單片機(jī)智能數(shù)字鐘

徐鑫

【摘要】 本電路以采用Atmega16單片機(jī)作為整個電路的控制核心，其硬件電路由其按鍵模塊、顯示模塊、GPS導(dǎo)航定位模塊以及電源模塊組成。電路中使用了23個數(shù)碼管作為單片機(jī)數(shù)字時鐘顯示部分。它不僅具有對年、月、日、時、分、秒、周日、陰歷進(jìn)行計時的功能，而且還具有溫度快速采集、時間脈寬校準(zhǔn)、公歷與陰歷的相互關(guān)聯(lián)、GPS授時時間同步、閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，同時具有日期和時間的可調(diào)整功能。用計數(shù)器中斷程序作為了一秒鐘的精確計數(shù)，并用按鈕實現(xiàn)了萬年歷的校對。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) DS1302 DS18B20 GPS授時同步時間

一、課題的研究背景

單片機(jī)智能數(shù)字鐘在于提供一種嶄新的智能數(shù)字鐘。與標(biāo)準(zhǔn)時間相比具有校準(zhǔn)精度高，走時準(zhǔn)確度也高，布線容易，而且價格也便宜?，F(xiàn)在它已變成一種應(yīng)用非常廣泛的計時工具，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使用。利用LED數(shù)碼管顯示的日歷鐘具有價格低廉、安裝方便、顯示清晰直觀、走時準(zhǔn)確等特點，還可以進(jìn)行夜視，并且還可以擴(kuò)展多種功能。此外，我們設(shè)想了使用GPS全球定位系統(tǒng)的授時同步時間的功能實現(xiàn)鐘表自動調(diào)時校準(zhǔn)，但是由于GPS授時同步時間系統(tǒng)的價格偏高，所以使用其對鐘表進(jìn)行自動調(diào)時還具有一定的局限性，并不能廣泛投入使用。

二、產(chǎn)品性能

1、基本性能。①具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；②時間與陰、陽歷能夠自動關(guān)聯(lián)；③具有溫度計功能； ④具備年、月、日、星期、時、分的校準(zhǔn)功能。

2、創(chuàng)新性能。① 具有GPS導(dǎo)航定位功能；②用內(nèi)嵌實時時鐘的安全芯片校準(zhǔn)其實時時鐘。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計概述

本電路是由Atmega16單片機(jī)作為主控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，并具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由DS18B20構(gòu)成；顯示部份由23個數(shù)碼管，74LS138、74l54譯碼器構(gòu)成。使用動態(tài)掃描顯示方式對數(shù)字的顯示。

四、部分電路設(shè)計

4.1溫度模塊設(shè)計

采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20作為溫度采集信號，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單等特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用PA0與DS18B20的I/O口連接，需在電源端與I/O數(shù)據(jù)口加一個4.7K的上拉電阻。Vcc接+5V電源，Vss為接地端。

4.2 GPS模塊的設(shè)計思路

全球衛(wèi)星定位（GPS）由位于海拔11，625英里軌道的一組衛(wèi)星組成，每個衛(wèi)星配備了最多四個原子時鐘。GPS接收器接收到的時間信息經(jīng)過運(yùn)算可以獲得精確的時間信息。

GPS信號接收模塊接收多顆GPS衛(wèi)星發(fā)送的頻率為1575.42Mhz的UTC信號，經(jīng)處理輸出NMEA0183格式或其它標(biāo)準(zhǔn)的信息。微處理單元（MCU）對上述信息進(jìn)行后續(xù)處理，并換算成北京時間等信息后送液晶顯示，并按照一定格式和方式經(jīng)接口電路輸出。一旦短時間發(fā)生GPS不同步時，系統(tǒng)將自動進(jìn)行精確的時鐘守時。

4.3顯示模塊的設(shè)計

采用動態(tài)掃描顯示，由23個數(shù)碼管，3-8譯碼器74LS138接的A、B端接單片機(jī)PC0、PC1，C端接電源端。使能端為低電平有效，4-16譯碼器74154的A、B、C、D分別接PC口的0～3端。其輸出端接到共陰數(shù)碼管位選段端作為選通位碼。

五、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

綜上所述此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。