【正文】 便，而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能。重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于51單片機(jī)電子鐘的設(shè)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(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 6第四節(jié) 本章小結(jié) 6第二章 51單片機(jī)及時鐘芯片 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)的時鐘 14四、STC89C52單片機(jī)的復(fù)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(jié) 20第三章 電子鐘的整體結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)計 21第一節(jié) 方案提出與選擇 21第二節(jié) 硬件部分設(shè)計 22一、單片機(jī)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(diào)整電路 26第三節(jié) 軟件部分設(shè)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(shè)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(jié) 32第四章 系統(tǒng)測試及相關(guān)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(jié)果 35第三節(jié) 綜合分析 36一、人為誤差 36二、硬件設(shè)計相關(guān)誤差 37三、軟件設(shè)計相關(guān)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(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。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義。電子鐘也因為應(yīng)用直觀的數(shù)字顯示，更方便老年人和兒童認(rèn)知時間。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(jìn)石英技術(shù)，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(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機(jī)械式傳動，用LED或者液晶顯示器代替指針顯示進(jìn)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(jìn)行時和分的校對，片選的靈活性好。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?！皶r計數(shù)器”采用24進(jìn)制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。第二節(jié) 電子時鐘的應(yīng)用LCD數(shù)字電子時鐘除了應(yīng)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(jī)動車上，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。在每片芯片上所集成的元件個數(shù)被稱為集成度?，F(xiàn)在集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平已成為國家綜合國力和技術(shù)水平的一個重要標(biāo)志。三、集成電路技術(shù)的現(xiàn)狀我國的集成電路產(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)計公司的銷售額超過了1億元。目前國內(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)計的第一批芯片已成功通過測試，其中的3個芯片還達(dá)到世界先進(jìn)水平，填補(bǔ)了我國高速CMOS集成電路設(shè)計的技術(shù)空白，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出的實用產(chǎn)品可以打入光纖通信接口設(shè)備市場。重點工作就是要推進(jìn)超大規(guī)模集成電路技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。②國民經(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)造了一個新市場；③隨著我國經(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，并提高設(shè)計和制造水平推進(jìn)機(jī)電一體化，為各類行業(yè)提供先進(jìn)技術(shù)支撐，同樣也會給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展和市場空間。因此在我國，單片機(jī)已廣泛被應(yīng)用于工業(yè)自動化、自動檢測技術(shù)、智能儀器儀表技術(shù)、家用電器、電力電子以及機(jī)電一體化等各個方面。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(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)還會具有外存結(jié)構(gòu)。當(dāng)時單片機(jī)是由芯片內(nèi)部僅有CPU專用處理器發(fā)展而來的，當(dāng)時的設(shè)計思路是通過集成電路技術(shù)使計算機(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。而個人電腦中也會有單片機(jī)在支撐工作。第一階段（1974年1976年）：初級單片機(jī)階段。第三階段（1978年現(xiàn)在）：高性能單片機(jī)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。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。但是在此基礎(chǔ)上，AT89系列的單片機(jī)則是在8051的功能上做了一系列的擴(kuò)展，例如AT89S系列都支持ISP功能，AT89S5AT89S8252增加了內(nèi)部WDT功能，增加了一個定時器等功能等等。PIC單片機(jī)是Microchip公司的產(chǎn)品，它同AVR些列單片機(jī)一樣，也是一種精簡指令型單片機(jī)，指令數(shù)量比較少且很簡單，中檔的PIC系列單片機(jī)僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令?？刹榈男酒Y料也是最多。因此可以利用C語言來寫程序。第二節(jié) 單片機(jī)的選型如今市場上的單片機(jī)種類繁多，其功能也各不相同。STC系列雖然功耗低，抗干擾能力較好，支持在線下載程序、精簡指令集，可靠性高，所以一般來說，比較適合民用單片機(jī)設(shè)計。片內(nèi)為128B，片外最多可外擴(kuò)64KB；片內(nèi)的128B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)的運行速度，并且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗。⑤定時器/計數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器，具有4種工作方式。⑧特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器共有21個，用于CPU對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、工業(yè)控制方面非常有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。 STC89C52單片機(jī)的引腳圖40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳①電源引腳Vcc：接+5V電源。XTAL1：接外部晶體的一個引腳。XTAL2：外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸入端。ALE/PROG：ALE引腳輸出為地址鎖存器允許信號，當(dāng)單片機(jī)正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。在單片機(jī)訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。在對EPROM型單片機(jī)8751片內(nèi)EPROM固化編程時，用于施加較高的編程電壓。當(dāng)這三個準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫1，準(zhǔn)雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)。常用的時鐘電路設(shè)計有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。外部的時鐘源直接連到XTAL1端，XTAL2端懸空。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。此時，單片機(jī)從起始地址0000H開始重新執(zhí)行程序。一、S3530A實時時鐘芯片S3530A實時時鐘芯片是一款支持總線的CMOS實時時鐘芯片，它根據(jù)CPU傳送來的數(shù)據(jù)信息設(shè)置時鐘和日歷。實時時鐘芯片S3530A具有如下特性：①低功耗：②工作電壓范圍：~③年、月、日、星期、時、分、秒的BCD碼輸入/輸出④內(nèi)部置有電壓檢測電路⑤內(nèi)部置有穩(wěn)壓電路⑥內(nèi)部置有上電/掉電檢測電路⑦內(nèi)部置有報警中斷（雙系統(tǒng)）⑧可設(shè)固定終端頻率/時間⑨內(nèi)部置有32KHz石英晶體振蕩電路⑩8腳DIP和8腳SSOP封裝實時時鐘芯片S3530A的應(yīng)用：①移動電話②IC卡系統(tǒng)③各種呼機(jī)③電視與VCR④游戲二、DS1302涓流充電時鐘保持芯片DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的集成實時時鐘電路，它可以對年、月、星期、日、時、分、秒進(jìn)行計時，同時還具有閏年補(bǔ)償功能，～。DS1302的特性：①實時時鐘（RTC）計秒、分、時、日期、月、星期和年，并且?guī)чc年，有效補(bǔ)償?shù)?100年 ②31字節(jié)、電池備份的、非易失性（NV）RAM來存儲數(shù)據(jù) ③串行I/O使得引腳數(shù)量最少 ④寬范圍工作電壓， ⑤，功耗小于300nA ⑥在時鐘/RAM中讀/寫連續(xù)地址的方式為脈沖串式 ⑦8引腳DIP或可選的8引腳SOIC用于表面安裝 ⑧簡單的3線接口 ⑨TTL兼容（Vcc＝5V） ⑩可選工業(yè)級溫度范圍：40℃到+85℃[17]三、PCF8563實時時鐘日歷/芯片PCF8563是低功耗的CMOS 實時時鐘日歷芯片它提供一個可編程時鐘輸出一個中斷輸出和掉電檢測器所有的地址和數(shù)據(jù)通過I2C 總線接口串行傳遞最大總線速度為400Kbits/s 每次讀寫數(shù)據(jù)后內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。⑥報警和定時器。⑩開漏中斷引腳。在12小時制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；時間的表示方法也有兩種，一種用二進(jìn)制數(shù)表示，一種是用BCD碼表示；DS12C887中帶有128字節(jié)RAM，其中有11字節(jié)RAM用來存儲時間信息，4字節(jié)RAM用來存儲DS12C887的控制信息，稱為控制寄存器，113字節(jié)通用RAM使用戶使用；此外用戶還可對DS12C887進(jìn)行編程以實現(xiàn)多種方波輸出，并可對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進(jìn)行屏蔽。第三節(jié) 本章小結(jié)本章介紹了單片機(jī)的相關(guān)知識，詳細(xì)介紹了單片機(jī)的定義，并介紹了單片機(jī)發(fā)展、特點、分類等等方面的信息，尤其是51系列單片機(jī)，也正是大部分初學(xué)者都熟悉的單片機(jī)，而本次設(shè)計也正是基于51單片機(jī)來完成的。鍵盤掃描（矩陣鍵盤）DS12C887（時鐘芯片）STC89C52（MCU）LCD顯示（LCD1602） 系統(tǒng)整體框架圖第一節(jié) 方案提出與選擇當(dāng)下，電子鐘芯片很多，基于單片機(jī)的電子鐘設(shè)計實現(xiàn)方案也很多，可以根據(jù)自己實際情況，提出如下方案。方案①電路結(jié)構(gòu)簡單，不易出錯，但斷電后時間數(shù)據(jù)完全消失，再次上電后需重新設(shè)定，且由于電路缺陷較多，時間誤差非常大。且?guī)в蟹且资訰AM，可以保證在掉電的情況下，用戶的定時信息不會丟失；帶有溫度補(bǔ)償功能，保證時間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。起振電容30pF對振蕩器的頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性影響較合適，復(fù)位電路也是常見的按鍵高電平復(fù)位。下面介紹本設(shè)計中涉及的DS12C887引腳（引用芯片資料）的具體功能：①MOT:模式選擇腳，DA12C887有兩種工作模式，即Motorola模式和Intel模式，當(dāng)MOT接VCC時，選用的工作模式是Motorola模式，當(dāng)MOT接GND時，選用的是Intel模式。 ④AS:地址選通輸入腳，在進(jìn)行讀寫操作時，AS的上升沿將AD0～AD7上出現(xiàn)的地址信息鎖存到DS12C887上，而下一個下降沿清除AD0～AD7上的地址信息，不論是否有效，DS12C887都將執(zhí)行該操作。此時，該引腳的作用是區(qū)分進(jìn)行的是讀操作還是寫操作，當(dāng)R/W為高電平時為讀操作，R/W為低電平時為寫操作；當(dāng)MOT接GND時，該腳工作在Intle模式，此時該作為寫允許輸入，即Write Enable。⑨GND、VCC：直流電源，其中VCC接+5V輸入（在這里采用電腦的USB供電），GND接地，當(dāng)VCC電源輸入為+5V時，用戶便可以訪問DS12C887內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)，并可以對其進(jìn)行讀、寫的操作；而當(dāng)VCC的輸入小于+，芯片便禁止用戶對內(nèi)部RAM進(jìn)行讀、寫操作，在此時用戶便無法正確獲取芯片內(nèi)的時間信息；當(dāng)VCC的輸入小于+3V時， DS12C887時鐘芯片便會自動將電源換接到內(nèi)部自帶的鋰電池上，從而確保內(nèi)部的電路能夠正常工作，保證時間信息不會丟失。液晶引腳3端為液晶對比度調(diào)節(jié)端，通過調(diào)節(jié)一個10k的變位器調(diào)節(jié)液晶顯示對比度，以便于控制顯示器的清晰程度。： LCD液晶屏電路五、蜂鳴器鬧鈴電路當(dāng)單片機(jī)給蜂鳴器一個低電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音作為作為時間。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上軟件技術(shù)可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是能夠完成一定功能，并相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法[8]。主程序部分主要實現(xiàn)了從DS12C887各時間單元中讀出相應(yīng)的時間信息并送到LCD1602中顯示的功能，同時還要檢測和掃描按鍵部分，如果有鍵被按下，則執(zhí)行按鍵設(shè)置子程序。但初始化時，首先應(yīng)禁止芯片內(nèi)部的更新周期操作，所以先將DS12887/DS12C887狀態(tài)寄存器B中的SET位置“1”，然后初始化00H~09H時標(biāo)參數(shù)寄存器和狀態(tài)寄存器A，此后再通過讀狀態(tài)寄存器C，清除寄存器C中的周期中斷標(biāo)志位PF，報警中斷標(biāo)志位AF，更新周期結(jié)束中斷標(biāo)志位UF。狀態(tài)寄存器B置為22H，它表示允許報警中斷，禁止其他中斷，置24（001