【正文】 眼睛觀察中央電視臺發(fā)布的標準時間，或用耳朵聽中央人民廣播電臺的報時聲音，然后利用手動按鍵來調(diào)整時鐘。 當使用電子表進行校時的時候，把表調(diào)到20：01：00，等待整點后的第一分鐘的最后一秒的到來，即20：00：59后停半秒，在提示音響的同時按下去。這樣就對準了。 日常生活中利用短波校時的方法在我們使用機械表進行校時時，可以把表調(diào)到某整點的1處，如要對20點整，就撥到20：00：01，當聽到女聲停了，整點聲音出現(xiàn)，你再停半秒按下（相當于你張開嘴，再把上下兩排牙齒咬在一起的時間。覆蓋半徑超過3000公里，授時精度為毫秒（千分之一秒）量級；長波授時臺（BPL）每天定時發(fā)播載頻為100KHz的高精度長波時頻信號，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，授時精度為微秒（百萬分之一秒）量級。它是由一組高精度銫原子鐘通過精密比對和計算實現(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間標準相聯(lián)系，對國際原子時的保持做出貢獻，目前的穩(wěn)定度為1014，準確度為1013。授時臺位于陜西蒲城，主要有短波和長波專用無線電標準時間標準頻率發(fā)播臺（代號分別為BPM和BPL）。我國目前有國家授時中心的BPM，上海天文臺的XSG（每天世界時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1h至9h發(fā)播）。同時對于某些高準確度同步要求的用戶，作為粗（初）同步方法也是必不可少的。 校時原理授時臺發(fā)播的授時信號為音頻信號，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信號送與單片機進行時間較準，然后送LED顯示時間。本設(shè)計的初衷是用簡單的設(shè)備，較低的費用得到較高的時鐘精確度。例如接收機必須使用長波接收機，一般市面上售的都是中、短波收音機，長波收音機不但南購買到，而且費用也非常高。如果采用長波(BPL)校時，準確度將會非常高。 本設(shè)計采用的校準信號是由國家授時中心提供的短波授時信號。 校時電路設(shè)計目前，世界上應(yīng)用的校時系統(tǒng)有很多種。需要指出的是，本電路采用TOS28106BHK型號的共陽極LED數(shù)碼管。詳細電路圖見附錄2。圖15中只畫出了一個數(shù)碼管的連接。此電壓采用三端可調(diào)穩(wěn)壓電路W1(LM317)來實現(xiàn)。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，由此減少了個限流電阻，簡化了硬件系統(tǒng)。增加了可調(diào)穩(wěn)壓器LM317的電路，其另一個特點是通過可調(diào)電位器P1在線調(diào)整腳2的輸出電壓，可使LED的顯示亮度均勻可調(diào)，而且省掉了大量的限流電阻。三極管截至，故此時串行輸入的影響不會反映到LED上?？梢圆捎玫淖龇ㄊ窃?4LS164的輸出端加接4片鎖存器或三態(tài)門，使移位寄存器串行輸入數(shù)據(jù)時其輸出端的變化不反映到LED上，待串行輸出結(jié)束后再打開鎖存器或三態(tài)門；也可以采用1片三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317即解決此問題。l 4片74LS164串級擴展為4個8位并行輸出口，分別連接到4個LED顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。其中74LS164的引腳Q0～Q7為8位并行輸出端；引腳A、B為串行輸入端；引腳CLK為時鐘脈沖輸入端，在CLK脈沖的上升沿作用下實現(xiàn)移位，在CLK=0、清除端MR=1時，74LS164保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)；MR=0時，74LS164輸出清零。圖312本設(shè)計采用的串行口擴展的四位LED顯示電路、并配以四片串入并出移位寄存器74LS164（LED驅(qū)動）。這樣確定8155片內(nèi)的4個端口地址。LED并行驅(qū)動的電路原理圖如圖311所示。并行驅(qū)動：在一般情況下，單片機使用并行驅(qū)動的方式進行LED的顯示。靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的硬件較多，但是編程相對于動態(tài)顯示比較簡單，本設(shè)計采用的是靜態(tài)顯示方案。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。其接口電路是把所有的LED顯示器的8個筆畫段A～G、DP的同名端連在一起，而每一個數(shù)碼管的公共端COM是各自獨立地受I/O線控制。這兩種顯示方式各有利弊：動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時間較多，但是用的硬件少，能節(jié)省線路板的空間。用單片機驅(qū)動LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。而將a、b、d、e和g段都接上正電源，其它引腳懸空，此時數(shù)碼管將顯示“2”。當然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。圖310 數(shù)碼管電路將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外 ，編程方法也是不同的。適當調(diào)節(jié)基極電阻可改變蜂鳴器的發(fā)聲功率（即響度）。其電路設(shè)計見電路原理圖。蜂鳴器有無源和有源兩種，前者屬要輸入聲音頻率信號才能正常發(fā)聲，后者則只需外加適當直流電源電壓即可；元件內(nèi)部已經(jīng)封裝了音頻振蕩電路，在得電狀態(tài)下即起振發(fā)聲。 鬧鈴聲光指示電路設(shè)計鬧鈴指示可以由聲或光亮中形式，本系統(tǒng)設(shè)計中采用聲音指示。硬件去抖可以采用分立元件或觸發(fā)器實現(xiàn)，目前市場上也有硬件去抖專用接口芯片，例如：MAXIM公司MAX6816～6818，均為單電源供電，～，分別為單輸入、雙輸入和八輸入，輸出端具有欠壓鎖定功能[19]。圖38 加二極管前后的復位信號特性對比 按鍵與按鈕電路設(shè)計按鍵與按鈕電路的設(shè)計參見系統(tǒng)原理圖中的SS2和S3對應(yīng)部分。另外，從圖38所示的復位信號波形圖可以明顯看出，續(xù)流二極管對于改善復位性能，起到了重要作用。F以上，R1通常取值10ΚΩ左右。從理論上說，51系列單片機復位引腳只要外兩個機器周期的有效信號即可復位，即只要保證t=RC2M（機器周期）便可。（2） RC復位電路本系統(tǒng)采用的是RC復位方式。P監(jiān)控電路有稱為電源監(jiān)視電路，具有上電時可靠產(chǎn)生復位信號和電源電壓跌落到“門檻值”時可靠產(chǎn)生復位信號等功能[17]。（1） 專用181。前者電路實現(xiàn)簡單，成本低，但復位可靠性相對較低；后者成本較高，但復位可靠性高，尤其是高可靠重復復位。復位電路的實現(xiàn)通常有兩種形式：即專用181。因此，在本系統(tǒng)的實際應(yīng)用中特別注意了電容參數(shù)的選擇（），并盡量保證電路的對稱性（盡可能匹配），選用正派廠家生產(chǎn)的瓷片或云母電容，條件允許的話溫度系數(shù)要盡可能低。對于實踐要求不是很高的系統(tǒng)，圖中電路設(shè)計就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運行。（6） 頻率壓控線性：與理想（直線）函數(shù)相比的輸出頻率輸入控制電壓傳輸特性的一種量度，它以百分數(shù)表示整個范圍頻偏的可容許非線性度[7]。5ppm/（十年））來表示。10ppb/天，加電72小時后），或規(guī)定的時限內(nèi)最大的總頻率變化（如：177。（4） 頻率老化率：在恒定的環(huán)境條件下測量振蕩器頻率時，振蕩器頻率和時間之間的關(guān)系。（2） 溫度穩(wěn)定度：在標稱電源和負載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準溫度或帶隱含基準溫度的最大允許頻偏。壓控晶振的頻率控制范圍及線性度主要取決于電路所用變?nèi)荻O管及晶體參數(shù)兩者的組合。主要用作頻率源或標準信號。（3） 恒溫晶振（OCXO）：采用精密控溫，使電路元件及晶體工作在晶體的零溫度系數(shù)點的溫度上。（1） 普通晶振（PXO）：是一種沒有采取溫度補償措施的晶體振蕩器，在整個溫度范圍內(nèi)，晶振的頻率穩(wěn)定度取決于其內(nèi)部所用晶體的性能，頻率穩(wěn)定度在105量級，一般用于普通場所作為本振源或中間信號，是晶振中最廉價的產(chǎn)品。 在測試和使用時所供直流電源應(yīng)沒有足以影響其準確度的紋波含量，交流電壓應(yīng)無瞬變過程[12]。RSTXTAL2XTAL1復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 系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計系統(tǒng)利用晶體振蕩器作為時鐘電路，根據(jù)晶振的不同使用要求及特點，通常分為以下幾類：普通晶振、溫補晶振、壓控晶振、溫控晶振等。利用微動開關(guān)SW來選擇XTAL1的加載，產(chǎn)生選擇控制信號Select，其它線路的切換用2選1器件74LS157與三態(tài)緩沖器74LS244實現(xiàn)。因此，在線編程不能直接在用戶工作電路中進行，而要通過特殊電路處理才能實現(xiàn)。[11]RST上出現(xiàn)12V（編程電源VPP）高壓時，預示著1字節(jié)的編程操作開始，這時P3口提供編程所需的控制與狀態(tài)信號，P1口為數(shù)據(jù)通道。（6） 閃速存儲器的編程AT89C2051單片機內(nèi)部有2KB的閃速存儲器陣列，一片新的AT89C2051，其存儲陣列處于擦除狀態(tài)（FFH），此時可對其編程，存儲陣列一次編程1字節(jié)，若編程任何非空字節(jié)時，需對整個存儲陣列進行片擦除[10]。在VCC沒有恢復得到正常工作電壓之前，不應(yīng)進行復位。硬件復位將重新定義特殊功能寄存器，但不影響片內(nèi)RAM。當VCC=6V時，ICCmax=100μA；當VCC=3時，ICcmax=20μA。此時振蕩器停止工作，設(shè)置掉電方式的指令成為最后執(zhí)行的一條指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。如果不采用外部上拉，“1”。此時，硬件禁止訪問內(nèi)部RAM，但允許訪問端口引腳。中斷或硬件復位可以終止待機方式。此時，CPU處于休眠狀態(tài)，而片內(nèi)所有其它外圍設(shè)備都保持工作狀態(tài)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。（5）低功耗工作模式AT89C2051優(yōu)良中低功耗工作模式：待機方式與掉電方式。由于輸入到內(nèi)部時鐘電路經(jīng)過一個二分頻觸發(fā)器，故不需要對外部時鐘信號的工作周期提出特殊要求，但它必須遵守最小和最大電壓高低電平的時間規(guī)范。可采用石英晶體或陶瓷振蕩器組成振蕩器。表31 P3口引腳的特殊功能P3口引腳特殊功能 RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時器0外部輸入）T1（定時器1外部輸入）從上述引腳說明看出，AT89C2051沒有提供外部擴展存儲器與I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號，因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片及應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴展存儲器或I/O設(shè)備，也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小的單片機系統(tǒng)。P3口也可用作特殊功能口，其功能見表31。不能作為通用I/O引腳訪問。在閃速編程和編程校驗期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。P1口：8位雙向I/O口，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1）[8]。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。圖32 AT89c2051引腳配置它是一個有20個引腳排列直插式的芯片，其引腳描述如下：VCC：電源電壓；GND：接地；RST：復位輸入。（1）AT89C2051主要性能：AT89C2051是Atmel公司生產(chǎn)的戴2KB閃速可編程可擦除只讀存儲器（PEROM）的8位單片機，它具有如下主要特征： AT89C2051為51內(nèi)核； 內(nèi)部帶2KB可編程閃速存儲器（E2PROM），壽命為1000次擦/寫循環(huán)，據(jù)保留時間為10年； DIP20封裝，體積小 ～6V； 全靜態(tài)工作頻率為0Hz～24Hz； 兩極程序存儲器鎖定； 位內(nèi)部RAM； 15條可編程I/O線；、 2個16位定時器/計數(shù)器； 5個兩級終端源； 可編程全雙工串行UART通道； 直接對LED驅(qū)動輸出 片內(nèi)精確的模擬比較器； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 低功耗的休眠和掉電模式；（2）AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳描述 AT89C2051單片機的內(nèi)部與8051單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，區(qū)別只是增加了一個模擬比較器[7]，減少了兩個對外的端口（P0、P2口），輸出端口PP3有獨特的功能。 系統(tǒng)控制芯片CPU（AT89C2051）的選擇AT89C系列單片機是Atmel公司1993年開始研制生產(chǎn)的，優(yōu)越的性能價格比使其成為頗受歡迎的8位單片機。CPU按鍵電路復位等輔助電路電源系統(tǒng)數(shù)碼管顯示電路鬧鈴聲光指示電路 圖31 數(shù)字鐘的系統(tǒng)框架 數(shù)字時鐘的主機電路設(shè)計數(shù)字時鐘的主電路指的是圖1中框內(nèi)部分，主要涉及到微處理器電路和按鍵縣按鈕電路。第3章 數(shù)字鐘的硬件系統(tǒng)設(shè)計 電子時鐘硬件部分的設(shè)計應(yīng)包括秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電路，以及鬧鈴指示電路等幾部分。（2）+1鍵，用于對當前設(shè)定位（編輯位）進行加1操作，根據(jù)12/24小時工作模式和正在編輯的當前位的含義（時十位、時各位、分十位、分個位）自動進行 數(shù)據(jù)的上限和下限判斷。數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、價格便宜等優(yōu)點，而且市場上也有專門的時鐘顯示組合數(shù)碼管。對于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且也經(jīng)顯示作為一種被動顯示，可視性相對較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），一般多采用并行機接口，對于微處理器的接口要求較高，占用資源多。③由于它是以8031 核構(gòu)成的,所以它與MCS251 系列單片機是兼容的④AT89C2051為51內(nèi)核，仿真調(diào)試軟硬件資源豐富；⑤性價比高，貨源充足；⑥D(zhuǎn)IP20封裝，體積小，便于產(chǎn)品小型化；⑦為E2PROM程序存儲介質(zhì)，1000次以上擦/寫周期，便于變成調(diào)試；⑧具有IDLE和POWERDOWN兩種工作模式，便于進行低功耗設(shè)計；⑨工作電壓范圍寬：～6V，便于交直流供電[5]。同時在系統(tǒng)工作過程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息。 方案的確定可以從以下幾個方面來確定電子鬧鐘的設(shè)計方案。而且，微處理系統(tǒng)具有時鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時鐘并借助微處理器的定時/計數(shù)器功能可以實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。 12348765圖22 5512F引腳圖