單片機智能數字鐘

徐鑫

【摘要】 本電路以采用Atmega16單片機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導航定位模塊以及電源模塊組成。電路中使用了23個數碼管作為單片機數字時鐘顯示部分。它不僅具有對年、月、日、時、分、秒、周日、陰歷進行計時的功能，而且還具有溫度快速采集、時間脈寬校準、公歷與陰歷的相互關聯、GPS授時時間同步、閏年補償等多種功能，同時具有日期和時間的可調整功能。用計數器中斷程序作為了一秒鐘的精確計數，并用按鈕實現了萬年歷的校對。

【關鍵詞】 單片機 DS1302 DS18B20 GPS授時同步時間

一、課題的研究背景

單片機智能數字鐘在于提供一種嶄新的智能數字鐘。與標準時間相比具有校準精度高，走時準確度也高，布線容易，而且價格也便宜。現在它已變成一種應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、走時準確等特點，還可以進行夜視，并且還可以擴展多種功能。此外，我們設想了使用GPS全球定位系統的授時同步時間的功能實現鐘表自動調時校準，但是由于GPS授時同步時間系統的價格偏高，所以使用其對鐘表進行自動調時還具有一定的局限性，并不能廣泛投入使用。

二、產品性能

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

2、創新性能。① 具有GPS導航定位功能；②用內嵌實時時鐘的安全芯片校準其實時時鐘。

三、系統硬件設計概述

本電路是由Atmega16單片機作為主控制核心，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、秒進行計時，并具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。可產生年、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構成；顯示部份由23個數碼管，74LS138、74l54譯碼器構成。使用動態掃描顯示方式對數字的顯示。

四、部分電路設計

4.1溫度模塊設計

采用數字式溫度傳感器DS18B20作為溫度采集信號，它是數字式溫度傳感器，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據線進行數據傳輸，使用PA0與DS18B20的I/O口連接，需在電源端與I/O數據口加一個4.7K的上拉電阻。Vcc接+5V電源，Vss為接地端。

4.2 GPS模塊的設計思路

全球衛星定位（GPS）由位于海拔11，625英里軌道的一組衛星組成，每個衛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過運算可以獲得精確的時間信息。

GPS信號接收模塊接收多顆GPS衛星發送的頻率為1575.42Mhz的UTC信號，經處理輸出NMEA0183格式或其它標準的信息。微處理單元（MCU）對上述信息進行后續處理，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接口電路輸出。一旦短時間發生GPS不同步時，系統將自動進行精確的時鐘守時。

4.3顯示模塊的設計

采用動態掃描顯示，由23個數碼管，3-8譯碼器74LS138接的A、B端接單片機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碼管位選段端作為選通位碼。

五、系統的軟件設計

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、成本低廉等諸多優點，符合電子儀器儀表的發展趨勢，具有廣闊的市場前景。