单片机智能数字钟

2016-06-03徐鑫

中国新通信 2016年8期

徐鑫

【摘要】本电路以采用Atmega16单片机作为整个电路的控制核心，其硬件电路由其按键模块、显示模块、GPS导航定位模块以及电源模块组成。电路中使用了23个数码管作为单片机数字时钟显示部分。它不仅具有对年、月、日、时、分、秒、周日、阴历进行计时的功能，而且还具有温度快速采集、时间脉宽校准、公历与阴历的相互关联、GPS授时时间同步、闰年补偿等多种功能，同时具有日期和时间的可调整功能。用计数器中断程序作为了一秒钟的精确计数，并用按钮实现了万年历的校对。

【关键词】单片机 DS1302 DS18B20 GPS授时同步时间

一、课题的研究背景

单片机智能数字钟在于提供一种崭新的智能数字钟。与标准时间相比具有校准精度高，走时准确度也高，布线容易，而且价格也便宜。现在它已变成一种应用非常广泛的计时工具，特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用。利用LED数码管显示的日历钟具有价格低廉、安装方便、显示清晰直观、走时准确等特点，还可以进行夜视，并且还可以扩展多种功能。此外，我们设想了使用GPS全球定位系统的授时同步时间的功能实现钟表自动调时校准，但是由于GPS授时同步时间系统的价格偏高，所以使用其对钟表进行自动调时还具有一定的局限性，并不能广泛投入使用。

二、产品性能

1、基本性能。①具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能；②时间与阴、阳历能够自动关联；③具有温度计功能； ④具备年、月、日、星期、时、分的校准功能。

2、创新性能。① 具有GPS导航定位功能；②用内嵌实时时钟的安全芯片校准其实时时钟。

三、系统硬件设计概述

本电路是由Atmega16单片机作为主控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由DS1302提供，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，并具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的采集由DS18B20构成；显示部份由23个数码管，74LS138、74l54译码器构成。使用动态扫描显示方式对数字的显示。

四、部分电路设计

4.1温度模块设计

采用数字式温度传感器DS18B20作为温度采集信号，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接简单等特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用PA0与DS18B20的I/O口连接，需在电源端与I/O数据口加一个4.7K的上拉电阻。Vcc接+5V电源，Vss为接地端。

4.2 GPS模块的设计思路

全球卫星定位（GPS）由位于海拔11，625英里轨道的一组卫星组成，每个卫星配备了最多四个原子时钟。GPS接收器接收到的时间信息经过运算可以获得精确的时间信息。

GPS信号接收模块接收多颗GPS卫星发送的频率为1575.42Mhz的UTC信号，经处理输出NMEA0183格式或其它标准的信息。微处理单元（MCU）对上述信息进行后续处理，并换算成北京时间等信息后送液晶显示，并按照一定格式和方式经接口电路输出。一旦短时间发生GPS不同步时，系统将自动进行精确的时钟守时。

4.3显示模块的设计

采用动态扫描显示，由23个数码管，3-8译码器74LS138接的A、B端接单片机PC0、PC1，C端接电源端。使能端为低电平有效，4-16译码器74154的A、B、C、D分别接PC口的0～3端。其输出端接到共阴数码管位选段端作为选通位码。