本科毕业设计说明书（论文）
1 绪论
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时间在我们的生活中有着不可取代的作用，它可以为我们清晰地记录下制作从开始到结束所需要的时间。时间对人们来说总是宝贵的，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前时间，忘记了要做的事情。当事情不重要的时候，这种遗忘无伤大雅，但是，一旦事情重要，一时的耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们遗忘而发生的，而时间的重要性在医院、冶金、化工、食品、机械、石油等工业中，更是举足重轻，而现在钟表的数字化给人们的生活带来了极大地方便。成为人们必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
1.1 课题背景及意义
如今我们只需看一下钟就能说出时间，我们把这看成是很自然的事。但在过去长达几千年的时间里，根本就没有任何测定时间的精确方法。人们通过太阳在天空中的位置，或者通过像沙漏这样的装置来判断时间，在沙漏中，是通过沙子从一个双头玻璃容器中漏落下来来指示时间的。
改变上述情况的人是一位叫做一行的中国杰出天文学家，他生活于公元8世纪。他与另外一位中国发明家梁令瓒一起设计了“擒纵器”装置，即所有机械钟中心部位的那套齿轮嵌齿结构。
机械钟在中世纪时来到欧洲。到14世纪时，欧洲建造了既大又不灵巧的机械钟，它们用钟锤驱动，其精确度每天大约误差在1小时以内。这样的钟在人们眼中通常没什么信任度。它们连着一个报时的铃，但既然它们这样不精确，在机械装置中也就谈不上显示分与秒了。15世纪时开发出了由弹簧驱动的钟，接着在17世纪时制造出了带有钟摆的更精确的钟。而到中世纪时，钟表制造者造出了可展示太阳运动和月亮、行星的相位，以及能显示时间的钟。拟人机构不时地打铃，以声音报出每小时和每刻钟。
而在现在这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。可以毫不夸张地说，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
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字化的钟表得出现，给人们带来了极大的方便。
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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，而数
数字时钟具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。适用于家庭、公司、机关等众多场所。为人们的日常生活、出行安排提供了方便，成为人们日常生活中不可缺少的一部分。
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，有电子时钟、数字闹钟等等。单片机在多功能高精度时钟中的应用已是非常普遍的，人们对高精度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 本毕业设计课题任务的主要内容和主要要求
本次设计的题目是基于DS12C887的高精度时钟的设计，可以正常的显示年、月、日、时、分、秒。本系统利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机AT89S52为核心元件，同时采用1602液晶显示屏动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确，显示直观等特点。另外具有校时功能，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。
本次设计可分为两部分：硬件部分、软件部分。
硬件部分包括：AT89S52单片机、DS12C887时钟芯片、1602LCD液晶显示器。主要由AT89S52单片机、实时时钟芯片电路、液晶显示输出电路、键盘输入电路组成等几大部分组成。具体说来，系统智能控制部分由单片机及其相关的外围电路组成，外围电路包括复位电路、晶振电路、键盘设计、电源电路。
利用单片机将复位电路、动态显示电路、电源电路等正确的连接在一起，并通过单片机的编程来实现本次设计任务中的要求。
软件部分包括了主程序模块，DS12C887模块，LCD1602模块，键盘控制模块[1]。 本设计的基本要求是：具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能，同时具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能。
具体的用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机AT89S52为核心元件，结合DS12C887时钟芯片，采用1602液晶显示屏作为动态显示年、月、
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日、星期、时、分、秒等的现代计时[2]。
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1.3 本文章节安排
第一章绪论，介绍了本课题的背景及要实现的目标；
第二章方案论证，具体包括常见的时钟方案以及本设计选用的方案；
第三章硬件部分，DS12C887的高精确时钟的硬件设计，硬件模块包括AT89S52控制模块，DS12C887时钟模块，1602显示模块，键盘及外围电路，外围电路即晶振和复位电路[3]；
第四章软件部分，本系统软件采用模块化结构，由主程序﹑DS12C887子程序、LCD1602子程序、键盘子程序构成；
第五章系统调试部分，包括软件介绍和调试中存在的问题和解决办法以及显示结果。
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2 方案论证
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时钟电路有各种各样的，在不同的要求和条件下有着各自的优势，本设计的题目是高精度时钟的设计，根据设计要求时钟显示正常的年、月、日、星期、时、分、秒。要想实现上述功能，所以设计要从电路设计的性价比、显示时间的精确以及稳定性为前提。本设计是要将硬件系统和软件系统有机的结合在一起，方可实现我们设计任务中的各项要求。
2.1 常见的时钟设计
2.1.1 基于FPGA时钟电路设计
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要：
（1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 （2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 （3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。并且FPGA采用高速CMOS工艺、功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
随着FPGA集成度的不断提升，单片FPGA已经可以完成百万门级的集成电路设计。因此，很多ASIC设计可以利用FPGA完成流片前的功能验证。甚至直接使用FPGA进行商业生产。但是，FPGA的特殊结构决定了基于FPGA的设计不能直接照搬在ASIC设计当中的某些经验，时钟设计便是其中较突出的一条。
由于FPGA的生产工艺，在出厂之前，FPGA内部元件之间的连线已经完全固定。同时，FPGA具有连线延时相对门延时较大的特点，造成FPGA并不能通过动态搭建时钟缓冲器树的方法解决时钟偏差问题。实际上，时钟结构已经被预先固化在芯片当中。经过综合工具的自动指定。
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时钟结构如图2.1所示。
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图2.1 时钟结构
FPGA通过其特定的时钟网络，使得时钟信号从BUFGMUX到每个CLB的时钟端没有时钟偏差。但是，此结构的间接后果是为每个CLB的时钟端添加了一个相同的时钟线延时，即从BUFGMUX通过时钟网络到达GRM的时间，在正常情况下，这个时间为6ns~7ns。
因为两个都可以实现同样的功能，而FPGA芯片的价格远比单片机高。出于利润，会选择开发成本少的产品。 2.1.2 基于石英晶体振荡器设计
随着科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高。高精度的计时工具大多数都是用了石英晶体振荡器，由于电子石晶表、石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种钟具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。
系统的工作原理：振荡器产生稳定的分频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒技术器满60分向分计数器进位，分技术器满60分向时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律技术。计数器的输出分别由译码器送显示器显示。计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分[4]。
数字电子钟逻辑图如图2.2显示，它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、译码显示器和校时电路组成（如显示23时50分59秒）。