徐鑫

【摘要】 本電路以采用Atmega16單片機(jī)作為整個(gè)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(gè)數(shù)碼管作為單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘顯示部分。它不僅具有對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒、周日、陰歷進(jìn)行計(jì)時(shí)的功能，而且還具有溫度快速采集、時(shí)間脈寬校準(zhǔn)、公歷與陰歷的相互關(guān)聯(lián)、GPS授時(shí)時(shí)間同步、閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，同時(shí)具有日期和時(shí)間的可調(diào)整功能。用計(jì)數(shù)器中斷程序作為了一秒鐘的精確計(jì)數(shù)，并用按鈕實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)年歷的校對(duì)。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) DS1302 DS18B20 GPS授時(shí)同步時(shí)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(shí)間相比具有校準(zhǔn)精度高，走時(shí)準(zhǔn)確度也高，布線容易，而且價(jià)格也便宜。現(xiàn)在它已變成一種應(yīng)用非常廣泛的計(jì)時(shí)工具，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車站和廣場(chǎng)等使用。利用LED數(shù)碼管顯示的日歷鐘具有價(jià)格低廉、安裝方便、顯示清晰直觀、走時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)，還可以進(jìn)行夜視，并且還可以擴(kuò)展多種功能。此外，我們?cè)O(shè)想了使用GPS全球定位系統(tǒng)的授時(shí)同步時(shí)間的功能實(shí)現(xiàn)鐘表自動(dòng)調(diào)時(shí)校準(zhǔn)，但是由于GPS授時(shí)同步時(shí)間系統(tǒng)的價(jià)格偏高，所以使用其對(duì)鐘表進(jìn)行自動(dòng)調(diào)時(shí)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(shí)、分、秒等功能；②時(shí)間與陰、陽(yáng)歷能夠自動(dòng)關(guān)聯(lián)；③具有溫度計(jì)功能； ④具備年、月、日、星期、時(shí)、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(shí)時(shí)時(shí)鐘的安全芯片校準(zhǔn)其實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(shí)鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，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(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能；溫度的采集由DS18B20構(gòu)成；顯示部份由23個(gè)數(shù)碼管，74LS138、74l54譯碼器構(gòu)成。使用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式對(duì)數(shù)字的顯示。

四、部分電路設(shè)計(jì)

4.1溫度模塊設(shè)計(jì)

采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20作為溫度采集信號(hào)，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測(cè)量精度高，電路連接簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，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(gè)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(jì)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(gè)衛(wèi)星配備了最多四個(gè)原子時(shí)鐘。GPS接收器接收到的時(shí)間信息經(jīng)過(guò)運(yùn)算可以獲得精確的時(shí)間信息。

GPS信號(hào)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(hào)，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(duì)上述信息進(jìn)行后續(xù)處理，并換算成北京時(shí)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(shí)間發(fā)生GPS不同步時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行精確的時(shí)鐘守時(shí)。

4.3顯示模塊的設(shè)計(jì)

采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，由23個(gè)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(jì)

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