【正文】 應用也最廣泛。文章的核心主要從硬件設計和軟件編程兩個大的方面。時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友【1】，時間是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊蛩?，隨著電子時代的到來，科學技術的日益進步，人們已經(jīng)不安于一個普普通通的鐘表，而是開始追求具有更多功能的時鐘，因而時鐘的樣式也變得多種多樣了。隨著單片機性價比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應用也越來越廣泛。現(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)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?！?】現(xiàn)如今，基于單片機的時鐘設計技術，無論國內(nèi)外都已經(jīng)非常的純熟并應用到了各個領域。第二章為多功能時鐘的總體設計方案，包括時鐘的工作原理、系統(tǒng)的硬件框圖及各部分能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。第六章為結論部分，總結本設計能夠?qū)崿F(xiàn)的各個功能以及需要改進的方面。隨著科技的發(fā)展、社會的進步和全球化競爭的日益激烈，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需求。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在各個行業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，對溫度的測量及控制始終占據(jù)著非常重要的地位。[5] 數(shù)字電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時，分，秒數(shù)字顯示的裝置，廣泛用于個人家庭，車站，碼頭辦公室等公共場所，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用，數(shù)字時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，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。但隨著時間的推移，科學技術的不斷發(fā)展，生活節(jié)奏越來越快，競爭日益激烈，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。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。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，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號后才能與單片機等微處理器接口，使得硬件電路結構復雜，制作成本較高。此類傳感器是微電子技術、計算機技術和自動測試技術的結晶。智能溫度傳感器能實時更新并輸出溫度數(shù)據(jù)，適配于各種微控制器也就是通常所說的單片機（MCU），并且可通過軟件來實現(xiàn)顯示功能，其智能化取決于軟件和硬件的綜合開發(fā)水平，二者缺一不可。這就給具有多種功能的時鐘提供了市場，也有了市場開發(fā)的前景。時鐘部分采用時鐘芯片DS1302，提供年月日、時分秒信息；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，把單片機傳來的數(shù)據(jù)顯示出來，并且顯示多樣化。當單片機系統(tǒng)在運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時，也可按復位鍵重新啟動。 5）蜂鳴器模塊當接收到警報信號時，蜂鳴器有電流流過，開始工作，發(fā)出聲響。3 系統(tǒng)硬件設計 硬件介紹 單片機AT89C51AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機AT89C51提供了高性價比的解決方案。圖31 單片機AT89C51結構圖Figure 31 singlechip AT89C51 structure diagram單片機AT89C51管腳說明：VCC：供電電壓。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)或地址的第八位。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入?！?。為保證時鐘在電網(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。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。X1和X2是振蕩源。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。SCLK為時鐘輸入端。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)換時間200ms（典型值）i 用戶可定義的非易失性溫度報警設置j 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件k 應用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng) 2）DS18B20內(nèi)部工作原理 DS18B20內(nèi)部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL配置寄存器。如果計數(shù)器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到55℃）的值增加，表明所測溫度大于55℃。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。無論是那種供電方式，I/。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式液晶顯示模塊。 2）LCD1602功能介紹 LCD1602各引腳功能如表31所示。圖38為AT89C51單片機的最小系統(tǒng)。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。時鐘RAM的讀寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(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，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 蜂鳴器模塊當接收到警報信號時，蜂鳴器有電流流過，開始工作，發(fā)出聲響。如圖314所示，四個按鍵中K1為切換鍵，K4為確認鍵，K2為上調(diào)鍵，K3下調(diào)鍵。開始初始化讀取日期和時間數(shù)據(jù)調(diào)整日期和時間將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符返回圖42時間日期程序流程圖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溫度進行讀取并顯示。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，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除了提供常見的交、直流電壓、電流表、 示波器外，還有邏輯分析儀、計數(shù)器、SPI調(diào)試器、IIC調(diào)試器、信號發(fā)生器、點陣圖形發(fā)生器等特殊的儀器。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil是美國keil software公司開發(fā)的，是目前廣為應用的51單片機軟件開發(fā)工具之一，它支持匯編、C語言以及混合編程，同時具備功能強大的軟件仿真功能，在軟件模擬仿真方式下不需要任何單片機硬件即可完成用戶程序仿真調(diào)試，同時也提供各種硬件仿真功能。4） 打開Keil uVision3軟件，建立單片機系統(tǒng)軟件工程，針對實驗要求編制程序。7）在Keil uVision3軟件中直接進行仿真，連續(xù)運行或單步運行，即可在proteus ISIS軟件中看到單片機硬件仿真運行結果，如圖51。2）掉電后時鐘芯片正常運行，重新上電后不用校正時鐘。該功能主要是通過液晶顯示屏LCD1602外接光敏三極管來實現(xiàn)，但考慮到器件價格及時間方面的限制，放棄了這個部分。他敏銳的洞察力，淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和一絲不茍的工作作風給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。引言讓假設一下你的集成芯片需要一個運算放大器，你將會選擇什么？當你檢索有關IC供應廠商的數(shù)據(jù)圖書時，你會發(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，其他一些也是相當復雜，或多或少有著一些輸入輸出特性的偏差。雖僅僅包含運算放大器（包括所有其他線形函數(shù)），但這個庫還是將會是非常大。在以上無論哪種情況下，都需要使電路工作于器件級，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，在它們表面加一個彈簧加載金屬片并觀察到通過設備的電流，發(fā)現(xiàn)電流依賴于所加的電壓極性。當時實際中也沒有一個這樣的電子應用產(chǎn)品。他很興奮的公布他證實了電子中存在負電荷。這種器件被稱為“貓晶須”，事實上它并不能很好工作，不得不在晶體中試多個點來保證它能產(chǎn)生大信號。但是這些器件如何工作尚不清楚。一旦電子到達最里能級，在電場中電子受到激發(fā)使半導體導通。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（用于天線后對電波整流以使它能和本地振蕩器混合產(chǎn)生低頻信號，這能用真空管處理）。對于原子接觸的最外層軌道，其軌道上電子不被一個原子所特有，它從一能級到另一能級運動，正是這個共享的原子將原子聯(lián)系在一起，組成導體電子導電的基礎，電子在電場中很容易受到激發(fā)漫游，然而在絕緣體中，電子緊靠原子核，電學上，硅是一個奇怪的材料，它是絕緣體，但他又不是一個很好的絕緣體，當摻有合適雜質(zhì)時這個奇怪情況發(fā)生了。相似的，周期表中位于硅左邊上一個周期的硼，元素數(shù)為5，第一軌道2電子，第二軌道3電子，價帶上3電子，用硼原子取代硅原子，將會丟失一個電子，產(chǎn)生一個正電荷，或稱p型材料。只在相對很窄的范圍內(nèi)，大約55度到150度，硅才表現(xiàn)出適用的半導體特性，p型材相鄰位置有一個硼原子，它填滿價帶，取代另一個電子依次進行直到第一個電子再次移到硼原子位置，這種運動由電子引起，卻等效為空穴運動。二極管盡管硅中摻有雜質(zhì)是一件令人不悅的事，它既不是一個很好的導體，作為電阻，他甚至還不如一個金屬片或碳?，F(xiàn)在假設在二極管兩端通以電壓，p區(qū)接負電壓，n區(qū)接正電壓，這僅僅是把電荷向相反方向推進，擴大了空間電荷區(qū)，然而，如p區(qū)接正電壓，n區(qū)接負電壓。對一個合理的小尺寸IC二極管，其擴散電流為其實這個等式忽略了一些東西，事實上，二極管方向運用時有一個極限電壓有點類似于一些絕緣體，存在這么一點，當反向電場變得很大時，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，在半導體同樣存在電阻（不含耗盡區(qū)），對一個典型濃度（個/每立方厘米）,給出一個實際擊穿電壓大約25伏，電阻對磷（n型）大約1歐姆每厘米，對硼（p型）大約3歐姆每厘米。他甚至已經(jīng)計算過如此一個電極。他將一金屬電極放于表面。由于在戰(zhàn)爭期間，肖特萊和布萊頓都被委派到其他工程去，這一工作到此結束。在電流通過硅片時沒有明顯的變化，肖特萊迷惑了，依據(jù)它的計算，將是會有一個大的改變的，效果，如果有，那也是理論上預測的 1500分之一，這個時候，37歲的約翰巴丁加入他們的團體，他看到肖特萊的失敗并在幾個月后終于得到答案，1946年3月他提出一種解釋，那就是硅表面不存在這種效應。因此這個點能夠和鍺接觸。一個正電壓加于陽極時將會增加流過器件的電流。他們意識到，要讓器件有效工作，兩個接觸物之間距離必須非常小。肖特萊對此很失望，因為他還沒有取得最終的突破，盡管這可以作為一個器件工作，但小組中沒有人知道晶體管事如何精確的工作。顯示一個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動，點接觸晶體管對于生產(chǎn)廠商只是曇花一現(xiàn)，他穩(wěn)定性非常差，而且器件由鍺構成，有溫度限制范圍，而結型晶體管是在硅或在鍺中摻入混合摻雜物，讓基極做得很細是非常難的，產(chǎn)生相當大的漏極電流。如果溫度足夠高，例如，如此高達1000攝氏度，氣體甚至也能擴散到固體中，但擴散速度急劇下降。然而它比合金更易控制。1954年，肖特萊離開貝爾實驗室，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)營一家貝克漢姆儀器公司，一個子公司，命名為肖特萊半導體實驗室，在保羅，加利福利亞都有建設，肖特萊名譽上升到如此高度以致他能招募很多最好人才，一年間有20個享有聲譽的人為它工作，在他們當中，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。現(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，并告知目前這種情況的不可能，貝克漢姆承諾雇傭一個商業(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)，肖特萊不會對他執(zhí)著的決定說不。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，擴散僅僅在沒有氧化層情況下才能發(fā)生。接下來的腐蝕就是去去掉區(qū)域中氧化層，這兒p型雜質(zhì)被擴散，擴散后，氧化窗口再次關斷，整個晶片置于一個潮濕高溫度環(huán)境下，接著反復進行以上兩步，進行發(fā)射區(qū)擴散，第三次掩模窗口被刻蝕保證和兩擴散層接觸。附錄B 外文文獻This artic is from the book of “Designing analog chip”which authored by Hans Camenzind.PrefaceLe