【正文】 候，把表調到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）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。本設計的初衷是用簡單的設備，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。 校時電路設計目前，世界上應用的校時系統(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)。增加了可調穩(wěn)壓器LM317的電路，其另一個特點是通過可調電位器P1在線調整腳2的輸出電壓，可使LED的顯示亮度均勻可調，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，待串行輸出結束后再打開鎖存器或三態(tài)門；也可以采用1片三端可調穩(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驅動）。這樣確定8155片內的4個端口地址。LED并行驅動的電路原理圖如圖311所示。并行驅動：在一般情況下，單片機使用并行驅動的方式進行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計鬧鈴指示可以由聲或光亮中形式，本系統(tǒng)設計中采用聲音指示。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 按鍵與按鈕電路設計按鍵與按鈕電路的設計參見系統(tǒng)原理圖中的SS2和S3對應部分。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，具有上電時可靠產生復位信號和電源電壓跌落到“門檻值”時可靠產生復位信號等功能[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容二極管及晶體參數(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，晶振的頻率穩(wěn)定度取決于其內部所用晶體的性能，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品。 在測試和使用時所供直流電源應沒有足以影響其準確度的紋波含量，交流電壓應無瞬變過程[12]。RSTXTAL2XTAL1復位電路輸入接口輸入設備輸出接口輸出設備AT89C2051圖35 在線編程示例 系統(tǒng)時鐘電路設計系統(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SW來選擇XTAL1的加載，產生選擇控制信號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RAM。當VCC=6V時，ICCmax=100μA；當VCC=3時，ICcmax=20μA。此時振蕩器停止工作，設置掉電方式的指令成為最后執(zhí)行的一條指令，片內RAM和特殊功能寄存器內容保持不變。如果不采用外部上拉，“1”。此時，硬件禁止訪問內部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)，而片內所有其它外圍設備都保持工作狀態(tài)，片內RAM和所有特殊功能寄存器內容保持不變。（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設備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號，因此利用AT89C2051構成的單片及應用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴展存儲器或I/O設備，也即AT89C2051本身即構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內核； 內部帶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驅動輸出 片內精確的模擬比較器； 片內振蕩器和時鐘電路； 低功耗的休眠和掉電模式；（2）AT89C2051內部結構及引腳描述 AT89C2051單片機的內部與8051單片機的內部結構基本一致，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計數(shù)字時鐘的主電路指的是圖1中框內部分，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)設計 電子時鐘硬件部分的設計應包括秒信號發(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 核構成的,所以它與MCS251 系列單片機是兼容的④AT89C2051為51內核，仿真調試軟硬件資源豐富；⑤性價比高，貨源充足；⑥DIP20封裝，體積小，便于產品小型化；⑦為E2PROM程序存儲介質，1000次以上擦/寫周期，便于變成調試；⑧具有IDLE和POWERDOWN兩種工作模式，便于進行低功耗設計；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V+ SCAK SC1M0 BP