可定时日历时钟.doc

可定时日历时钟南京邮电大学电子电路实验中心一、题目要求及方案设计题目要求用十进制数码显示年、月、日、时、分、秒（注：小时为24小时制式；年为20002099年可选）。可手动设置和调整年、月、日、时、分、秒。有自动定时提醒功能，每次可以在一天时间内18次定时，定时时间为时、分。当定时时间到时，发出声音或音乐，提醒用户，并显示是第几次定时时间到。设计一个自动核时电路，每天在北京时间8点整自动核准时钟一次。时钟精确度1ms/天，可以进一步提高时钟精确度。自行设计并制作满足本任务要求的电源，并设计制作不掉电电源。基于以上设计要求，制作时考虑了以下几种方案：（一）方案一 时钟芯片 分频电路 100进制计 数 器60进制计 数 器60进制计 数 器24进制计 数 器30进制计 数 器12进制计 数 器译码驱动编码译码驱动编码译码驱动编码译码驱动编码译码驱动编码译码驱动编码 图1 如图1，以时钟芯片的输出脉冲作为系统的时基信号，用计数器计数，通过设置不同的进制，分频为秒、分、时、日、月、年。然后通过数值转换，译码，编码，LED显示。通过数值比较器，来设置定时值。此方案直观，而且，通过外选时钟芯片，可以使即使精度很高。但由于硬件计数，计数进制不容易改变，所以，闰年月问题须进一步通过计数器、数值比较器，除法器等，来自动修改进制，但工作量浩繁。（二）方案二如图2，以单片机内的定时器为时基信号，通过软件计数，分频，数值转换，编、译码等功能，输出LED所需段码，经驱动电路，LED显示年、月、日、时间；同时定时、提醒、自动校核等功能也由微控制器完成。LED动态显示，节省了硬件工作量，提高了元器件的利用效率。但该方案因为时基信号实际源于单片机的晶振的输出脉冲，其计时精度也依赖于晶振工作频率的精度，难于满足计时误差1ms/天的要求。LED显示信号处理电路（带通滤波）微控制器软、硬件系统标准时间接收电路驱 动显示段码、位选 段码、位选 图 2（三）方案三 吸取方案一的长处，采用专用时钟MC146818，进一步提高了计时精度，避开了方案二的不足；功能强大的146818提供的日历，圆满地解决了闰年、闰月问题；微控制器只要向它发出指令，读取它的数据及响应中断。这样，计时与取指、运算、控制硬件分开，避免运算控制与计时的冲突，为提高时钟精度创造了条件。芯片146818计时的高精度，保证了系统时钟的高精度。采用LED动态显示，节省了驱动译码、编码电路，提高了硬件利用率。在自动核准方面，采用中断控制方式，最大限度地减少了时间自动核准的迟滞。数据、中断时钟发生电路微控制器软、硬件系统 时标信号接收电路 中断信号 段码、位选LED驱动、显示电路小键盘 定时提醒电路不掉电电源 图 3我们设计并制作了不掉电电源。平时电源为蓄电池充电，一旦断电，自动切换成蓄电池方式。较大容量的蓄电池使日历时钟在正常供电中断时，可以保证较长时间的可靠运行。综合上面的种种优点，选用（三）作为我们的制作方案。二、 硬件设计 （一）时钟与单片机系统电路：作品选用MOTOROLA公司生产的MC146818型CMOS实时时钟/日历芯片。该芯片可产生秒、分、时、星期、日、月及年等七个时标，程序能通过读写获得和修改这些时标，并能编程任意设定时间间隔为30.157s至1天的中断申请。该片提供100年日历，可为微控制器提供精确的时钟日历。 EPROM2764为系统的程序存储器，74LS373是地址锁存器，74LS138完成地址译码动能段，如图 4，Y1 为146818的片选信号。外中断INTT0，INT1和定时器T0接小键盘，完成各种设置各种参数。小键盘结构紧凑，功能齐全。P0口作地址数据总线，与MC146818交换数据，P1口LED显示的段码。硬件电路如图4， 74L138的Y1为146818的片选信号。（二）不掉电电源电路 设计日历时钟，保证它能长时间地可靠工作特别是在掉电的意外情况下，是非常必要的。因此，我们设计了三级保护电源。1 MC146818内部日历电池保护数据。2 我们在系统CPU上安装了3.6V的Ni-Gd电池（60 mA/h,GP608VX）。单片机置有加电功能，Vcc掉电时，RAM提供了备用电源。这样保证在所有外加电源都掉电时，时钟/日历芯片MC146818虽然没有数据输出，但仍然在正常计时，在外电源恢复时，输出当时的时钟/日历信号，而不是掉电前的或随机的时钟/日历信号。3 我们制作了小型开关电源（5V/2.5A）给CPU板与LED驱动、显示板供电；配备了大容量备用蓄电池；制作了串联稳压电源（12V/1A）为蓄电池供电；各部分联结关系如图5，一旦掉电，则D3截止D2导通，蓄电池经过稳压为系统供电，同时D1截止，12V稳压电源被隔离。当供电恢复正常时，自动切换成开关电源供电方式。二极管D1的另一功能是：蓄电池充满电时，D1两端差压减少，自动截止，防止对蓄电池过度供电。图5此电源电路各种情况下的供电方式的相互切换，全由对称性优良的大功率整流二极管9249B745的自动截止、导通完成。省去了常规电路掉电切换所用的电压比较电路，继电器及继电器驱动电路，简洁，可靠，高效，构思巧妙。 （三）时间/日历显示电路 系统LED动态显示方式，显示日历/时间。单片机P1口给出段码，MC1413驱动，经达林顿管2010扩流后，LED（共13位）的阴极。而位选信号由单片机的串行口送出，经移位寄存器74LS164送出，经驱动电路接LED的阳极。该驱动电路负载能力强，若单独供电，可以驱动大功率数码管。（四）时钟自动校准电路 如图7及图1所示，电台的报时信号，频率为8001600Hz，其中最后一响的频率为1600Hz，是整点报时时间的标志。系统用小型收音机接收电台信号，由单音检测集成电路LM567及外围电路为单片机提供自动校核中断信号（经过调校，使LM567电路只在接收到1600Hz的信号时有输出）。为了防止电路接收其他1600Hz的信号而误动作，系统经过软件设计，使这个中断信号只在每天的7595080010时间段内有作用。（五）自动提醒电路 每到预定时刻，单片机令Y3输出低电平信号，经1413驱动继电器，使音乐集成电路的供电电源闭合，发出动听的音乐声提醒您定时时间到，同时，板面上的定时计数数位显示这是第几次定时。（六）抗干扰措施 由开关电源在正常情况下为系统供电，保证了单片机及时钟电路MC146818稳定可靠地工作，电源与系统板分别安置在不同的箱内，有效避免了交流干扰。用电动势较高的电池经稳压后再供电，避免了电池电动势变化对系统的影响。电源用金属盒封装，电磁屏蔽。我们把接收单音检测电路的时间设定在800前后的20s以内，杜绝了因为检测到另外的1600Hz信号而使系统误动作的可能，这是软件抗干扰措施。三、 系统软件设计 本系统是采用以MC-51单片机为核心的单片机最小系统来实现系统的 图 9全部功能，系统软件框图如图9。 四、系统安装调试硬件就绪后，我们经过了比较精心的调试，几次修改软件，终于成功完成各项指标。通过调试，我们可以得到如下结论：我们的系统完全满足设计要求，计时误差1ms/天，每天8次的定时功能也完全可以胜任，由单音检测集成电路输出信号使系统自动校核时间为800，定时提醒声音动听，显示次数直观，不掉电电源性能优良。五、系统外观设计和使用方法简介1 外观设计系统用两个电器箱包装。其中计时，控制与显示部分的板面如图11。右下为小键盘，三个键的功能依次为设置、移位和数值修改。 电源部分的板面上有输出电压表头指示。 图102 操作方法简介 图11. 指示板面示意图 日历板面见图11。可以连续按“设置”键进行时间调整、定时闹铃等设定。（1）当“0”闪烁时可以对日历和时钟进行修正，用数值修改键进行数值调整。（2）当“1”闪烁时，修改第一次闹铃时间。此时按移位键可以对日历及时钟进行修正，用数值修改键进行数值调整。 （3）当“2”“3”“4”“5”“6”“7”“8”闪烁时可以分别设置第2，3，4，5，6，7，8次闹铃时间，操作同（2）。（4）当“9”闪烁时可进行自动校准时间设定，如设为800，则每天北京时间800整时钟自动进行时间校正。六、结束语 经过为期四天的设计，我们努力完成了自己