【正文】 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 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。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。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。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?，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)水平的一個重要標志。目前國內(nèi)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(shè)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(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。②國民經(jīng)濟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)計和制造水平推進機電一體化，為各類行業(yè)提供先進技術(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。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(nèi)存、內(nèi)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(jié)構(gòu)。而個人電腦中也會有單片機在支撐工作。第三階段（1978年現(xiàn)在）：高性能單片機階段。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。PIC單片機是Microchip公司的產(chǎn)品，它同AVR些列單片機一樣，也是一種精簡指令型單片機，指令數(shù)量比較少且很簡單，中檔的PIC系列單片機僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。因此可以利用C語言來寫程序。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設(shè)計。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。1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、工業(yè)控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。XTAL1：接外部晶體的一個引腳。ALE/PROG：ALE引腳輸出為地址鎖存器允許信號，當單片機正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。在對EPROM型單片機8751片內(nèi)EPROM固化編程時，用于施加較高的編程電壓。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。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部復位電路才能實現(xiàn)。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。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。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。⑩開漏中斷引腳。第三節(jié) 本章小結(jié)本章介紹了單片機的相關(guān)知識，詳細介紹了單片機的定義，并介紹了單片機發(fā)展、特點、分類等等方面的信息，尤其是51系列單片機，也正是大部分初學者都熟悉的單片機，而本次設(shè)計也正是基于51單片機來完成的。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。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，復位電路也是常見的按鍵高電平復位。 ④AS:地址選通輸入腳，在進行讀寫操作時，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。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)，并可以對其進行讀、寫的操作；而當VCC的輸入小于+，芯片便禁止用戶對內(nèi)部RAM進行讀、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。： LCD液晶屏電路五、蜂鳴器鬧鈴電路當單片機給蜂鳴器一個低電平時，三極管導通，蜂鳴器發(fā)出聲音作為作為時間。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]。但初始化時，首先應禁止芯片內(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中的周期中斷標志位PF，報警中斷標志位AF，更新周期結(jié)束中斷標志位UF。 //延時，以待數(shù)據(jù)穩(wěn)定 lcden=1。 //給使能端一個高脈沖 delay(3)。在光標停在某個位置的時候，可以用加和減來實現(xiàn)時間加減調(diào)時功能。當次日當互聯(lián)網(wǎng)時間顯示12:00時,記下電子時鐘的時間，并算出兩個時間系統(tǒng)的時間誤差，在一個星期后的12:00整的時候，再記錄下電子鐘的時間，再將誤差算出。二、硬件設(shè)計相關(guān)誤差單片接和時鐘芯片的晶振頻率誤差、定時器溢出次數(shù)舍入誤差和看門狗復位延遲誤差都會引起時間精度不夠。 中斷信息誤差表每秒中斷次數(shù)kPC標準時常/min系統(tǒng)計時初值為：00:00:00誤差△t/s1001000:09:5822001000:09:5734001000:09:5558001000:09:491116001000:09:392132001000:09:184232002000:18:388232003000:27:5712332006000:55:54246320012001:51:46494320018002:47:38742320024003:43:31989320030004:39:241224此外，因為系統(tǒng)每次調(diào)用中斷處理程序所執(zhí)行的操作順序和耗時都是相同的，換句話說，系統(tǒng)每次定時的時間誤差都是一個常數(shù)。所以在實際處理過程中便可以利用兩次中斷時間的差值來作為定時器的中斷時間間隔。問題二:使用PROTUES軟件仿真階段出現(xiàn)了一些問題，主要是按鍵設(shè)置部分的問題，程序一直調(diào)試不出來，所以也花費了大量的時間，最后通過查閱資料和咨詢學長問題才得以解決。最后，使用時鐘芯片具有閏年補償功能，出了顯示時間之外，可以準確顯示年、月、日、星期等信息。④對設(shè)計系統(tǒng)進行仿真，采用protues電路軟件進行仿真，Proteus是基于SPICE3F5仿真引擎的混合電路仿真軟件，不僅能夠仿真模擬、數(shù)字電路以及模數(shù)混合電路，更具特色的是它能夠仿真基于單片機的電子系統(tǒng)?？偠灾?，您的指導和教會我會一直記得的并會應用到今后的工作生活當中。感謝我的大學同學和老師們，你們的幫助讓我感覺到了同學的溫暖，你們的建議讓我改掉了很多設(shè)計中的錯誤，也讓我少走了很多的彎路，是自己的設(shè)計更接近設(shè)計的要求，謝謝你們，也祝我們接下來的生活越走越順利。我做的只能是努力學習、認真工作不辜負你們的厚望。您在大學四年中一直不斷為我們的生活和學習操勞著。⑤最后進行系統(tǒng)測試和驗證將設(shè)計的電子時鐘與互聯(lián)網(wǎng)顯示的實時時鐘進行對比測試，并進行誤差分析，再將不用時鐘芯片的電子鐘與互聯(lián)網(wǎng)的時鐘進行對比，得出誤差，從而分析誤差原因以及方案優(yōu)越性能，不難看出，基于時鐘芯片DS12C887設(shè)計的電子鐘運行穩(wěn)定，誤差較小，并且具有斷電無需重新調(diào)時等特點，所以可以驗證其本次設(shè)計的最佳方案。結(jié) 論本文以基于單片機的電子鐘設(shè)計為研究主題，對單片機和DS12C887時鐘芯片進行詳細介紹，也主要介紹了電子時鐘的主要設(shè)計構(gòu)想，然后分模塊進行設(shè)計。問題三：PCB制版過程中出現(xiàn)接線錯誤，由于第一次制版，對于一些問題考慮不全面，所以板子出現(xiàn)了兩處錯誤，只能用漆包線飛線解決。因此不難看出,，也就是5個機器周期，所以，實際應用中應該給定時器賦初值時加上這個誤差，所以可以把中斷服務子程序作如下的修改：TH0=(6553650000)/256+5/256?！?0（要求所使用晶振頻率為 MHz ）。此外，單片機在運行過程中還可能會遭遇電磁干擾，導致單片機系統(tǒng)的看門狗復位，程序不能在正確時刻更新各計數(shù)單元值而引入延遲誤差。 測試對時前互聯(lián)網(wǎng)時間 測試對時前電子鐘顯示時間二、測試結(jié)果 按照上面介紹的測試方法，記錄下兩段時間的誤差結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，當時間周期為24小時的時候，我們無法得出兩個時間系統(tǒng)的誤差，因為精確到秒來說，24小時后兩個系統(tǒng)顯示幾乎是相同的，所以我們將誤差定為0~1秒；當測試時間為一個星期的時候，我們可以記下兩者相差3~4秒之間，測設(shè)結(jié)果詳圖見下圖。 鍵盤軟件流程圖第四節(jié) 本章小結(jié)本章首先介紹了方案的提出和選擇，對三種設(shè)計方案進行比對，最終選擇最優(yōu)方案，也就是采用時鐘芯片DS12C887，基于單片機來進行時鐘設(shè)計。 } //將使能端置零，以完成高脈沖1602LCD的初始化如下：write_(0x38)。 //延時 lcden=0。顯示部分軟件設(shè)計步驟如下：首先進入主程序，在執(zhí)行過主函數(shù)之后，首先要執(zhí)行LCD1602的初始化函數(shù)，然后使用write_(0x80)指令，命令首先先將數(shù)據(jù)指針定位在第一行第一個字處，然后寫入第一行要顯示的數(shù)據(jù)，在每個字之間簡短的延時；在第二行重新定位數(shù)據(jù)指針write_(0x80+0x40)，將數(shù)據(jù)指針定位在第二行，然后再將第二行所要顯示的數(shù)據(jù)寫入，繼而顯示。 DS12C887的編程 單片機與DS12C887時鐘芯片連接片選地址CS=0DDXXH。本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑DS12C887子程序、LCD160鍵盤子程序程序構(gòu)成。： 按鍵調(diào)整電路第三節(jié) 軟件部分設(shè)計在進行單片機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計外，還有大量的工作就是如何根據(jù)系統(tǒng)的實際功能需要設(shè)計應用程序。： 單片機電源模塊四、1602LCD液晶屏本此設(shè)計使用的1602LCD液晶屏為5V電壓驅(qū)動，帶背光，雙行顯示，每行16個字符，缺點是無法顯示漢字。在讀操作中，DS的上升沿使DS12C887將內(nèi)部數(shù)據(jù)送往總線AD0～AD7上，以供外部讀齲在寫操作中，DS的下降沿將使總線 AD0～AD7上的數(shù)據(jù)鎖存在DS12C887中；當MOT接GND時，選用Intel工作模式，在該模式中，該引腳是讀允許輸入腳，即Read Enable。 STC89C52單片機最小系統(tǒng)二、時鐘芯片電路DS12C887時鐘芯片的引腳圖[16]。方案②電路結(jié)構(gòu)簡單，時間精度較高，由于使用串行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省MCU資源，但DS1302無內(nèi)置電池，掉電后，數(shù)據(jù)丟失，重新上電后需對時。第三章 電子鐘的整體結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計主要包括五個模塊[11]，其中包括核心模塊STC89C5實時時鐘芯片DS12C88鍵盤掃描模塊、LCD液晶顯示模塊。鋰電池在電路通電時進行充電，斷電情況下，鋰電池可以繼續(xù)供電工作，可保證時鐘數(shù)據(jù)10 年內(nèi)不會丟失.DS12C887芯片特性[10]:DS12C887實時時鐘芯片功能豐富，可以用來直接代替IBM PC上的時鐘日歷芯片 DS12887，同時，它的管腳也和MC146818B、DS12887 相兼容。②大工作電壓范圍：～③低休眠電流；(VDD=,Tamb=25℃)④400KHz 的I2C總線接口（VDD=～）。當振蕩電路工作恒定電壓時，此芯片功耗非常小。 按鍵復位電路復位時，ALE和PSEN成輸入狀態(tài)，即ALE=PSEN= 1，片內(nèi)RAM不受復位影響。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機引腳XTALl和XTAL2靠近。④I/O口引腳STC89C52共有4個8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個引腳。PROG為該引腳的第二功能，在對片內(nèi)EPROM型單片機編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端。這個反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振