1 选题的背景和意义
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S52芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间、日历，调整时间、日历，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
1.1 选题的背景
随着科技的快速发展，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的[2]。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处
理，广泛使用的各种智能IC卡，录象机、摄象机，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟。在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用的多功能数字电子钟已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的数字电子钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点。因此有必要对数字电子钟进行改进。
随着半导体技术的飞速发展，以及移动通信、网络技术、多媒体技术在嵌入式系统设计中的应用，单片机从4位、8位、16位到32位，其发展历程一直受到广大电子爱好者的极大关注。单片机功能越来越强大，价格却不断下降的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选，同时单片机应用领域的扩大也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中，推动着单片机技术的创新进步[3]。
多功能数字时钟的用途十分广泛，只要有计时的存在，便要用到数字时钟的原理及结构;同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费者的喜爱。随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断提高 。时钟已不仅仅被看出一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现在时钟生产研究的主导设计方向[4]。
电子时钟也随着单片机的发展而日趋完善，目前，电子时钟在走时准确，调时方便，功耗等方面都比机械时钟有较大的进步。在以单片机为核心的电子时钟的发展更是一个质的飞跃。在不久的将来，电子时钟会有更进一步的发展。
2 研究的基本内容
本课题利用单片机AT89C51的控制来实现数字电子钟的功能：采用模块设计法完成多功能数字时钟的设计。基本功能是时钟显示，能准确显示“时”、“分”、“秒”，并具有快速校准时、分、秒的功能。时钟显示同时具有实时温度显示。扩展功能有具整点报时功能以及闹钟功能。
2.1 基本框架
按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由电源转换模块、主控制模块、时
钟及温度模块、显示模块、键盘接口模块共5个模块组成，电路系统设计框图如下图所示。
电路系统构成框图 2.2 研究的重点和难点
(1)设计并显示具有时、分、秒计时功能的时钟;
(2)有关单片机中定时器的使用;
(3)可断电保护工作时段，可修改工作时间和工作时段。
2.3 拟解决的关键问题
(1)LED显示模块的驱动和编程;
(2)如何利用单片机的外部中断实现时钟功能和运行模式的转换。
3 研究的方法及措施
基于单片机的多功能数字时钟的设计，单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。微处理器的选择，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只
读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，是与MCS-51兼容的4K字节可编程闪烁存储器。寿命为1000写/擦循环，数据保留时间为10年，全静态工作，0Hz-24Hz三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。发光二级管LED具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化、等优点。由于LED工作电压低(仅1.5-3V)，能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压(或电流)调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长( 10万小时)，所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与 LED显示方式匹敌校时和定时电路的设计[5]。实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分，采用的是一个时钟芯片，单片机从中读取数据送到显示器上显示，从而实现数字钟的功能，还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。将系统进行整合、改进并调试，测试是否达到预期的系统各性能指标。
4 预期成果
以AT89C51单片机为基本核心元件，与软件设计相结合实现数字钟系统。系统硬件电路简单，调试方便。而且体积小，使用起来更加方便。通过实验验证该数字钟显示效果良好，单片机控制相当准确。数字钟可以进行24小时制的计时，并且具有时分秒显示功能，在此基础上，同时还具有实时温度显示，整点报时功能以及闹钟等扩展功能。用单片机来实现设置工作时段，并且有断电保护，并且可以十分方便的修改时钟的时间和工作时段，具有一定的实用价值。
5 研究工作进度计划
1) 2011年10月28日---2011年11月04日 材料的收集
2) 2011年11月10日---2011年11月15日 各个电路模块设计与连接
3) 2011年11月16日---2011年11月26日 软件模块的设计与调试
4) 2011年11月27日---2011年12月05日 整个系统的调试和实现
5) 2011年12月06日---2011年12月10日 系统的优化和调试
6) 2011年12月11日---2011年12月15日 拟写论文初稿
7) 2011年12月16日---2011年12月25日 进行答辩准备
参考文献
[1] 张静. 基于单片机数字钟的设计[J]. 办公自动化, 2006, (17): 50-51.
[2] 罗佳. 基于单片机的数字电子钟及其实现[J]. 常州信息职业技术学院报, 2010, 9(2):17-22.
[3] 马丽萍, 肖渊. 基于Proteus的数字钟设计及仿真[J]. 西安工程大学报,2009, 23(3): 59-62.
[4] 左璐. 时序电路—电子钟的设计[J].现代商贸工业, 2010 (16):382.
[5] Haixia Jing. Design and Realization of Multi-functional Gateway Based on SingleChip [J]. Image
and Signal processing, 2009, 9(2): 1-4.