 51三、 工程設計圖紙： 55四、 源程序： 57五、 實物圖片： 73第一章 緒論隨著生活水平的提高，人們越來越追求人性化的事物，傳統(tǒng)的時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)在當今社會和生活的當中，然而現(xiàn)代的數(shù)字鐘不但需要模擬電路技術和單片機技術，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)機械式時鐘相比電子鐘已經具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。電子時鐘通過數(shù)字電路實現(xiàn)時,分,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們日常生活中不可少的必需品,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,使得電子鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。第一節(jié) 電子時鐘一、電子時鐘簡介1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子鐘表，并從此奠定了電子時鐘的基礎，電子時鐘也就此開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機而設計的一種計時工具，其原理是采用延時程序產生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)的方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時小時清零。從而達到計時的功能，是人民日常生活不可或缺的工具。電子鐘也因為應用直觀的數(shù)字顯示，更方便老年人和兒童認知時間。與傳統(tǒng)的機械時鐘先比，電子鐘具有這很大的優(yōu)勢。也正是由于電子鐘采用數(shù)字集成電路的發(fā)展和采用了先進的石英技術，使電子鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點。電子鐘現(xiàn)在也經常用于定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播及自動控制等各個領域。二、電子時鐘的基本特點現(xiàn)在高精度的計時工具大部分都使用了石英晶體振蕩器，由于電子時鐘、石英鐘、石英表都采用了先進石英技術，因此具有走時精度高、穩(wěn)定性能好、使用方便、功能豐富等特點，不需要經常調試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED或者液晶顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，使顯示功能更直觀，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。三、電子時鐘的基本原理電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，具有校時功能和報時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(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。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調整。第二節(jié) 電子時鐘的應用LCD數(shù)字電子時鐘除了應用在城市的一些主要的營業(yè)場所、各類車站、碼頭等公共場所，還可以改裝在一些機動車上，LCD液晶顯示，帶藍色背光，即使白天在強光下也能很清楚的看到顯示時間，不需要是斷電時間也不會清零，還有節(jié)能的效果，所以LCD的顯示耗電量很省的，所以LCD電子時鐘的使用壽命比較長。在騎摩托車時，為了看時間，先要停下車子，取出手機，才能看時間，是否有點麻煩，現(xiàn)在車上改裝了一個藍色背光的液晶電子鐘后，不管白天黑夜色，隨時都能看時間，使用非常方便安全。第三節(jié) 集成電路技術的相關發(fā)展一、集成電路技術在此次設計中將用到的核心技術就是集成電路技術[1]。集成電路技術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電路，集中制造在一個或幾個很小的半導體晶片或介質基片上，再經引線和封裝，使之成為具有特定功能的微型電路結構。在每片芯片上所集成的元件個數(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，其中包括體積小、引出線和焊接點少、外觀精美、壽命長、成本低、可靠性高、性能好等等，廣泛應用于電子計算機、通訊設備、導彈、雷達、人造衛(wèi)星和各種遙控、遙測設備中等各類電子設備。二、集成電路技術的發(fā)展歷史集成電路是信息產業(yè)和高新科技技術的核心，也是推動國民經濟和社會信息化的核心技術?，F(xiàn)在集成電路的產業(yè)規(guī)模和技術水平已成為國家綜合國力和技術水平的一個重要標志。集成電路正隨著計算機技術的發(fā)展而不斷進步：1946年2月15日世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機大約使用了18000個電子管，1500個繼電器以及其他器件，安裝在面積為9*15平方米的室內；在20世紀50年代，第二代電子計算機問世，它是以晶體管代替了電子管，此時第一個集成電路誕生了，它包括一個晶體管、兩個電阻和一個電阻、電容的組合。后來集成電路相關工藝日趨發(fā)展完善，日益增多的電路元件都已經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)展計算機的性能與規(guī)模。目前我國集成電路相對于世界的先進水平還存在一定的差距，所以仍然還有大力發(fā)展本國集成電路的需要。三、集成電路技術的現(xiàn)狀我國的集成電路產業(yè)經過30多年的飛速發(fā)展現(xiàn)已形成了近百家的產業(yè)規(guī)模，其中具備一定設計規(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計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 ，～。不少設計公司可以設計上萬門的集成電路產品，而北京華大和深圳華威最高可設計80萬門的電路。目前國內的通信芯片行業(yè)取得了突破性進展，例如南京東南大學射頻與光電集成電路研究所設計的第一批芯片已成功通過測試，其中的3個芯片還達到世界先進水平，填補了我國高速CMOS集成電路設計的技術空白，在此基礎上開發(fā)出的實用產品可以打入光纖通信接口設備市場。多家外國著名公司也紛紛在中國建立起集成電路設計公司。四、集成電路技術發(fā)展趨勢中國在未來發(fā)展集成電路的主要目標是：；；提高集成電路的設計技術能力用以滿足當今市場需求；－；開發(fā)并研制200mm的硅片制造技術，并將該技術在國內開始生產等。未來的10年是我國微電子和集成電路技術產業(yè)發(fā)展的過渡時期。重點工作就是要推進超大規(guī)模集成電路技術的產業(yè)化。我國的集成電路市場潛力非常大，是因為近年來電子計算機技術爆炸式增長、移動通信終端設備市場的飛速發(fā)展，而移動通信產業(yè)的高速發(fā)展成為推動集成電路和半導體技術產業(yè)發(fā)展的巨大動力。隨著信息產業(yè)的高速發(fā)展，也為為集成電路產業(yè)提供了巨大的發(fā)展空間。在未來的幾年里，我國集成電路市場需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①通信信息的運營產業(yè)的飛速發(fā)展對集成電路技術提出新的需求。②國民經濟水平和電子信息化建設給微電子信息制造業(yè)創(chuàng)造了一個新市場；③隨著我國經濟結構的戰(zhàn)略性調整，傳統(tǒng)產業(yè)已經改造升級，并提高設計和制造水平推進機電一體化，為各類行業(yè)提供先進技術支撐，同樣也會給集成電路產業(yè)帶來新的發(fā)展和市場空間。 綜觀中國集成電路的設計和發(fā)展概況，不難看到從上個世紀80年代末開始，經過開始的創(chuàng)業(yè)期發(fā)展期，21世紀將是中國集成電路技術設計業(yè)的成熟期。第四節(jié) 本章小結本章主要介紹了電子時鐘的相關知識與其發(fā)展狀況，另外還對集成電路的相關技術做了簡要介紹，由于集成電路技術也是本設計的核心技術，所以對于集成電路的應用應該詳細了解，以便熟悉和完成本次設計。第二章 51單片機及時鐘芯片單片機自上個世紀七十年代問世以來，以極高的性能價格比，受到人們的重視和關注。因此在我國，單片機已廣泛被應用于工業(yè)自動化、自動檢測技術、智能儀器儀表技術、家用電器、電力電子以及機電一體化等各個方面。而集成電路的飛速發(fā)展，使得各類實時時鐘芯片層出不窮，其功能也是不盡相同。在一個特定的系統(tǒng)設計中，單片機以及時鐘芯片的選型尤為重要，這也是在做好第一步的關鍵，因此，如何評價同種芯片各類型號的優(yōu)缺點成為了芯片選型的重要步驟之一。第一節(jié) 51單片機的相關介紹一、單片機的定義單片機[1]是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊很小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件，如：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前是有部分單片機還會具有外存結構。同時集成諸如通訊接口、定時器，內部時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在功能最強大的單片機系統(tǒng)可以將圖像、聲音、網絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機又被稱為微控制器（Microcontroller），這個名稱得于它最早是被應用在工業(yè)控制和自動化控制領域。當時單片機是由芯片內部僅有CPU專用處理器發(fā)展而來的，當時的設計思路是通過集成電路技術使計算機系統(tǒng)更小、更容易集成于系統(tǒng)復雜而體積嚴格要求控制尺寸的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種設計思路設計出的處理器，之后的單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。事實上單片機是世界上應用數(shù)量最多的計算機。當今人類生活中所用的大部分的電子和機械產品中都會集成有單片機，例如手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等等。而個人電腦中也會有單片機在支撐工作。一部汽車上一般至少配備40多部單片機，而復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有超過數(shù)百臺單片機在同時工作。所以單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至超出人類的數(shù)量。二、單片機的發(fā)展單片機出現(xiàn)在1971年，記過了近半個世紀的發(fā)展，大概經過了四個發(fā)展階段[3]。第一階段（1974年1976年）：初級單片機階段。此階段單片機的主要特點是雙片形勢、功能單一、應用局限性較大等特點。第二階段（1976年1978年）：低性能單片機階段。以Intel公司制造的MCS—48單片機為代表，此類單片機內部集成有8位的CPU、并行I/O口、8位定時器/計數(shù)器、RAM和ROM等，其缺點則是無串行口，中斷處理方式比較簡單，內部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）：高性能單片機階段。此階段推出的單片機普遍特點是帶有串行I/O口，多級中斷系統(tǒng)，16位定時器/計數(shù)器片內RAM、ROM容量加大，而且其尋址范圍可高達到64KB，其中還有一部分片內帶有A/D轉換器。由于這類單片機性能價格比較高，所以現(xiàn)在仍然被廣泛應用在各個領域，也是目前數(shù)量最多的單片機，我們這次設計用到的51單片機就屬于這個階段的典型代表。第四階段（1982年現(xiàn)在）：8位單片機穩(wěn)定發(fā)展階段及16位單片機、32位單片機推出階段。此階段單片機的主要特征是一方面發(fā)展16位單片機、32位單片機及專用型單片機；而另一方面不斷完善高性能8位單片機，改善和發(fā)展其結構和性能，以滿足各類的用戶需要。單片機技術