【正文】 率為精確的 1Hz[3]。 5512F 的引腳如圖 12 所示。本設(shè)計(jì)采用 AT89C2051 單片機(jī)設(shè)計(jì)。②采用靜態(tài)時(shí)鐘方式 ,節(jié)省電能 ,這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分 有利。另外， 89C2051 本身沒(méi)有專門(mén)的液晶驅(qū)動(dòng)接口，因此，本時(shí)鐘設(shè)計(jì)采用了數(shù)碼管顯示方式。例如，對(duì) 12 小時(shí)制，小時(shí)的十位只能是 0、 1，如果當(dāng)前值為 0，則按 +1鍵后為 1，再按 +1 鍵后為 0。主機(jī)的設(shè)計(jì)具體地說(shuō)有：（ 1）系統(tǒng)控制芯片的選擇（ 2）系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)；（ 3）系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)；（ 4）按鍵與按鈕電路 設(shè)計(jì)；（ 5）鬧鈴聲光指示電路設(shè)計(jì)。 AT89C2051 減少了兩個(gè)外部端口，因而芯片的外部引腳可以大大減少，芯片尺寸可以很小，其引腳配置如圖 32 所示。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。 P3 口：引腳 ～ 與 為 7 個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 引腳。 P3 口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào) [9]。要從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)AT89C2051，則 XTAL2 應(yīng)懸空，而 XTAL1 的驅(qū)動(dòng)如圖 34 所示。 ○ 1 待機(jī)方式（休眠方式） 當(dāng)利用軟件使待機(jī)方式位 ADL（ ） =0 時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入空閑方式。 當(dāng)待機(jī)方式由硬件復(fù)為終止時(shí)， CPU 要從休眠處恢復(fù)程序的執(zhí)行，執(zhí)行 2 的周期后，內(nèi)部 復(fù)位電路才起作用。 ○ 2 掉電方式 掉電方式由掉電方式位 PD()=1 攝制。 退出掉電方式的唯一方式是硬件復(fù)位。 如果不采用外部上拉， 和 應(yīng)置“ 0”，否則置“ 1”。 （ 7） 在線編程 AT89C2051 編程時(shí)需要利用 RST、 XTAL P1 口、 P3 口提供控制信號(hào)與加載編程數(shù)據(jù)，而這一 要求又常與用戶系統(tǒng)對(duì)這些引腳的要求或操作沖突。當(dāng) AT89C2051 正常工作時(shí)，選擇控制信號(hào)（ Selecg=0）控制所有的 74LS157 輸入 A 端與輸出 Y 接通，且 74LS2441 輸出有效，74LS2442 三態(tài)輸出，使得 AT89C2051 可以對(duì)用戶電路進(jìn)行控制操作；當(dāng) AT89C2051需要編程時(shí)，選擇控制信號(hào) (Select=1)控制所有的 74ALS157 輸入 B 端與輸出 Y 端接通，且 74LS2441 三態(tài)輸出， 74LS2442 輸出有效，使得 AT89C2051 可以接受編程電路的控制，實(shí)現(xiàn)編程操作。 測(cè)試儀器應(yīng)有足夠的精度，連線合理布置，將測(cè)試及外圍電路對(duì)晶振指標(biāo)的影響降至最低。中精度產(chǎn)品頻率穩(wěn)定度為 107~108，高精度產(chǎn)品頻率穩(wěn)定度在 109RST XTAL2 XTAL1 復(fù)位電路 輸入接口 輸入設(shè)備 輸出接口 輸出設(shè)備 AT89C2051 圖 35 在線編程示例 電氣工程及其自動(dòng)化 091 黃偉 540901020214 第 11 頁(yè) 量級(jí)以上。 晶體振蕩 器選擇參考標(biāo)準(zhǔn)： （ 1） 總頻差：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標(biāo)稱頻率的最大頻差。這種長(zhǎng)期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的，可用規(guī)定時(shí)限后 的最大變化率（如177。 （ 5） 頻率壓控范圍：將頻率控制電壓從基準(zhǔn)電壓調(diào)到規(guī)定的終點(diǎn)電壓，晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。但由于途中的 C C2 電 容起著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用，它對(duì)時(shí)鐘的正負(fù)走時(shí)誤差有很大影響。p 監(jiān)控電路和 RC 復(fù)位電路。P 監(jiān)控電路 專用 181。 RC 復(fù)位電路的實(shí)質(zhì)是一階充放電電路，如圖 37: 圖 37 RC 復(fù)位電路 系統(tǒng)上電時(shí)該電路提供有效的復(fù)位信號(hào) RST（高電平）直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào)（低電平）。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)， R1如果取值太小，例如 1ΚΩ,則會(huì)導(dǎo)致 RST信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力變差而無(wú)法使系統(tǒng)可靠復(fù)位。按鍵與按鈕電路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的就是按鍵去抖動(dòng)問(wèn)題（簡(jiǎn)稱“去抖”），一般由硬件去抖和軟件去抖兩種方式。關(guān)鍵元件是蜂鳴器。其中 PNV 小功率三極管 Q2 采用 9012，其最 大集電極電流為800mA,完全滿足蜂鳴器驅(qū)動(dòng)的需要。下圖 310 陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。假如我們將 b和 c段接上正電源，其它端接地或懸空，那么 b和 c段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“ 1”。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再 控制 LED，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU時(shí)間 ； 動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU時(shí)間多 。 CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于 COM端，而這一端由 I/O 控制的，可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。 （ 2） LED 的驅(qū)動(dòng)和顯示 單片機(jī)對(duì) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方法可以分為串行和并行兩種，分別適用于不同的使用場(chǎng)合，兩者的硬件電路和程序區(qū)別也 很大。 圖 311 LED 并行驅(qū)動(dòng)的電路原理 圖中顯示的是使用 8155 與 LED 顯示器的接口， 8155 的 PB0～ PB7 作為段選碼口，經(jīng)過(guò) 7407 驅(qū)動(dòng)與 LED 的段相連； 8155 的 PA0～ PA5 作為位選碼口，經(jīng)過(guò) 7406 驅(qū)動(dòng)與LED 的位相連。 電氣工程及其自動(dòng)化 091 黃偉 540901020214 第 16 頁(yè) 圖 312 本設(shè)計(jì) 采用 的串行口擴(kuò)展的四位 LED顯示電路 該顯示電路只使用單片機(jī)的三個(gè)端口 、 、 ，并配以四片串入并出移位寄存器 74LS164（ LED 驅(qū)動(dòng)）。 ? 4 片 74LS164 串級(jí)擴(kuò)展為 4 個(gè) 8 位并行輸出口，分別連接到 4 個(gè) LED 顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。串行輸 出時(shí) 口線為高電平，三極管截至， LM317的腳 1 約為 ，腳 2 輸出電壓便下降到 不足以使共陽(yáng)極 LED 發(fā)光，故此時(shí)串行輸入的影響不會(huì)反映到 LED 上。從圖中可以看出 ，該顯示電路采用了與一般的段電流電阻限流方式不同的顯示方式，由此減少了 88? 個(gè)限流電阻，簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)。但由于輸入輸出壓差至少為 ，因此極限電壓為 。 上 述分析表明，移位寄存器 74LS164 僅有串入左右沒(méi)有譯碼作用，因此，在編寫(xiě)顯示驅(qū)動(dòng)程序之前，首先需要計(jì)算列寫(xiě)出與本程序電路相應(yīng)的 LED段選碼 [3] ，然后由 2051的 口送入 74LS164 的串行輸入端， 再并行輸出到 LED 的段選端。有利用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校時(shí)，還有利用電視信號(hào)的校時(shí)系統(tǒng)、衛(wèi)星校時(shí)系統(tǒng)、低頻 （長(zhǎng)波）導(dǎo)航、授時(shí)信號(hào)系統(tǒng)、高頻（短波）時(shí)號(hào)廣播系統(tǒng)、利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)校時(shí)系統(tǒng)。但更高的精確度將使得設(shè)備很復(fù)雜。因此采用短波（ BPM）是一種既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)又能達(dá)到目的的方法。短波授時(shí)的基本方法是由無(wú)線電臺(tái)發(fā)播時(shí)間信號(hào)（簡(jiǎn)稱時(shí)號(hào)），用戶用無(wú)線電接收機(jī)接收時(shí)號(hào)，然后進(jìn)行本地對(duì)時(shí)。 國(guó)家授時(shí)中心 負(fù)責(zé)確定和保持的我國(guó)原子時(shí)系統(tǒng) TA(NTSC)和協(xié)調(diào)世界時(shí) UTC(NTSC)處于國(guó)際先進(jìn)水平，并代表我國(guó)參加國(guó)際原子時(shí)合作。 BPL 長(zhǎng)波授時(shí)系統(tǒng)的建立，將我國(guó)授電氣工程及其自動(dòng)化 091 黃偉 540901020214 第 19 頁(yè) 時(shí)精度由毫秒量級(jí)提高至微秒量級(jí)，使我國(guó)授時(shí)技術(shù)邁入世界先進(jìn)行列，該項(xiàng)目 1988年榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。當(dāng)然你也可以把秒針停在0秒上，但必須聽(tīng)到整點(diǎn)前半秒的提示音后就立刻按下去，但因?yàn)檫@個(gè)提示音太輕了，不容易掌握。這種方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且準(zhǔn)確度也不高，不能滿足要求。因?yàn)檩斎氲?BPM 信號(hào)是正弦信號(hào)有正負(fù)間的變化，單限比較器和滯回比較器在輸入電壓?jiǎn)我环较蜃兓瘯r(shí)，輸出電壓只變化一次，因此，在 此次設(shè)計(jì)中我們選擇由LM339組成的雙限比較器（窗口比較器）。 圖 313 窗口比較器 電氣工程及其自動(dòng)化 091 黃偉 540901020214 第 20 頁(yè) 圖 314 為 BPM 信號(hào)經(jīng)過(guò)窗口比較器后的波形。對(duì)于穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)要求： ○ 1 穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓 Usr(整流、濾波的輸出電壓 )在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸入電壓 Usc 的變電氣工程及其自動(dòng)化 091 黃偉 540901020214 第 21 頁(yè) sc srsc srUUS ???1%scscUU? ?n sr fzr U I? ??化應(yīng)該很小，滿足一般要求： (32) 當(dāng)輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)定系數(shù) S表示： (33) 注： S 的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。 (34) 輸出電阻 (又叫等效內(nèi)阻 )用 rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比： rn 反應(yīng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力， m越小，則 Ifz變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。 ○ 4 輸出電壓文波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中 50Hz 或者 100Hz 的交流分量，通常用有效值或者峰值表示。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟姟? 圖 316 帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路 ○ 2 輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源 從上面電路可以看到，輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系，是由分壓電路來(lái) “調(diào)配 ”的。解決這些矛盾的辦法，是給原有的調(diào)整管再配上一個(gè)或幾個(gè) “助手 ”，組成復(fù)合管。 保護(hù)電路的作用是保護(hù)碉整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀。考慮到本設(shè)計(jì)目標(biāo)電源交直流兩用的要求和三端穩(wěn)壓電路選用的方便（通常的系列為 5V， 6V%?），選擇工作電壓為 5V。在設(shè)計(jì)中，必須保證 7805 的 輸入電壓 Vi 和輸出電壓 Vo 的壓差大于 ，即 ViVo≥ ，否則失去穩(wěn)壓能力。 電氣工程及其自動(dòng)化 091 黃偉 540901020214 第 24 頁(yè) 第 4章 程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于秒信號(hào)的產(chǎn)生，顯示的實(shí)現(xiàn)及按鍵的處理等方面。例如，設(shè)定某定時(shí)器每 100ms 中斷 1 次，這 10 次的周期為 1s，這種實(shí)現(xiàn)法的特點(diǎn)是精度高，秒脈沖的發(fā)生和其他處理可以并行進(jìn)行。 主控模塊設(shè)計(jì) 主模塊是系統(tǒng)軟件的主框架。 N Y CPU 系統(tǒng)初始化 定時(shí)器 0 初始化 開(kāi)始 定時(shí)器 0 初始化 串口初始化 顯示待機(jī)指示符 設(shè)定鬧鈴時(shí)間 顯示刷新 設(shè)定鬧鈴？ 電氣工程及其自動(dòng)化 091 黃偉 540901020214 第 25 頁(yè) 圖 41 主模塊的程序框圖 基本現(xiàn)實(shí)模塊設(shè)計(jì) 基本現(xiàn)實(shí)模塊設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是有顯示代碼取得相應(yīng)的段碼，顯示段碼數(shù)據(jù)的串行發(fā)送 ,其程序流程如圖 42 所示。即只涉及兩個(gè)鍵完成了 8 位時(shí)間參數(shù)的設(shè)定。其實(shí)現(xiàn)流程如圖 44。其流程如圖 45： 鬧鈴功能的實(shí)現(xiàn) 鬧鈴功能的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到 兩個(gè)方面：鬧鈴時(shí)間設(shè)定和是否鬧鈴判別和處理。電路焊接好過(guò)后進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)試、定標(biāo)過(guò)后，系統(tǒng)便能正確、可靠的運(yùn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和指標(biāo)對(duì)照，若有不符，再修改，直到程序完全正確為止。將時(shí)鐘調(diào)至 12： 59： 00，一分鐘之后看其是否變化為 1：00： 00。 ○2 發(fā)光二極管不亮。 調(diào)試 結(jié)果 基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易有誤差，在穩(wěn)定性方面還有待改進(jìn)?？梢酝ㄟ^(guò)按鍵操作和數(shù)字顯示 。并且使數(shù)字鐘夠順利運(yùn)行，完成了預(yù)期的目標(biāo)。希望能夠在以后的不 斷深入學(xué)習(xí)中能夠彌補(bǔ)自己的不足之處