【文章內(nèi)容簡介】 型號的共陽極LED數(shù)碼管。這種穩(wěn)定的靜態(tài)顯示方式也省去了CPU的動(dòng)態(tài)掃描過程，此為本電路的又一特點(diǎn)。 校時(shí)電路設(shè)計(jì)目前，世界上應(yīng)用的校時(shí)系統(tǒng)有很多種。有利用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校時(shí)，還有利用電視信號的校時(shí)系統(tǒng)、衛(wèi)星校時(shí)系統(tǒng)、低頻（長波）導(dǎo)航、授時(shí)信號系統(tǒng)、高頻（短波）時(shí)號廣播系統(tǒng)、利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)校時(shí)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)采用的校準(zhǔn)信號是由國家授時(shí)中心提供的短波授時(shí)信號。該校時(shí)信號經(jīng)處理通過外中斷送予單片機(jī)。如果采用長波(BPL)校時(shí)，準(zhǔn)確度將會非常高。但更高的精確度將使得設(shè)備很復(fù)雜。例如接收機(jī)必須使用長波接收機(jī)，一般市面上售的都是中、短波收音機(jī)，長波收音機(jī)不但南購買到，而且費(fèi)用也非常高。不符合本設(shè)計(jì)的初衷。本設(shè)計(jì)的初衷是用簡單的設(shè)備，較低的費(fèi)用得到較高的時(shí)鐘精確度。因此采用短波（BPM）是一種既簡單經(jīng)濟(jì)又能達(dá)到目的的方法。 校時(shí)原理授時(shí)臺發(fā)播的授時(shí)信號為音頻信號，經(jīng)窗口比較器后得到穩(wěn)定的脈沖信號，此脈沖信號做為外部中斷校時(shí)信號送與單片機(jī)進(jìn)行時(shí)間較準(zhǔn)，然后送LED顯示時(shí)間。利用短波信號進(jìn)行時(shí)頻傳遞與校準(zhǔn)是一種廉價(jià)而方便的方法，對于要求同步偏差在1ms量級的用戶特別有利。同時(shí)對于某些高準(zhǔn)確度同步要求的用戶，作為粗（初）同步方法也是必不可少的。短波授時(shí)的基本方法是由無線電臺發(fā)播時(shí)間信號（簡稱時(shí)號），用戶用無線電接收機(jī)接收時(shí)號，然后進(jìn)行本地對時(shí)。我國目前有國家授時(shí)中心的BPM，上海天文臺的XSG（每天世界時(shí)3h，9h前后發(fā)播幾分鐘，主要為附近航海者服務(wù)）以及臺北的BSF（每天世界時(shí)1h至9h發(fā)播）。 國家授時(shí)中心國家授時(shí)中心（陜西天文臺）本部地處我國中部腹地——陜西臨潼，這里承擔(dān)著我國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生、保持任務(wù)，并采用多種手段與國際時(shí)間保持同步，同時(shí)這里擁有一支時(shí)頻領(lǐng)域的科研隊(duì)伍。授時(shí)臺位于陜西蒲城，主要有短波和長波專用無線電標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)播臺（代號分別為BPM和BPL）。　　國家授時(shí)中心負(fù)責(zé)確定和保持的我國原子時(shí)系統(tǒng)TA(NTSC)和協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(NTSC)處于國際先進(jìn)水平，并代表我國參加國際原子時(shí)合作。它是由一組高精度銫原子鐘通過精密比對和計(jì)算實(shí)現(xiàn)，并通過GPS共視比對、衛(wèi)星雙向法（TWSTFT）比對等手段與國際原子時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)相聯(lián)系，對國際原子時(shí)的保持做出貢獻(xiàn)，目前的穩(wěn)定度為1014，準(zhǔn)確度為1013?！　《滩ㄊ跁r(shí)臺（BPM）每天24小時(shí)連續(xù)不斷地以四種頻率（,5M,10M,15M,同時(shí)保證3頻率）交替發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，發(fā)播時(shí)間（北京時(shí)間）為每天8點(diǎn)~22點(diǎn)發(fā)播15MHz；每天22點(diǎn)~，10MHz。覆蓋半徑超過3000公里，授時(shí)精度為毫秒（千分之一秒）量級；長波授時(shí)臺（BPL）每天定時(shí)發(fā)播載頻為100KHz的高精度長波時(shí)頻信號，地波作用距離10002000公里，天地波結(jié)合，覆蓋全國陸地和近海海域，授時(shí)精度為微秒（百萬分之一秒）量級。BPL長波授時(shí)系統(tǒng)的建立，將我國授時(shí)精度由毫秒量級提高至微秒量級，使我國授時(shí)技術(shù)邁入世界先進(jìn)行列，該項(xiàng)目1988年榮獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。 日常生活中利用短波校時(shí)的方法在我們使用機(jī)械表進(jìn)行校時(shí)時(shí)，可以把表調(diào)到某整點(diǎn)的1處，如要對20點(diǎn)整，就撥到20：00：01，當(dāng)聽到女聲停了，整點(diǎn)聲音出現(xiàn)，你再停半秒按下（相當(dāng)于你張開嘴，再把上下兩排牙齒咬在一起的時(shí)間。）。這樣就對準(zhǔn)了。當(dāng)然你也可以把秒針停在0秒上，但必須聽到整點(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。 當(dāng)使用電子表進(jìn)行校時(shí)的時(shí)候，把表調(diào)到20：01：00，等待整點(diǎn)后的第一分鐘的最后一秒的到來，即20：00：59后停半秒，在提示音響的同時(shí)按下去。 如果你使用秒表，從00：00：00起，想做得完美有點(diǎn)難，這樣就要在20：59：00起的摩爾斯電碼時(shí)用另一只鐘或表，數(shù)著59下，再用上述方法停半秒按下。這些傳統(tǒng)的校時(shí)方法是利用眼睛觀察中央電視臺發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，或用耳朵聽中央人民廣播電臺的報(bào)時(shí)聲音，然后利用手動(dòng)按鍵來調(diào)整時(shí)鐘。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。另一種方法是采用純硬件的方法，但所需設(shè)備較多，花費(fèi)較大，也不可取。如果用軟硬件相結(jié)合的辦法，不僅可以節(jié)約成本，實(shí)行難度減小，而且精度和自動(dòng)化也得到提高。 窗口比較器電壓比較器可將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號，即輸出只有高電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號。因?yàn)檩斎氲腂PM信號是正弦信號有正負(fù)間的變化，單限比較器和滯回比較器在輸入電壓單一方向變化時(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）。當(dāng)UiUrh,且UiUrl時(shí)Uo=+Uom。當(dāng)UrlUiUrh時(shí) Uo=Uom。如圖313。圖313 窗口比較器圖314為BPM信號經(jīng)過窗口比較器后的波形。BPM發(fā)出的秒信號為正弦波1KHz調(diào)圖314 比較器輸入輸出波形制的10個(gè)周期，即秒信號長10ms,，通過修改10ms單元的數(shù)值來達(dá)到校時(shí)的目的，同時(shí)計(jì)數(shù)器對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，如果計(jì)數(shù)值到20后經(jīng)判斷無脈沖，則可知此信號為秒信號，然后在對秒單元值進(jìn)行校正。 校時(shí)電路電路圖圖315 校時(shí)電路電路圖 電源設(shè)計(jì)電源電路用來為控制電路和各外圍電路提供穩(wěn)定可靠的工作電源。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸入電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類指標(biāo)是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對于穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)要求： 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。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高?！? 輸出電阻小 負(fù)載變化時(shí)(從空載到滿載)，輸出電壓Usr，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。(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。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐。電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效的抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓的穩(wěn)定。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。經(jīng)過穩(wěn)壓左右，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S。穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。變壓器把市交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)過濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。典型的穩(wěn)壓電路主要有：帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化量△Usc 是很微弱的，它對調(diào)整管的控制作用也很弱，因此穩(wěn)壓效果不夠好，帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源，就是在電路中增加一個(gè)直流放大器，把微弱的輸出電壓變化量先加以放大,再去控制調(diào)整管，從而提高對調(diào)整管的控制作用，使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性能得到改善。圖316帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。圖316 帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路輸出電壓可調(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“調(diào)配”的。在基準(zhǔn)電壓一定的情況下，改變分壓比，就可以在一定范圍里改變輸出電壓。在R1與R2之間加接一個(gè)電位器，便可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源在穩(wěn)壓電源中，負(fù)載電流Ifz要流過調(diào)整管，輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管，這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面，調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù)，才能有效地提高穩(wěn)壓性能，但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。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。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源電路如圖317示。圖317 復(fù)合管做調(diào)整管穩(wěn)壓電源電路帶有保護(hù)電路的穩(wěn)壓電源在穩(wěn)壓電路中，要采取短路保護(hù)措施，才能保證安全可靠地工作。普通保險(xiǎn)絲熔斷較慢，用加保險(xiǎn)絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用，而必須加裝保護(hù)電路。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。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過某一致值時(shí)，使調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動(dòng)切斷電路電流。保護(hù)電路的形式很多。圖318二管保護(hù)電路圖318二管保護(hù)電路在本設(shè)計(jì)中，由于AT89C2051通常有12和24兩種型號，對應(yīng)的時(shí)鐘頻率分別為12MHz和24MHz，前者的工作電壓是2～6V，后者的工作電壓是4～6V。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。電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖319示。圖319 系統(tǒng)電源原理圖應(yīng)當(dāng)說明的是，盡管有很多型號的7805三端穩(wěn)壓集成芯片，但在實(shí)際應(yīng)用中，該最大輸出電流值往往取決于兩個(gè)方面：（1）足夠的散熱面積；（2）不同的生產(chǎn)廠家。其中，比較好的有ST公司的7805三端穩(wěn)壓塊，它能接近標(biāo)稱值。在設(shè)計(jì)中，即ViVo≥，否則失去穩(wěn)壓能力。同時(shí)考慮到功耗問題，此壓差又不易太大，太大則增加7805本身的功率消耗，增加芯片的溫升，不利于安全。因此，選用9V。當(dāng)交流電源失電或時(shí)效時(shí)，電壓為6V的直流電源（電池組或蓄電池）通過二極管投入工作，因此滿足系統(tǒng)的電源要求。第4章 程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于秒信號的產(chǎn)生，顯示的實(shí)現(xiàn)及按鍵的處理等方面?；谲浖拿朊}沖信號通常有延時(shí)法和定時(shí)中斷法。延時(shí)法一般采用查詢方式，在延時(shí)子程序前后必然需要查詢和處理的程序，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，因此其秒脈沖的產(chǎn)生，因此秒脈沖的精度不高。中斷法的原理是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器溢出中斷來實(shí)現(xiàn)。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。[10]本系統(tǒng)即采用這種方式，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是定時(shí)器的工作方式的選擇和定時(shí)參數(shù)的計(jì)算確定。具體內(nèi)容將在原程序中給于說明。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的晶振頻率為12MHz。NYCPU 系統(tǒng)初始化定時(shí)器0初始化開始定時(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？主模塊是系統(tǒng)軟件的主框架。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)一般有“自上而下”和“自下而上”兩種方式，“自上而下”法的核心就是主框架的構(gòu)建。它的合理與否關(guān)系到程序最終功能的多少和性能的好壞。本系統(tǒng)主模塊的程序框圖如圖41。 YNYNYN有關(guān)變量初始化刷新顯示秒指示鬧鈴延時(shí)判斷時(shí)和分變化？判1秒到否？是否到鬧鈴時(shí)間？啟動(dòng)走時(shí)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。其中，時(shí)個(gè)位、分個(gè)位、秒個(gè)位的段碼必須加上小數(shù)點(diǎn)，即帶小數(shù)點(diǎn)顯示時(shí)各位、分個(gè)位、秒個(gè)位，目的是以小數(shù)點(diǎn)符號代替時(shí)間分割符“:”，（一般的數(shù)碼管無法顯示字符“:”）。關(guān)顯示，以免顯示抖動(dòng)通過串口將時(shí)十位段碼送入對應(yīng)的74LS164 將十個(gè)位段碼送入對應(yīng)的74LS164（以小數(shù)點(diǎn)代替：）將分十位和個(gè)位段碼送入相應(yīng)的74LS164將百分秒十位和個(gè)位段碼送入相應(yīng)的74LS164打開顯示圖42 基本顯示模塊的程序流程圖開 始 當(dāng)前編輯位閃爍功能的實(shí)現(xiàn)當(dāng)前編輯位閃爍功能能使時(shí)間設(shè)定編輯模塊的人機(jī)環(huán)境更加友善，其實(shí)現(xiàn)的原理是：利用定時(shí)器1每100ms的溢出中斷，即閃爍。用程序框圖表示就是如圖43：閃爍標(biāo)志為真將顯示全滅段碼送顯示緩沖區(qū)將目前設(shè)定的時(shí)間參數(shù)送顯示調(diào)用基本顯示程序模塊圖43 當(dāng)前編輯位閃爍功能實(shí)現(xiàn)的程序流程圖 時(shí)間設(shè)定模塊設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)定模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是按鍵的去抖與“一鍵多態(tài)”的處理。即只涉及兩個(gè)鍵完成了8位時(shí)間參數(shù)的設(shè)定。軟件發(fā)去抖動(dòng)的實(shí)質(zhì)是軟件延時(shí)，即檢測到某一鍵狀態(tài)變化后延時(shí)一段時(shí)間，再檢測該按鍵的狀態(tài)是否還保持著，如果是，則作為按鍵處理，否則，視為抖動(dòng)，不予理睬。去抖的延時(shí)時(shí)間一般應(yīng)大于20ms，否則會導(dǎo)致按一次鍵做多次處理，影響程序正常執(zhí)行?！耙绘I多態(tài)”即多功能鍵的實(shí)現(xiàn)理想是，根據(jù)按鍵時(shí)刻YYNYN設(shè)置模塊初始化將在編參數(shù)送顯示緩沖區(qū)將當(dāng)前位的顯示代碼置暗代碼調(diào)基本顯示模塊刷新顯示當(dāng)前編輯位下移一位結(jié)束設(shè)定根據(jù)當(dāng)前位的性質(zhì)分別進(jìn)行+1處理(含上下限判斷)NYN返回N圖44 時(shí)間設(shè)定模塊流程圖閃爍標(biāo)志為真？嗎？+1鍵嗎？設(shè)置鍵？當(dāng)前的編輯是分個(gè)位嗎設(shè)置鍵的系統(tǒng)狀態(tài)，決定按鍵采取何種動(dòng)作，即何種功能。其實(shí)現(xiàn)流程如圖44。 脈沖發(fā)生器原理與走時(shí)處理軟件秒脈沖發(fā)生器的實(shí)質(zhì)是定時(shí)器T0的定時(shí)溢出中斷。此設(shè)計(jì)中由于校時(shí)秒信號為10ms，所以內(nèi)部電子鐘以10ms為最小計(jì)時(shí)單位，,用T1模式產(chǎn)生10ms定時(shí)，T1的初值為：T1的初值=216 10*12*106/12=60536=FC18HNYYNNYNY重裝定時(shí)時(shí)間常數(shù)中斷次數(shù)加1中斷返回秒變量+1中斷返回秒變量回00，分+1分變量回00，時(shí)+1鬧鈴判別鬧鈴判別時(shí)變