第一章 绪论
计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。单片机在这种情况下诞生了。截止今日，单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。
单片计算机即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）,是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列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，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
本文通过对一个基于单片机的能实现时间，闹钟，测量温度，报警等功能的多功能数字时钟的设计学习，详细介绍了单片机应用中的数据转换显示，液晶显示原理。从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。系统由AT89C51、DS1302时钟芯片、DS18B20、8位数码管、键盘等部分构成，能进行时、分、秒的显示，也具有年、月、日的显示，定时时间报警、测量温度功能。
1.1 课题研究背景
人类的生活和工作均离不开时钟。从古代的滴漏更鼓到近代的机械钟，从电子表到目前的数字时钟，为了准确的测量和记录时间，人们一直在努力改进着计时工具。钟表的数字化，大力推动了计时的精确性和可靠性。在单片机构成的装置中，数字时钟是必不可少的部件。它的用途十分广泛，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地提高。时钟已不仅仅被看成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代时钟生产研究的主导设计方向。现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张
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的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。
近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。
1.2 课题研究意义
基于MCS-51单片机的数字时钟系统具有显示准确、直观、易于调整等特点。 单片机自诞生以来给全世界人类的生活和工作起到了剧烈的变化，而MCS-51单片机是我国使用最早、最易掌握和应用的一款单片机。通过该系统的设计，对单片机的原理和功能有个较系统和全面的掌握，初步学习到有关工程设计的方法和思路。这样以后的就业面会更加宽广，也可以满足当今社会对单片机开发人才的大量需。
纵观传统的电路设计，大部分是采用分立元件进行设计，既复杂成本又高。随着集成化的发展，现在系统的设计都是在模块化的基础上设计系统的。 本课题是基于智能化和模块化的前提下设计数字时钟的，通过对设计目标的分析，分立出各个模块，然后根据各个模块的功能，选择适当的芯片进行设计的。
本课题的研究，对智能化、模块化设计具有较强的推广应用价值。
1.3 本文的主要内容
本文的主要内容是利用51单片机设计一个数字时钟系统，使其实现以下功能：
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1.数字显示
利用八段数码管实现世界的数字化显示，显示包括时、分、秒、星期、年、月、日、温度以及闹钟定时时间。
2.闹钟功能
能够实现预定时间的设定，到时报警提醒，手动终止报警和无人应答自动终止报警。
3.温度测量功能
能够实现环境温度的测量且显示。温度测量包括单路温度测量和多路温度测量。
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第二章 方案论证及设计
2.1 总体方向的选择
2.1.1 基础FPGA的多功能数字时钟的设计
基于FPGA的数字时钟设计方法：DCM（数字时钟管理器）。DCM使用完全数字反馈系统确保多个时钟同步，使用完全数字延线技术可以精确控制时钟的频率和相位。用户可以编程控制时钟任意倍率和分频及任意相位移动，使用非常方便可靠。
缺点：设计较为复杂，成本高，无法实现温度测量功能
2.1.2 基于VHDL的多功能数字时钟的设计
利用VHDL硬件描述语言设计的多功能数字时钟的思路，在MAX+PLUSⅡK开发环境中编译和仿真了所设计的程序，并在可编程逻辑器上下载验证。
缺点：结构简单，实现功能不全面
2.1.3 基于 单片机的多功能数字时钟的设计
基于MCS-51单片机的数字时钟系统具有显示准确、直观、易于调整等特点。系统的设计是在模块化的基础上设计系统的。基于智能化和模块化的前提下设计数字时钟的，通过对设计目标的分析，分立出各个模块，然后根据各个模块的功能，选择适当的芯片进行设计的。对智能化、模块化设计具有较强的推广应用价值。
通过以上三种设计方案的比较,我们可以看到,设计方案三综合性能良好。所以选用第三种设计方案
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2.2 控制芯片及数字时钟芯片的选择
2.2.1 AT89S51及DS12887芯片
使用并行接口时钟芯片DS12887设计时钟电路。该设计方案用AT89S51主控，利用并行时钟芯片DS12887为核心计时芯片，组成数字时钟电路。该电路能够准确计时，还附加许多其它功能，在掉电时能保存用户设置参数和故障状态参数等重要参数。设计电路图如下
图2.1 S12887与CPU接口电路
该设计虽然能完成所要求的任务，综合性能也较好，但其并行接口方式占用大量接口资源，给其它设计带来诸多不便。
2.2.2 AT89C51及DS1302芯片
使用串行接口时钟芯片DS1302设计时钟电路。该设计方案以单片机AT89C51为主控芯片，以串行时钟芯片DS1302为核心计时芯片，组成数字时钟电路。该电路不但能准确地计时，而且，其三线接口可以节省接口资源，在断电后不丢失时间和数据信息。该设计方案的接口电路如图所示
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