【正文】 中，創(chuàng)新性地存儲了全世界212個城市的中英文名稱和時區(qū)數(shù)據(jù)，這就使整個系統(tǒng)不僅僅是一臺高精度授時時鐘，更是一臺高精度的世界時鐘?？梢圆樵冞@212個城市的實時時間。而且只用存儲其中2bytes的存儲空間，實現(xiàn)了可將任意城市的時間設(shè)為在系統(tǒng)主界面顯示的城市名稱和當(dāng)前時間，這就為長途旅行帶來更多的方便。機內(nèi)時鐘和鬧鈴模塊自身一直在有一個時鐘運行，單片機通過I2C總線讀取其中的時間數(shù)據(jù)，而且芯片內(nèi)還有一個報警中斷引腳，用來做鬧鈴的開關(guān)?？偟膩碚f，就是單片機將所有接收到的時間數(shù)據(jù)于讀取的城市數(shù)據(jù)運算整合，送屏幕顯示，并和機內(nèi)時鐘的報警中斷共同控制系統(tǒng)鬧鈴。鍵盤則用以進入菜單，實現(xiàn)時鐘調(diào)整等各種功能。 P89LPC952單片機系統(tǒng)設(shè)計P89LPC952是飛利浦最新的一款單片機，含有多種低成本的封裝形式。它采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51 器件。8KB可擦除Flash程序存儲器，單字節(jié)擦除特性使得任何字節(jié)都可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。兩個增強型UART，具有波特率發(fā)生器、間隔檢測、幀錯誤檢測和自動地址檢測功能。400kHz字節(jié)寬度的I2C通信端口和SPI通信端口。片內(nèi)高精度的RC振蕩器選項帶有時鐘倍頻器，無需外接振蕩器件。～。I/O口可承受5V電壓。端口“輸入模式匹配”檢測。當(dāng)P0口管腳的值與一個可編程的模式匹配或者不匹配時，可產(chǎn)生一個中斷——鍵盤中斷。在本系統(tǒng)中主要應(yīng)用了單片機的內(nèi)部晶振、兩個增強型UART、I2C通信端口、P0口鍵盤中斷和一個外部中斷。SPI總線采用I/O口軟件模擬的方式。并用I/O口軟件模擬的方式驅(qū)動液晶顯示模塊。在單片機電路設(shè)計中，按照飛利浦給出的接口定義，接出了ICP在電路編程接口，并預(yù)留了JTAG10針在線調(diào)試接口[2]。ICP在電路編程接口定義如圖2。JTAG接口的定義圖如圖3。圖2 ICP在電路編程接口定義圖3 JTAG在線調(diào)試接口定義 ICP是一種串行編程方式，其通過一根時鐘線與一根數(shù)據(jù)線串行傳輸編程指令及數(shù)據(jù)。在開發(fā)過程中，不需將芯片從系統(tǒng)板上取下，即可實現(xiàn)重新編程。不占用程序存儲空間，不受串口的影響[3]。由于系統(tǒng)中需要兩種電壓，例如單片機、串行電平轉(zhuǎn)換芯片、而GPS模塊、蜂鳴器和液晶屏幕則用5V供電。所以系統(tǒng)中要設(shè)計出兩種電壓的輸出。由直流輸入到5V輸出使用SPX3819。SPX3819持續(xù)輸出電流可達500mA，壓降為340mV。由于僅提供固定輸出電壓，無需外部電壓設(shè)定電阻，因而減少了所需的板空間。而且SPX3819還具有反向電池保護、反饋電流限制和負載掉電保護等功能[4]。LM111733輸出電流可達800mA，但壓差偏高。在本系統(tǒng)中由于是將SPX3819輸出的5V接入其輸入管腳，所以芯片完全可以正常工作[5]。由于電壓中含有許多高頻干擾源，這些高頻成分很容易經(jīng)過電源進入通信系統(tǒng)中。另外系統(tǒng)自身的發(fā)送頻率也會經(jīng)過電源感應(yīng)反饋到通信系統(tǒng)造成干擾。因而可在電源電路中并入多個不同容值的電容所構(gòu)成的濾波電路來抑制各種高頻信號。使系統(tǒng)能夠得到穩(wěn)定可靠且低干擾的電源，保證系統(tǒng)的可靠運行[6]。電源電路如圖4所示。圖4 電源電路 GPS模塊電路設(shè)計GPS模塊采用臺灣HOLUX公司的GR85模塊。GR85模塊采用美國瑟孚(SiRF)公司所設(shè)計的第二代低耗電量衛(wèi)星定位接收芯片，是一個完整的衛(wèi)星定位接收器。其耗電量低，且能同時追蹤12顆定位衛(wèi)星的訊號，每秒更新一次定位，支持NMEA0183 。而且支持1PPS秒脈沖的輸出[7]。GR85總共有六個管腳，管腳定義如表1。表1 GR85管腳定義管腳定義管腳描述1VCC_5V2TXA串行口輸出A3RXA串行口輸入A4RXB串行口輸入B5GND接地61PPS時間標(biāo)記：1PPS時間標(biāo)記輸出對于各城市的中英文名稱以及時區(qū)數(shù)據(jù)采用Ramtron公司的FM25CL256——32K的數(shù)據(jù)存儲器。FM25CL256是用先進的鐵電技術(shù)制造32Kb的非易失性存儲器。鐵電隨機存儲器(FRAM)具有非易失性，并且可以像RAM一樣快速讀寫，數(shù)據(jù)在掉電后可以保存10年，相對于EEPROM或其他非易失性存儲器，F(xiàn)RAM具有系統(tǒng)可靠性更高，結(jié)構(gòu)更簡單等諸多優(yōu)點。與EEPROM不同，F(xiàn)M25CL256以SPI總線進行寫操作，操作無須延時。當(dāng)數(shù)據(jù)被移入芯片后，寫操作僅需幾百納秒，下一個總線周期可以立刻開始而無須進行數(shù)據(jù)輪循。另外，F(xiàn)M25CL256具有比其它非易失性存儲器高得多的讀寫操作次數(shù)，可以承受超過100億次的讀寫操作[8]?；谝陨线x擇了FM25CL256，在實際讀取應(yīng)用中，每次在調(diào)用片內(nèi)數(shù)據(jù)送去顯示時，根本沒有讀取延時。它就像單片機中的一個大容量RAM存儲區(qū)。這樣，單片機中所可以在液晶上顯示的漢字就全部儲存在其中。而且它還存儲了默認城市數(shù)據(jù)索引的首地址。這樣即使在系統(tǒng)完全掉電的情況下，默認的數(shù)據(jù)也不會丟失，增加了系統(tǒng)的人性化，也賦予了系統(tǒng)更多的創(chuàng)新性。時鐘芯片采用了飛利浦公司生產(chǎn)的PCF8563芯片，PCF8563是低功耗的CMOS 實時時鐘/日歷芯片，它提供一個可編程時鐘輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過I2C總線接口串行傳遞。最大總線速度為400Kb/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。芯片的I2C總線從地址：讀0A3H；寫0A2H。PCF8563有16個8位寄存器，所有16個寄存器設(shè)計成可尋址的8位并行寄存器，前兩個寄存器(內(nèi)存地址00H，01H)用于控制寄存器和狀態(tài)寄存器，內(nèi)存地址02H～08H用于時鐘計數(shù)器（秒~年計數(shù)器），地址09H～0CH用于報警寄存器(定義報警條件)，地址0DH控制CLKOUT管腳的輸出頻率，地址0EH和0FH分別用于定時器控制寄存器和定時器寄存器。秒、分鐘、小時、日、月、年、分鐘報警、小時報警、日報警寄存器，編碼格式為BCD，星期和星期報警寄存器不以BCD格式編碼。當(dāng)一個RTC寄存器被讀時，所有計數(shù)器的內(nèi)容被鎖存，因此，在傳送條件下， 可以禁止對時鐘/日歷芯片的錯讀[9]。由于單片機內(nèi)有一個標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口，這樣單片機就可以實時讀取I2C接口上的數(shù)據(jù)，然后直接送到屏幕顯示。在實際實驗中，效果非常好。I2C總線接口定義要求在SDA和SCL線上各加一個上拉電阻。在中斷引腳上加入一個10 KΩ的上拉電阻。并在時鐘芯片的電源腳接入一個備用電池，當(dāng)系統(tǒng)通電時，二極管因反向電壓而截止備用電池向時鐘芯片供電。當(dāng)系統(tǒng)掉電時，二極管導(dǎo)通，由備用電池向時鐘芯片供電。時鐘電路圖如圖5。圖5 時鐘電路電路圖在PCF8563芯片中的第3腳為報警中斷管腳，當(dāng)一個或多個報警寄存器寫入合法的分鐘、小時、日或星期數(shù)值且這些數(shù)值與當(dāng)前的分鐘、小時、日或星期數(shù)值相等則該管腳產(chǎn)生低電平中斷。但是只有一個低電平中斷是不能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲的，還要有一個讓蜂鳴器發(fā)聲的方波，這可以由單片機的一個I/O管腳生成。中斷管腳是低電平有效，方波始終都有。這樣就可以加一個或非門讓中斷管腳作方波輸出的開關(guān)。在實際電路中用一片2輸入4與非門——74HC00也可以組成一個或非門，其邏輯電路圖如圖6。圖6 74HC00組成或非門邏輯電路圖其運算為：真值表如表2。表2 真值表ALARMWAVEOUTPUT001010100110即中斷管腳為高電平時，無論方波輸出為高電平還是低電平，最后輸出的都是低電平。反之，當(dāng)中斷管腳為低電平時，方波輸出高電平，則總輸出為低電平；方波輸出低電平，則總輸出為高電平。這就實現(xiàn)了鬧鈴的功能。在設(shè)計方案中，鍵盤的設(shè)計是比較特殊的，也是比較有創(chuàng)新性的。它看似和普通的矩陣鍵盤沒什么兩樣(鍵盤電路如圖7)，實際上他用了飛利浦單片機的一項特殊的功能——鍵盤中斷。鍵盤中斷功能主要用于當(dāng)P0口等于或不等于特定的模式時產(chǎn)生一個中斷。該功能可用于對鍵盤的識別。有3個特殊功能寄存器用于該功能。鍵盤中斷屏蔽寄存器（KBMASK）用于定義連接到P0口的使能觸發(fā)中斷的輸入管腳。鍵盤模式寄存器（KBPATN）用于定義與P0口值相比較的模式。當(dāng)鍵盤中斷功能有效且條件匹配時，鍵盤中斷控制寄存器（KBCON）中的鍵盤中斷標(biāo)志（KBIF）置位。如果通過置位IEN1寄存器的EKBI位和EA位將中斷使能，則會產(chǎn)生一個中斷。鍵盤中斷控制寄存器（KBCON）中的PATN_SEL位用于比較時定義等于或不等于[10]。圖7 鍵盤電路顯示模塊采用金鵬公司的OCMJ48C，該模塊采用ST7920芯片，內(nèi)建中文字庫，支持三種控制接口，分別是8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行接口。所有的功能，包含顯示RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個芯片里面，只要一個最小的微處理系統(tǒng)，就可以操作模塊[11]。在本系統(tǒng)中，采用的是串行接口。其引腳與單片機的連接對應(yīng)方式如表3。表3 液晶模塊與單片機的連接方式單片機液晶模塊功能RST低電平液晶復(fù)位RS高電平位數(shù)據(jù)；低電平為指令SID串行數(shù)據(jù)端口SCLK串行時鐘端口本章詳細介紹了系統(tǒng)的硬件組成及硬件原理，在硬件設(shè)計中，比較有特色的設(shè)計為鬧鈴電子開關(guān)的設(shè)計和鍵盤的設(shè)計。其中鍵盤的設(shè)計得益于P89LPC900系列單片機特有的鍵