威海职业学院
毕业设计任务书
专业应用电子技术
年级07级班级4班
姓名房贤文学号20070203147
威海职业学院教务处编印
毕业设计指导须知
一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。
二、导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。
三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。
四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。字数、图纸数量符合有关要求。并在规定的时间内完成。
五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。
六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。
答辩情况记录
摘要
时钟，自从它发明的那天起，就成为了人类的朋友，但随着时间的推移，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，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。
本设计利用单片机实现数字时钟的主要功能，其中AT89C2051是核心元件，同时采用数码管动态显示“时”，“分”。与传统机械表相比，它具有走时准确，显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分”，另外具有校时功能。在出现误差时可进行调整。此数字式电子钟用译码代替机械式转动，用显示器代替指针显示，减小了计时误差，这种表具有时，分显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。
目录
第一章绪论 (1)
1.1 课题来源 (1)
1.2数字电子时钟概况 (1)
1.3 本课题的任务 (1)
第二章方案设计 (2)
2.1 电路工作原理 (2)
2.2 电路原理图设计 (2)
2.3 电路原理图的绘制 (2)
2.4 基本组成电路 (3)
2.5 元器件的选择 (4)
2.5.1 AT89C2051集成块 (4)
2.5.2 三极管的选择 (6)
2.5.3 电容的选择 (6)
2.5.4 电阻的选择 (7)
2.6 本章小结 (8)
第三章方案具体实现 (9)
3.1 元器件的识别与检测 (9)
3.2 三极管的识别与检测 (9)
3.3 电容识别与检测 (10)
3.4 电阻的识别与检测 (12)
3.5 本章小结 (13)
第四章元器件的安装调试 (14)
4.1手工插接元器件 (14)
4.2 手工焊接 (14)
4.3 电路调试 (17)
4.4 本章小结 (17)
结论 (18)
参考文献 (19)
致谢 (20)
第一章绪论
1.1 课题来源
数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，但鉴于数字时钟的基本原理能让我很好的复习所学的知识，加深对单片机的了解，因此进行数字钟的设计，这对于单片机领域的研究及数字钟往后的扩大应用，有着非常现实的意义。
1.2 数字电子时钟概况
单片机是集CPU 、RAM、ROM ,计数和多种接口于一体的微控制器。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。它体积小、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，广泛应用于智能生产和工业自动化上。
本课题通过AT89C2051单片机来设计电子时钟，采用汇编语言进行编程，可以实现以下一些功能：小时，分的显示、时间调整、复位功能。本次设计的电子时钟系统由时钟电路，LED显示电路，校时电路，复位电路，按键调整电路四部分组成。AT89C2051单片机通过软件编程，在LED数码管上实现小时，分的显示；利用时钟设计程序来实现计时功能；通过两个按键开关，一个用于时钟的调节，一个用于复位的调节，来实现参数设置和调节功能。本次设计的电子时钟，经过对比测试，发现实际计时的走时精度较高，可满足多种场合的应用需求。
1.3 本课题的任务
本课题的主要任务就使通过AT89C2051集成块，通过三极管，把输出信号，送到显示，通过对按键的调整，准确的调整时、分的设置，再使用单片机的程序控制的发光显示。一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”译码器译码，并通过显示器显示时间。
第二章方案设计
2.1 电路工作原理
此电子时钟由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示，在计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。
2.2 电路原理图设计
系统采用石英晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。由数码管来显示译码器所输出的信号。采用了AT89C2051系列中小规模集成芯片。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能,扩展电路完成数字钟的扩展功能。
电路原理图的设计是整个电路板设计的基础。数字时钟实际上是一个对标准频率
(1HZ）进行计数的计数电路，由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定，通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟，因为晶体振荡电路给数字钟提供了一个频率准确稳定的12MHZ方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。
2.3 电路原理图的绘制
本文使用了功能强大的Protel DXP对其进行原理图的绘制。一般来说，电路原理图的绘制过程可分为如下几个步骤：
1．启动Protel DXP原理图编辑器
执行File→New→Schematic命令，打开原理图编辑器。
2．设置电路原理图的大小与版面
执行Design→Option……命令，打开“Document Option”对话框，可以对图纸的大小、方向、标题栏、图纸的颜色、图纸的放大与缩小等进行设置，其次还可以通过该对话框中的“Change System Font”命令进行对字体的设置。
3．从元器件库取出所需元器件放置在工作平面
从元器件库取出所需元器件放置在工作平面上，同时根据元器件之间的走线关系对元器件在工作平面上的位置进行调整，并对元器件的编号、封装、幅值等进行定义和设置。
4．根据设计需要连接元器件
首先需要对元器件的位置、方向进行调整和修改，即调整电路原理图的布局。利用Protel DXP提供的连线工具、画图工具进行布线，即将工作平面上的元器件的各个引脚用
12MHZ。
2．计数器
整个计数器电路由分计数器、时计数器串接而成。分计数器和时计数器各自由计数。3．译码器
译码器的种类很多，其中二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器是三种最典型、使用最广泛的译码电路。显示译码器，一般是将一种编码译成十进制码或特定的编码，并通过显示器件将译码器的状态显示出来。
4．显示器
本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管有两种：共阳极或共阴极（如图2.2）。本设计采用共阳极数码管。
图2.2 共阳数码管
5．校时电路
当走时出现误差时需要对时间进行校正。通常校正时间的方法是:首先截断正常的计数通路,然后再进行人工触发计数加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。
2.5 元器件的选择
2.5.1 AT89C2051集成块
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,引脚如图10.1所示,与8051内部结构进行对比可发现,AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。如图2.3
图2.3AT89C2051实物图
AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
1. Vcc：电源电压。
2. GND：地。
3. P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
4. P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。P3口还用于实现
AT89C2051的各种功能,如下表2-所示。P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
5. RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6. XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
7. XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。
表2-1 P3口的功能
2.5.2 三极管的选择
半导体三极管也称为晶体三极管，它有两种载流子：电子与空穴，它们同时参与导电，故又称为双极型晶体三极管，它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。
三极管按结构不同，可分为NPN型三极管和PNP型三极管。按材料不同，可分为硅型三极管和锗型三极管。
（a）结构示意图（b）管芯结构剖面（c）符号
图2-4 PNP三极管的结构及符号
晶体管选用原则：一要符合设备及电路的要求，二要符合节约的原则。根据用途的不同，一般应考虑以下几个因素：工作频率、集电极电流、耗散功率、电流放大系数、反向击穿电压、稳定性及饱和压降等。这些因素又具有相互制约的关系，在选管时应抓住主要矛盾，兼顾次要因素。
一般希望β选大一些，但也不是越大越好。β太高了容易引起自激振荡，何况一般β高的管子工作多不稳定，受温度影响大。通常β多选80～200之间，但低噪声高β值的管子(如1815、9011~9013等)，β值达数百时温度稳定性仍较好。
本课题选用的是9013PNP型三极管。该类型号三极管在市场上比较普遍，易于购买；放大倍数满足电路需求；价格低廉等等。
2.5.3 电容的选择
电容器是一种储能元件。电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用，因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。电容既不产生也不消耗能量，是储能元件。
电容，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同：按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。按介质
材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。按极性分为：有极性电容和无极性电容。其中最常见到的就是电解电容。
电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。
不同电路应该选用不同种类的电容。谐振回路可以选用云母、高频瓷片电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、瓷片等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、瓷片、电解等电容。电容器（简称电容）也是组成电子电路的主要元件。它可以储存电能，具有充电、放电及通交流、隔直流的特性。
本课题选用的是16V/10uF的铝电解电容和瓷片电容27，其中16V表示耐压值，10uF 表示电容值，27表示27pF。
瓷片电容与电解电容并联，瓷片电容消除高频干扰，电解电容消除低频干扰，整个
电路组合是个滤波电路，是个较典型的抗干扰电路.
2.5.4 电阻的选择
电阻，它是导体的一种，其大小与导体的尺寸、材料、温度有关。电阻器可用于稳定和调节电路中电流和电压，其次还可以做分流器，分压器和消耗电能的负载。电阻的种类通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。在电子产品中，以固定电阻应用最多。固定电阻又可以分为碳膜电阻、金属膜电阻等。
电阻器的选用，要根据应用电路的具体要求而定。高频电路应选用分布电感和分布电容小的非线绕电阻器，例如碳膜电阻器、金属电阻器和金属氧化膜电阻器等。所选电阻器的电阻值应接近应用电路中计算值的一个标称值，应优先选用标准系列的电阻器。一般电路使用的电阻器允许误差为±5%—±10%。精密仪器及特殊电路中使用的电阻器，应选用精密电阻器。额定功率：在规定的环境温度和湿度下，假定周围空气不流通，在长期连续负载而不损坏或基本不改变性能的情况下，电阻器上允许消耗的最大功率。为保证安全使用，一般选其额定功率比它在电路中消耗的功率高1-2倍。最高工作电压：它是指电阻器长期工作不发生过热或电击穿损坏时的电压。如果电压超过规定值，电阻器内部产生火花，引起噪声，甚至损坏。稳定性：稳定性是衡量电阻器在外界条件（温度、湿度、电压、时间、负荷性质等）作用下电阻变化的程度。噪声电动势：电阻器的噪声电动势在一般电路中可以不考虑，但在弱信号系统中不可忽视。线绕电阻器的噪声只习作定于热噪声（分子扰动引起）仅与阻值、温度和外界电压的频带有关。薄膜电阻除了热噪声外，还有电流噪声，这种噪声近似地与外加电压成正比。高频特性：电阻器使用在高频条件下，要考虑其固定
有电感和固有电容的影响。
本课题所选用的是色环碳膜电阻，选择该种电阻的优点有较低价格；较小的体积可节省安装空间；宽电阻值范围；稳定性能好等优点。
2.5.5 晶振简介
晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。
根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小，即Q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。
图2-5 晶振实物图
2.6 本章小结
本章根据功能需求设计了电路原理图、说明了电路的工作过程，详细描述了各部分组成电路的作用，并按照设计要求选择了相应的电路元器件，其中详细说明了元器件选择的原则及选择结果。
第三章方案具体实现
3.1 元器件的识别与检测
元器件的好坏直接影响了电路的工作，元器件的检测与识别主要是为了保证电路在工作时的正常运行。因此检测元器件的好坏是电路安装前必不缺少的工作之一。
3.2 三极管的识别与检测
三极管内部有两个PN结，可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。在型号标注模糊的情况下，也可用此万用表的电阻档判别。
1．基极的判别:将万用表旋纽转到二极管档，将黑表笔插入万用表的COM孔，红表笔插入万用表的欧姆档，将两表笔的指针分别接触三极管的任意两个引脚，若此时万用表的表盘显示为0L时，颠倒红黑表笔，若万用表的表盘仍显示为0L时，则说明剩余引脚为三极管的基极。否则，需重新选择两引脚进行测量，直到万用表两次均显示为0L为止，即可判断三极管的基极。
2．管型判别：将红表笔接触已测量出的基极，黑表笔接触三极管剩余两引脚的任意一个，若万用表显示为0L时，表示该管为PNP型；当万用表的表盘上有具体数据显示时，表示该管为NPN型。
3．集电极、发射极的判别：将红表笔接触假设的集电极，然后将三极管的基极和假设的集电极用手指短接，黑表笔接触剩余的引脚（即假设的发射极），若万用表有具体数据显示则表明假设正确；当万用表的表盘显示为0L时，表明假设错误，即假设的集电极为三极管的发射极，而假设的发射极为三极管的集电极。
4．放大倍数的测量：将三极管插入万用表测量三极管档，此时需注意三极管三电极的方向，同时将万用表的旋钮旋转到hef档，此时万用表表盘所显示的数据即三极管的放大倍数。
三极管性能的简易测量：基极开路，万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反)，此时c、e间电阻值大则表明I CEO小，电阻值小则表明I CEO大。
用手指代替基极电阻R b，用上法测c、e间电阻，若阻值比基极开路时小得多则表明β值大。
有的万用表有hef档，按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数β，若β很小或为零，表明三极管己损坏，可用电阻档分别测两个PN结，确认是否有击穿或断路。
经检测，所选用的三极管为9013PNP型硅管。其放大倍数为100左右，符合电路的选
择要求。
3.3 电容识别与检测
电容的识别方法，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中：1F=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10 uF/16V 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示字母表示法：1mF=1000 uF 1p2=1.2pF 1n=1000pF 数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102表示10×102pF=1000PF 224表示22×104pF=0.22 uF。
1．电解电容的识别：用万用表的R×1K档检测电解电容好坏。用表笔接电容器两引线.接通时表针偏转后返回是好的；不偏转或偏转后不返回是坏的；返回较小说明漏电严重。电容越大偏转越大，测量大电容时要先将电容器放电.不然会损坏电表。
用万用表的合适量程(一般情况下，1~47微法间的电容，可用R*1K挡测量，大于47微法的电容可以用R*100挡测量)测量电解电容器的漏电电阻，将红表笔接电解电容的负极，黑表笔接电解电容的正极，此时表针向R为零的方向摆动，摆到一定幅度后，又反向向无穷大方向摆动，直到某一位置停下，此时指针所指的阻值便是电解电容器的正向漏电电阻，正向漏电电阻越大，说明电容器的性能越好，漏电流也越小。将万用表的红、黑表笔对调(红表笔接正极，黑表笔接负极)，再进行测量，此时指针所指的阻值为电容器的反向漏电电阻，此值应比正向漏电电阻小些。即反向漏电流比正向漏电流要大。实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百K欧姆以上，否则，将不能正常工作。在测试中，若正向反向均无充电现象，即指针不动，则说明容量消失或内部短路，如果所测阻值很小(几百千欧以下)或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。
电解电容器的判别：用眼睛来观察电解电容，可以发现内部的两个引脚一长一短。一般来说，长引脚为正极，短引脚为负极。另外如果电解电容一侧有一条粗白线（或明显标志），则有此标志的一端为负级。如图：
图3-1 电解电容