【正文】 .................... 35 8工作的總結(jié)與未來工作的展望 ........................................................................................ 36 工作總結(jié) ............................................................................................................. 36 未來展望 ............................................................................................................. 37 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................... 38 致謝 .................................................................................................................................. 40 附錄 .................................................................................................................................. 41 附錄 1：程序 .............................................................................................................. 41 附錄 2：元件清單 ....................................................................................................... 42 附錄 3：外文文獻(xiàn) ....................................................................................................... 43 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 數(shù)字鐘發(fā)展史 中國(guó)是人類文明中最先發(fā)明計(jì)時(shí)儀器的國(guó)度。公元130 年的東漢時(shí)期張衡制作出了水云渾天儀，水云渾天儀的動(dòng)力來著落水，是觀測(cè)天象的最早機(jī)械計(jì)時(shí)器，為機(jī)械天文鐘的鼻祖。首次做到將機(jī)械鐘的“心臟” —— 擒縱器運(yùn)用于計(jì)時(shí)器，這是中國(guó)古代科學(xué)家為人類的計(jì)時(shí)科學(xué)做出的偉大貢獻(xiàn)，讓人類計(jì)時(shí)事業(yè)向前邁了一大步，這項(xiàng)發(fā)明比十四世紀(jì)歐洲制造的機(jī)械鐘整 整快了六個(gè)世紀(jì)。早在 1880 年，法國(guó)科學(xué)家皮埃爾雅克經(jīng)研究，科學(xué)家用電子鐘和以石英晶體制成的振蕩計(jì)時(shí)器成功制成了石英鐘。鑒于石英鐘如此精確的計(jì)時(shí)，英國(guó)格林尼治天文臺(tái)于 1942 年也開始選用了石英鐘作為御用計(jì)時(shí)工具。石英鐘迅速發(fā)展，到 1970 年前后，石英鐘變得越來越精致小巧，它已經(jīng)既是實(shí)用品，也是一件高雅的裝飾品?，F(xiàn)今的設(shè)計(jì)理念主要是簡(jiǎn)單實(shí)用、走時(shí)準(zhǔn)確。鐘表作為一種計(jì)時(shí) 器具，它的出現(xiàn)創(chuàng)造了時(shí)間計(jì)量新的里程碑。中國(guó)的鐘表業(yè)在二十世紀(jì)八十年代發(fā)生了一場(chǎng)天翻地覆的轉(zhuǎn)折。 這翻天覆地的轉(zhuǎn)變以閃電般的速度沖擊上了傳統(tǒng)的國(guó)內(nèi)鐘表制造業(yè)。靠著從日本、德國(guó)進(jìn)口石英鐘機(jī)芯堅(jiān)強(qiáng)的發(fā)展本國(guó)的鐘表業(yè)。到了最近的十余年，通過自主研發(fā)，對(duì)新技術(shù)的投資與發(fā)展機(jī)芯質(zhì)量的穩(wěn)定性、實(shí)用性等各方面都有了提高，對(duì)手機(jī)表機(jī)芯研制與開發(fā)成了新的主流方向。 當(dāng)今中國(guó)的電子業(yè)發(fā)展十分快速，達(dá)到了日新月異的程度，電子業(yè)的快速發(fā)展同時(shí)也促進(jìn)了鐘表業(yè)的發(fā)展。一支新的充滿智慧、勇敢、活力的鐘表精英在中國(guó)這塊土地上茁壯的成長(zhǎng)。我們也希望在不斷的提高制造技術(shù)水平中，能夠不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，做出具有獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的好產(chǎn)品。 研究背景 本 次畢業(yè)設(shè)計(jì) 的多功能 數(shù)字電子鐘的 核心是 采用 目前應(yīng)用 最為普遍 的 51系列單片機(jī) [1] [2]， 加上 配置了外圍設(shè)備， 從而組 成了一個(gè)可編程的定時(shí) 和 計(jì)時(shí) 的 系統(tǒng)， 這個(gè)系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是 可靠性高，體積小，功能多等。 20世紀(jì)末，電子 科技 技術(shù) 的迅猛 發(fā)展 毋庸置疑的 推動(dòng) 了當(dāng)今 電子產(chǎn)品 和其他各種高科技產(chǎn)品 的蓬勃發(fā)展，如今 社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域 幾乎都能見到 ，這 些變化大 力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展 ， 社會(huì) 的 信息化 水平和 綜合技 術(shù) 水平 有了空前的 提高。 各種 產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率 變得愈來愈 快 ， 電子鐘不 論 在性能 上， 還是在 外觀上 亦或是用途上都 為滿足市場(chǎng)需要 發(fā)生了 巨大 的變化， 市面上大多 電子鐘都已具備電子鬧鐘 功能 、溫度檢測(cè)、電子秒表等 多種 功能。 數(shù)字鐘現(xiàn)在已經(jīng)普遍的運(yùn)用于個(gè)人家庭及教室、車站、工作辦公室、碼頭等北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 公眾場(chǎng)合，作為人們生活中不可缺少的生活必需品。鐘表的數(shù)字化在為我們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利的同時(shí)，已經(jīng)不僅局限于原先的報(bào)時(shí)功能，它的功能越來越多，越來越人性化，為人類的生活貢獻(xiàn)出自己的力量，例如定時(shí)自動(dòng)提醒、定時(shí)自動(dòng)開啟開關(guān)、定時(shí)自動(dòng)關(guān)閉開關(guān)、時(shí)間程序按時(shí)自動(dòng)控制、自動(dòng)按時(shí)通斷動(dòng)力設(shè)備、以及其他各類定時(shí)電路及電氣的自動(dòng)啟用等，以上所述都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。 研究 狀況 數(shù)字電子時(shí)鐘從誕生起，憑借自己的強(qiáng)大魅力就成為人類的好伙伴，給人們的生活、工作、學(xué)習(xí)、娛樂提供各種各樣的便利。精確無誤的時(shí)間已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)安全運(yùn)行的基本準(zhǔn)則，電子化的時(shí)代時(shí)間稍微一點(diǎn)的誤差，都將會(huì)造成一系列不可估量的嚴(yán)重后果和巨大的經(jīng)濟(jì)損失 。其中，使用單片機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)功能的電子時(shí)鐘具有編程靈活、硬件的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、方便功能擴(kuò)展等突出優(yōu)點(diǎn)。在這里可以選用數(shù)碼管顯示技術(shù)或者液晶顯示技術(shù)其中一種作為輸出設(shè)備顯示器。因此具備多種功能的電子鐘擁有廣大的市場(chǎng)，對(duì)多功能電子鐘的市場(chǎng)開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)的意義?，F(xiàn)今的新生代產(chǎn)品幾乎都是運(yùn)用數(shù)字技術(shù)，伴隨著單片機(jī)迅速發(fā)展，性價(jià)比在愈來愈高，應(yīng)用新一代的產(chǎn)品變得越來越普遍。它質(zhì)量輕、功能多、體積小巧、靈活而實(shí)用，只需搭配適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?能夠組成各式各樣、不同功能，形狀各異的微電子產(chǎn)品。隨著單片機(jī)的普遍運(yùn)用，各種功北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 能的電子產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅解決了各種問題，減輕了人的勞動(dòng)，大大拓展了數(shù)字化的范圍，促進(jìn)了數(shù)字化在家庭中的發(fā)展進(jìn)程。為了避免混淆不同的控制器，只需一個(gè)控制器就能夠做到對(duì)各種電器進(jìn)行操作；也可以增添溫度傳感器，實(shí)時(shí)掌握溫度，擴(kuò)展到利用溫度的不同實(shí)現(xiàn)對(duì)某些特定的電氣產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字自動(dòng)的操控；也可增加濕度傳感器，通過對(duì)實(shí)時(shí)濕度測(cè)量，對(duì)濕度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的方便人性化的健康生活。未來的儀表儀器應(yīng)該是數(shù)字化、智能化、柔性化和多功能化的，而運(yùn)用單片機(jī)這些功能都能夠得到實(shí)現(xiàn) 。例如測(cè)量溫度的溫度測(cè)控儀、分析用的邏輯分析儀、常見的智能毫伏表及實(shí)驗(yàn)室的智能萬用表。 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容 多功能數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)是利用電子技術(shù)設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘，數(shù)字鐘可以將“時(shí)”、”分”、“秒”顯示給人的計(jì)算時(shí)間的裝置 [6]。通過本次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，可以提高人的知識(shí)綜合應(yīng)用的能力、整體設(shè)計(jì)的能力，對(duì)以后從事電子產(chǎn)品的前線研制、實(shí)際生產(chǎn)、后期維修、市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)等奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 鐘表的發(fā)展經(jīng)歷了各個(gè)時(shí)期，現(xiàn)如今電子的快速發(fā)展，電子鐘的為人們的便利數(shù)字化健康生活做出越來越大的貢獻(xiàn)，電子鐘的設(shè)計(jì)與研究有著實(shí)際意義。從中既可提高個(gè)人的 綜合知識(shí)應(yīng)用能力、設(shè)計(jì)能力，也可以為以后從事電子產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、維修、經(jīng)營(yíng)等打下基礎(chǔ)。單片機(jī)是把中央處理器 CPU、只讀存儲(chǔ)器 ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)等運(yùn)用超大規(guī)模的集成電路的技術(shù)集成在一塊硅片上，構(gòu)成了一個(gè)小而功能完善的小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集成電路芯片 [8] [9] [10]。 Intel8031 指令系統(tǒng)是目前比較廣泛運(yùn)用的系統(tǒng)，所有兼容這個(gè)指令系統(tǒng)的單片機(jī)統(tǒng)稱為 51單片機(jī)，該系列單片機(jī)的鼻祖為 Intel 的 8031 單片機(jī)，后來Flansh rom 技術(shù)不斷的發(fā)展， 8031 單片機(jī)成為了當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的 8 位單片機(jī)之一 [12]。 在工業(yè)控制領(lǐng)域 ， MCS48 系列單片機(jī)的推出 與運(yùn)用 標(biāo)志 著 計(jì)算機(jī)的智能化 已經(jīng)進(jìn)入到 應(yīng)用嵌入式芯片 的 形態(tài)探索 的新 階段 [13]。 結(jié)構(gòu)體系的完善階段 單片機(jī)發(fā)展的勢(shì)頭一發(fā)不可收拾， MCS48 探索 的 成功 促使 很快 就 推出了 更加完善、 更加 典型的 MCS5l單片機(jī)系列。它 主要 在 如 下幾個(gè)方面奠定了 如今 通用總線型單片機(jī)典型的結(jié)構(gòu)體系 ： ① 完善的總線結(jié)構(gòu)： 串行總線：通信總線，擴(kuò)展總線； 并行總線： 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線 以 及相應(yīng)的控制總線，兩個(gè)獨(dú)立的地址空間。 ③ MCS51 的完善，使其 成為 SCMC 的 典型 體系結(jié)構(gòu)。 MCS51系列單片機(jī) 已開始蔓延到 各大電氣商，許多電氣 公司爭(zhēng) 相使用 80C51 作 為核 心 ，把大多 測(cè)控系統(tǒng)中 需要 使用 到 的接口技術(shù)、 電子 電路技術(shù)、可靠性技術(shù) 運(yùn) 用 在 單片機(jī) 上 ； 伴 隨單片機(jī) 的 內(nèi)外圍 的 功能電路 不斷強(qiáng)大 ，智能控制器 典型 特征 得到了明顯的強(qiáng)化 。其特點(diǎn) 表現(xiàn)為 ： 1）、 達(dá)到了 嵌入式應(yīng)用外圍擴(kuò)展 的要求 ，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、 調(diào)制 脈寬 的脈寬調(diào)制器 (PWM)、 監(jiān)視 程序運(yùn)行 的 監(jiān)視器 (WDT)、高速 I/O 口等。 d)提供 OTP 的 供應(yīng)狀態(tài)， 可以運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)大 規(guī)模批量生產(chǎn)。為 了達(dá)到 滿足不同的要求， 涌 現(xiàn) 出 了高速、運(yùn)算功能強(qiáng)大 、尋址 快 范圍 廣 和 可以 多機(jī)通信的 1 32 位 三種的升級(jí)版 通用型單片機(jī)， 還有 外圍系統(tǒng) 集成、袖珍 廉價(jià)型 的 專用型單片機(jī)，形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機(jī) 陸續(xù)出現(xiàn)在大家的面前 。這一時(shí)期的特點(diǎn) 表現(xiàn) 為： (1) 電氣商 、 半導(dǎo)體商 加入戰(zhàn)爭(zhēng) MCS48單片機(jī) 的 巨大 成功， 迅速 刺激了 各個(gè) 半導(dǎo)體公司 ，他們爭(zhēng) 相研制和 努力 發(fā)展 各 自的單片機(jī)系列。 另外在 開本的日立公司 、 NEC 公司也都 相繼研制 出各具特色的 性能好的 單片機(jī)品種。比 如， 80C51 屬于 通用型單片機(jī)， 因?yàn)?它并 非 為 了 某一種專門用途 而專門 設(shè)計(jì)的單片機(jī)；而專用型單片機(jī)是針對(duì) 一個(gè)特定產(chǎn)品或 某一類產(chǎn)品 特定的 需要而設(shè)計(jì)、最后 生產(chǎn) 出來 的單片機(jī)。 (3)綜合品質(zhì) 高 在體系結(jié)構(gòu) (精簡(jiǎn)指令微處理器 )、支持 ISP、 IAP 等高級(jí)語(yǔ)言 的 開發(fā)環(huán)境、電磁兼容性能、功耗管理等諸方面 都 得到了 明顯的 提高。精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu) 的特點(diǎn)是 成本 相對(duì)較 低，指令 和 尋址 方式少 ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 能夠較快的 執(zhí)行程序， 已經(jīng) 成為單片機(jī) 中一顆閃亮的新星 ，如 PIC、 Z86HCXXX 和 EM78XX； 而繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC)具有 尋址方式 多 ，北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 指令 數(shù)量 豐富 ，適合初學(xué)者 的 系統(tǒng) 的 學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，如 英特爾 的 80C51 或 MC68K、80C196。 不用借助 傳統(tǒng)的開發(fā)裝置， 憑借 單片機(jī) 和 計(jì)算機(jī)高性能 特點(diǎn) ， 就可以 實(shí)現(xiàn) 需要 的在線仿真。 單片機(jī)的概況 1980 年由美國(guó)的 INTE 公司推出的 MCS51 系列單片機(jī)，對(duì)比于 MCS48 單片機(jī)，功能更加強(qiáng)大，擁有先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，在本來的基礎(chǔ)上也 增添了更多的電路單元和系統(tǒng)指令 ,指令數(shù)達(dá)到了 111條。 803 8051 和 8751 等通用產(chǎn)品是 MCS51 系列單片機(jī)的主要組成，其主要的功能具體有： 8位 CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) 、程序存儲(chǔ)器 (ROM) 111 條指令（大部分為單字節(jié)指令）、 32 條 I/O 口線 可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器、專用寄存器 全雙工串行通信口 邏輯操作的位尋址功能、外部程序的存儲(chǔ)器尋址、外部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器尋址 單一 +5V 電源供電 由于 51MCU擁有性能比較優(yōu)越的專用寄存器、統(tǒng)一管理和典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)于擁有控制方式多樣的指令系統(tǒng)以及眾多邏輯位控制功能，被稱作一代“名機(jī)”，巨大的效益等等都為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了不可磨滅的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 最近幾年 C51 更是迅猛的發(fā)展， C51 的發(fā)源公司是 INTEL 公司， PHILIPS 公司從未拋卻改善單片機(jī)的性能，在原來的基礎(chǔ)上已發(fā)展出了 A/D 轉(zhuǎn)換器，高速 I/O口，脈寬調(diào)制 PWM、 WDT 等增強(qiáng)的功能，并且在功耗微小、低電壓、網(wǎng)絡(luò)控制總線CAN 和擴(kuò)展串行總線 I2C 等功能都做了相應(yīng)完善。 51系列單片機(jī)的精益求精，使其有了更加廣泛的發(fā)展與運(yùn)用；也恰恰因?yàn)槠鋸V泛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了 51 系列單片機(jī)的功能的不斷完善，相輔相成，向著更加光明的方向發(fā)展著。