【正文】 應(yīng)用也最廣泛。文章的核心主要從硬件設(shè)計(jì)和軟件編程兩個(gè)大的方面。時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友【1】，時(shí)間是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊蛩?，隨著電子時(shí)代的到來(lái)，科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，人們已經(jīng)不安于一個(gè)普普通通的鐘表，而是開(kāi)始追求具有更多功能的時(shí)鐘，因而時(shí)鐘的樣式也變得多種多樣了。隨著單片機(jī)性價(jià)比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。現(xiàn)代的電子時(shí)鐘是基于單片機(jī)的一種計(jì)時(shí)工具，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(guò)計(jì)數(shù)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?！?】現(xiàn)如今，基于單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)技術(shù)，無(wú)論國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)非常的純熟并應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域。第二章為多功能時(shí)鐘的總體設(shè)計(jì)方案，包括時(shí)鐘的工作原理、系統(tǒng)的硬件框圖及各部分能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。第六章為結(jié)論部分，總結(jié)本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)的各個(gè)功能以及需要改進(jìn)的方面。隨著科技的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和全球化競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，人們對(duì)數(shù)字鐘的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的時(shí)鐘已不能滿足人們的需求。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著非常重要的地位。[5] 數(shù)字電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，分，秒數(shù)字顯示的裝置，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钪胁豢苫蛉钡谋匦杵?，由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，數(shù)字時(shí)鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)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。但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生活節(jié)奏越來(lái)越快，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。由單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過(guò)它的時(shí)鐘信號(hào)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將其時(shí)間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來(lái)。傳統(tǒng)的方式是采用熱電偶或熱電阻，但是由于模擬溫度傳感器輸出為模擬信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號(hào)后才能與單片機(jī)等微處理器接口，使得硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本較高。此類傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶。智能溫度傳感器能實(shí)時(shí)更新并輸出溫度數(shù)據(jù)，適配于各種微控制器也就是通常所說(shuō)的單片機(jī)（MCU），并且可通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能，其智能化取決于軟件和硬件的綜合開(kāi)發(fā)水平，二者缺一不可。這就給具有多種功能的時(shí)鐘提供了市場(chǎng)，也有了市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的前景。時(shí)鐘部分采用時(shí)鐘芯片DS1302，提供年月日、時(shí)分秒信息；溫度部分采用溫度傳感器DS18B20，向系統(tǒng)提供溫度信息；以LCD1602液晶顯示器為顯示模塊，把單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，并且顯示多樣化。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時(shí)，也可按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 5）蜂鳴器模塊當(dāng)接收到警報(bào)信號(hào)時(shí)，蜂鳴器有電流流過(guò)，開(kāi)始工作，發(fā)出聲響。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件介紹 單片機(jī)AT89C51AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。圖31 單片機(jī)AT89C51結(jié)構(gòu)圖Figure 31 singlechip AT89C51 structure diagram單片機(jī)AT89C51管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)或地址的第八位。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外該引腳被略微拉高。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入?！楸ＷC時(shí)鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。X1和X2是振蕩源。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。SCLK為時(shí)鐘輸入端。華氏器件67~+2570F， 遞增g 溫度以9 位數(shù)字量讀出h 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值）i 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置j 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件k 應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng) 2）DS18B20內(nèi)部工作原理 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL配置寄存器。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到55℃）的值增加，表明所測(cè)溫度大于55℃。這是通過(guò)改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)通過(guò)單線接口以串行方式傳輸。無(wú)論是那種供電方式，I/。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。 2）LCD1602功能介紹 LCD1602各引腳功能如表31所示。圖38為AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。時(shí)鐘RAM的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。圖311 電源電路Figure 311 power circuit LCD液晶顯示模塊LCD液晶顯示模塊采用LCD1602型號(hào)，具有很低的功耗。其接線如圖312所示：圖312 LCD顯示電路Figure 312 Showed circuit of LCD 蜂鳴器模塊當(dāng)接收到警報(bào)信號(hào)時(shí)，蜂鳴器有電流流過(guò)，開(kāi)始工作，發(fā)出聲響。如圖314所示，四個(gè)按鍵中K1為切換鍵，K4為確認(rèn)鍵，K2為上調(diào)鍵，K3下調(diào)鍵。開(kāi)始初始化讀取日期和時(shí)間數(shù)據(jù)調(diào)整日期和時(shí)間將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符返回圖42時(shí)間日期程序流程圖Figure 42 flow diagram of time and date program 溫度顯示程序流程溫度顯示程序主要對(duì)溫度進(jìn)行讀取并顯示。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。 Proteus軟件的數(shù)字仿真支持JDEC文件的物理器件仿真，有全系列的rrL和CMOS數(shù)字電路仿真模型。在 儀器儀表方面，Proteus除了提供常見(jiàn)的交、直流電壓、電流表、 示波器外，還有邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器、SPI調(diào)試器、IIC調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、點(diǎn)陣圖形發(fā)生器等特殊的儀器。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil是美國(guó)keil software公司開(kāi)發(fā)的，是目前廣為應(yīng)用的51單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工具之一，它支持匯編、C語(yǔ)言以及混合編程，同時(shí)具備功能強(qiáng)大的軟件仿真功能，在軟件模擬仿真方式下不需要任何單片機(jī)硬件即可完成用戶程序仿真調(diào)試，同時(shí)也提供各種硬件仿真功能。4） 打開(kāi)Keil uVision3軟件，建立單片機(jī)系統(tǒng)軟件工程，針對(duì)實(shí)驗(yàn)要求編制程序。7）在Keil uVision3軟件中直接進(jìn)行仿真，連續(xù)運(yùn)行或單步運(yùn)行，即可在proteus ISIS軟件中看到單片機(jī)硬件仿真運(yùn)行結(jié)果，如圖51。2）掉電后時(shí)鐘芯片正常運(yùn)行，重新上電后不用校正時(shí)鐘。該功能主要是通過(guò)液晶顯示屏LCD1602外接光敏三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，但考慮到器件價(jià)格及時(shí)間方面的限制，放棄了這個(gè)部分。他敏銳的洞察力，淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。引言讓假設(shè)一下你的集成芯片需要一個(gè)運(yùn)算放大器，你將會(huì)選擇什么？當(dāng)你檢索有關(guān)IC供應(yīng)廠商的數(shù)據(jù)圖書(shū)時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)那將是成百上千種，一些雖然有低電流損耗，但是工作速率太慢，其他一些也是相當(dāng)復(fù)雜，或多或少有著一些輸入輸出特性的偏差。雖僅僅包含運(yùn)算放大器（包括所有其他線形函數(shù)），但這個(gè)庫(kù)還是將會(huì)是非常大。在以上無(wú)論哪種情況下，都需要使電路工作于器件級(jí)，把晶體管，電阻和其他小電容連在一起。他發(fā)現(xiàn)有些材料不符合歐姆定律，例如用天然方鉛礦晶體（鉛亞硫酸鹽，鉛中主要的礦石礦物）和其他亞硫酸鹽，在它們表面加一個(gè)彈簧加載金屬片并觀察到通過(guò)設(shè)備的電流，發(fā)現(xiàn)電流依賴于所加的電壓極性。當(dāng)時(shí)實(shí)際中也沒(méi)有一個(gè)這樣的電子應(yīng)用產(chǎn)品。他很興奮的公布他證實(shí)了電子中存在負(fù)電荷。這種器件被稱為“貓晶須”，事實(shí)上它并不能很好工作，不得不在晶體中試多個(gè)點(diǎn)來(lái)保證它能產(chǎn)生大信號(hào)。但是這些器件如何工作尚不清楚。一旦電子到達(dá)最里能級(jí)，在電場(chǎng)中電子受到激發(fā)使半導(dǎo)體導(dǎo)通。貓晶須只是適用于金屬線氧化銅，硒整流器金屬片。真空管太慢因此貓晶須再一次成為人們焦點(diǎn)（用于天線后對(duì)電波整流以使它能和本地振蕩器混合產(chǎn)生低頻信號(hào)，這能用真空管處理）。對(duì)于原子接觸的最外層軌道，其軌道上電子不被一個(gè)原子所特有，它從一能級(jí)到另一能級(jí)運(yùn)動(dòng)，正是這個(gè)共享的原子將原子聯(lián)系在一起，組成導(dǎo)體電子導(dǎo)電的基礎(chǔ)，電子在電場(chǎng)中很容易受到激發(fā)漫游，然而在絕緣體中，電子緊靠原子核，電學(xué)上，硅是一個(gè)奇怪的材料，它是絕緣體，但他又不是一個(gè)很好的絕緣體，當(dāng)摻有合適雜質(zhì)時(shí)這個(gè)奇怪情況發(fā)生了。相似的，周期表中位于硅左邊上一個(gè)周期的硼，元素?cái)?shù)為5，第一軌道2電子，第二軌道3電子，價(jià)帶上3電子，用硼原子取代硅原子，將會(huì)丟失一個(gè)電子，產(chǎn)生一個(gè)正電荷，或稱p型材料。只在相對(duì)很窄的范圍內(nèi)，大約55度到150度，硅才表現(xiàn)出適用的半導(dǎo)體特性，p型材相鄰位置有一個(gè)硼原子，它填滿價(jià)帶，取代另一個(gè)電子依次進(jìn)行直到第一個(gè)電子再次移到硼原子位置，這種運(yùn)動(dòng)由電子引起，卻等效為空穴運(yùn)動(dòng)。二極管盡管硅中摻有雜質(zhì)是一件令人不悅的事，它既不是一個(gè)很好的導(dǎo)體，作為電阻，他甚至還不如一個(gè)金屬片或碳?，F(xiàn)在假設(shè)在二極管兩端通以電壓，p區(qū)接負(fù)電壓，n區(qū)接正電壓，這僅僅是把電荷向相反方向推進(jìn)，擴(kuò)大了空間電荷區(qū)，然而，如p區(qū)接正電壓，n區(qū)接負(fù)電壓。對(duì)一個(gè)合理的小尺寸IC二極管，其擴(kuò)散電流為其實(shí)這個(gè)等式忽略了一些東西，事實(shí)上，二極管方向運(yùn)用時(shí)有一個(gè)極限電壓有點(diǎn)類似于一些絕緣體，存在這么一點(diǎn)，當(dāng)反向電場(chǎng)變得很大時(shí)，反向電荷將發(fā)生擊穿，擊穿電壓由摻雜濃度決定，摻雜濃度越大，擊穿電壓越小。最后，在半導(dǎo)體同樣存在電阻（不含耗盡區(qū)），對(duì)一個(gè)典型濃度（個(gè)/每立方厘米）,給出一個(gè)實(shí)際擊穿電壓大約25伏，電阻對(duì)磷（n型）大約1歐姆每厘米，對(duì)硼（p型）大約3歐姆每厘米。他甚至已經(jīng)計(jì)算過(guò)如此一個(gè)電極。他將一金屬電極放于表面。由于在戰(zhàn)爭(zhēng)期間，肖特萊和布萊頓都被委派到其他工程去，這一工作到此結(jié)束。在電流通過(guò)硅片時(shí)沒(méi)有明顯的變化，肖特萊迷惑了，依據(jù)它的計(jì)算，將是會(huì)有一個(gè)大的改變的，效果，如果有，那也是理論上預(yù)測(cè)的 1500分之一，這個(gè)時(shí)候，37歲的約翰巴丁加入他們的團(tuán)體，他看到肖特萊的失敗并在幾個(gè)月后終于得到答案，1946年3月他提出一種解釋，那就是硅表面不存在這種效應(yīng)。因此這個(gè)點(diǎn)能夠和鍺接觸。一個(gè)正電壓加于陽(yáng)極時(shí)將會(huì)增加流過(guò)器件的電流。他們意識(shí)到，要讓器件有效工作，兩個(gè)接觸物之間距離必須非常小。肖特萊對(duì)此很失望，因?yàn)樗€沒(méi)有取得最終的突破，盡管這可以作為一個(gè)器件工作，但小組中沒(méi)有人知道晶體管事如何精確的工作。顯示一個(gè)npn晶體管，如果將其所有摻相反雜質(zhì)，它將變成pnp，在任何方面，他都顯得那么蹩腳，他更慢，更低的增益，基極的空穴作為少數(shù)載流子，不是像電子那樣好的運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)接觸晶體管對(duì)于生產(chǎn)廠商只是曇花一現(xiàn)，他穩(wěn)定性非常差，而且器件由鍺構(gòu)成，有溫度限制范圍，而結(jié)型晶體管是在硅或在鍺中摻入混合摻雜物，讓基極做得很細(xì)是非常難的，產(chǎn)生相當(dāng)大的漏極電流。如果溫度足夠高，例如，如此高達(dá)1000攝氏度，氣體甚至也能擴(kuò)散到固體中，但擴(kuò)散速度急劇下降。然而它比合金更易控制。1954年，肖特萊離開(kāi)貝爾實(shí)驗(yàn)室，依靠自己巨大的聲望，在晶體管方面杰出成就，他試著去經(jīng)營(yíng)一家貝克漢姆儀器公司，一個(gè)子公司，命名為肖特萊半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室，在保羅，加利福利亞都有建設(shè)，肖特萊名譽(yù)上升到如此高度以致他能招募很多最好人才，一年間有20個(gè)享有聲譽(yù)的人為它工作，在他們當(dāng)中，不乏有28歲的羅伯特羅伊斯，27歲的喬丹摩爾和32歲的金霍爾尼?，F(xiàn)在，所有人都是失望了，職員和公司主管安南德貝克漢姆談過(guò)，并告知目前這種情況的不可能，貝克漢姆承諾雇傭一個(gè)商業(yè)頭腦的人，在肖特萊和他的職員間起調(diào)和作用，但情況未得好轉(zhuǎn)，肖特萊不會(huì)對(duì)他執(zhí)著的決定說(shuō)不。在晶體管高表面用蠟和硅的鈍化層暴露在外邊，呈現(xiàn)出梅薩樣子。這樣，氧化層可以作為一個(gè)掩模版，如果氧化層某些地方需要腐蝕而其他地方不需要，且適合氣體摻雜，擴(kuò)散僅僅在沒(méi)有氧化層情況下才能發(fā)生。接下來(lái)的腐蝕就是去去掉區(qū)域中氧化層，這兒p型雜質(zhì)被擴(kuò)散，擴(kuò)散后，氧化窗口再次關(guān)斷，整個(gè)晶片置于一個(gè)潮濕高溫度環(huán)境下，接著反復(fù)進(jìn)行以上兩步，進(jìn)行發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，第三次掩模窗口被刻蝕保證和兩擴(kuò)散層接觸。附錄B 外文文獻(xiàn)This artic is from the book of “Designing analog chip”which authored by Hans Camenzind.PrefaceLe