基于PIC單片機的電波數(shù)碼顯示時鐘的設計

1、基于PIC單片機的電波數(shù)碼顯示時鐘的設計日期：2008-12-3 13:30:00作者：未知來源：         電波鐘是新興的準確計時產(chǎn)品，是把原子振動的頻率引出來作為計時基準.設計以PIC16F873單片機為核心，由接收單元，中央處理顯示單元和電源單元三個主要部分構(gòu)成，用于接收原子發(fā)射臺以超長波間歇性發(fā)射的信號，以獲得更加準確的時間，在軍事和科學實驗以及人們?nèi)粘Ｉ钪卸加袕V泛的應用前景          電波鐘表是一種新興的計時產(chǎn)

2、品，是把原子振動的頻率引出作為計時基準目的是使世界時間同步統(tǒng)一主要是為了解決目前石英鐘表的精確度問題石英鐘表較機械鐘表已準確很多，但日差仍有一秒半秒的誤差這種誤差對于人們的日常生活沒有多大的影響和更正的必要，但對于軍事和科學實驗，就是要解決的大問題在一些重要場合，誤差在0.01秒之間，結(jié)果也會失之千里         電波鐘的原理，是它有一個原子發(fā)射臺，定期發(fā)射信號，頻率每三千年只差一秒，非常準確電波鐘是以原子的精度來制造的計時產(chǎn)品發(fā)射臺發(fā)出的信號不是一直不斷地往外發(fā)，而是間隔性的發(fā)射所以電波鐘或電波表實際是接收器

3、，接收原子發(fā)射臺的信號4    無論電波鐘，還是電波表，實際上都是一個接收器，它的外觀與石英鐘、石英表一樣，結(jié)構(gòu)也與石英鐘、石英表一樣，只是增加了一個接收裝置、比較裝置和修正裝置比較裝置和修正裝置用于守時，電波鐘自己能夠定期按著原子振動頻率信號做比較，修正成準確的時間，正因為有了這種比較修正裝置，電波鐘才能達到永遠準確的效果所以，無論是電波鐘還是電波表，它們都有天線          1.基于PIC單片機的電波數(shù)碼鐘的工作原理：    

4、     電波鐘，也稱為無線控制計時鐘( 英文名稱為：Radio controlled timepieces)電波鐘表作為一個系統(tǒng)的技術原理是：首先，由標準時間授時中心將標準時間信號進行編碼（商業(yè)碼則進行加密），利用低頻（20KHz-80KHz）載波方式將時間信號以無線電長波發(fā)播出去電波鐘表通過內(nèi)置微型無線電接收系統(tǒng)接受該低頻無線電時碼信號，由專用集成芯片進行時碼信號解調(diào)，再由計時裝置內(nèi)設的控制機構(gòu)自動調(diào)節(jié)鐘表的計時通過這樣一個技術過程，使得所有接收該標準時間信號的鐘表（或其他計時裝置）都與標準時間授時中心的標準時間保持高度同步，進而全部電波鐘表顯示嚴格

5、一致的時間         授時信號的接收器（即電波鐘）大的結(jié)構(gòu)來說分三部分：接收單元，中央處理顯示單元和電源部分詳細來分主要由接收天線、前置放大器、調(diào)諧放大器、自動增益電路、濾波器、解調(diào)器、方波形成器、時間信息處理器和顯示器組成，其功能原理如下：作為接收機的電波鐘表的接收天線從空間感應接收由授時中心發(fā)射的實時授時信號，由于信號較弱，要經(jīng)過前端放大器、發(fā)大器輸出送到調(diào)諧放大器進行選頻放大，然后進行濾波，經(jīng)波形形成器進行整形，再經(jīng)過濾波，再進行檢波調(diào)諧，從載波中提取時間信號，即一串有規(guī)律的脈沖，該脈沖再到接收信號處理

6、器進行變換處理，時間還原后分別送到顯示器進行顯示         2.主要電路說明：         2.1電波接收電路         目前，標準時刻電波一般以頻率為20KHz-80KHz載波方式將時間信號以無線電長波發(fā)播出去電波信號的接收由U4226B IC芯片完成，該芯片外接收信線圈，2個40 KHz的水 晶發(fā)振器和相應的電阻電容等就能完成對電波的接收

7、和處理.U4226B IC芯片能接收由40KHz到80KHz之間的電波信號，只是需要配以相應的外部元件即可此處設計的是接收40KHz的信號U4226B接收電波信號后輸出時間編碼信號TCO(TIME CODE OUTPUT)電波接收電路見圖2.1目前我國采用的是68.5KHz天線接收效果與電波強度和到來方向有密不可分的關系當電波到來方向與天線成垂直時接收效果顯著如果信號從天線的兩端到達則可能無法正確接收信號本次設計采用接收單元和顯示控制單元分開設計，二者采用電纜連接通過觀察LED即可了解正常接收與否         

8、                  圖2.1 電波接收電路                                

9、;           2.2接收信號放大電路         電波接收電路輸出的TCO信號為0V到5V的脈沖信號，為了使脈沖信號具有良好的上升和下降沿，采用了三極管放大電路具體電路見圖2.2所示電路中LED1發(fā)光二極管為TCO信號的監(jiān)視器由于天線接收單元與表示處理裝置是分別放置，之間采用電纜連接由于使用電纜會引入噪聲，我們采用光電轉(zhuǎn)換 PC1把接收電路與處理電路從電氣上隔離三極管Q3的基極接有電容C21用于濾除噪音，但C21

10、的容量不能太大，否則會影響接收脈沖信號的上升和下降沿的特性        圖2.2接收信號放大電路                                       2.

11、3  CLOCK時鐘發(fā)振電路         在電波信號不正常或接收信號太弱使得接收失敗時，我們的電波鐘仍需要繼續(xù)工作，因此需要設計時鐘發(fā)振電路PIC16F873采用了高穩(wěn)定度的發(fā)振晶體器它的發(fā)振頻率為12.8MHzPIC的一步執(zhí)行時間為4/12.8=0.3124微秒在電波信號能正常接收時，鐘的精度與發(fā)振晶體器的精度無關按原子鐘的標準時它的精度為1E-13即一年如為31536000秒，誤差為317098年只差1秒7        

12、60;  2.3 CLOCK發(fā)振電路圖         2.4  LCD控制電路和KEY鍵的輸入電路         時間的表示和設定均在LCD顯示屏上進行本設計使用了SC1602BSLB液晶顯示屏數(shù)據(jù)輸入輸出可采用4BITS或8BITS寬度本設計采用4BITS模式控制器PIC側(cè)使用RB端口的高4位來作為PIC與LCD顯示屏之間的數(shù)據(jù)總線RB端口的RB0和RB1作為對LCD的控制線同時RB2到RB7也作為KEY鍵的輸

13、入端口5其電路設計見圖2.4所示其中RS為REGISTER SELECT，即為命令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器的切換信號E為ENABLE SINAL，即為LCD顯示屏使能信號端還有V0為CONTRAST ADJ端，用它可調(diào)整LCD顯示對比度對不使用的端子全部接地另外SC1602BSLB顯示屏還具有背光顯示， 只要在A/K端加上電源即可6     圖2.4 PIC與LCD，KEY鍵等控制電路               

14、0;                              2.5  LCD控制和輸出電路      使用RA端口和RC端口來對外部電路進行驅(qū)動在電路中設計有顯示用LED來顯示其動作狀態(tài)其電路設計請見圖2.5所示LED2（RX）的使用也

15、可抑制PIC的使用電流大小       2.6外部裝置控制電路      本次設計的電波顯示鐘設有4種定時控制功能這4種定時控制裝置為獨立的控制裝置圖2.6是其中之一的控制裝置由PIC16F873的定時計數(shù)器輸出信號控制三極管Q5，Q6，Q7和Q8的集電極對RL1繼電器進行控制4個控制裝置即可設置不同的時刻對4個不同的裝置進行ON/OFF控制12 圖2.5 LED控制和輸出電路圖圖2.6 外部裝置控制電路    &#

16、160;  2.6 外部裝置控制電路                      2.7電源電路       電源電路圖見圖2.7所示由變壓器輸出的交流AV電壓為12V通過橋式整流輸出它的峰值電壓16.8V由于損耗輸出約16V左右電路后接三端穩(wěn)壓變換器       輸出穩(wěn)

17、定的12V直流電壓電路中使用了C28至C32 5個電容串接使用在AV電壓停止時具有短暫備用功能容量為4.7UF，耐壓為2.5V對5個串接電容充電可能會使電流過大，電路中還設有限流電阻R27（200歐）于是最大充電電流為60mA，充電時間會長一些D2的設置是為防止AC輸入停止時從電容過來的反電流 圖2.7 電源電路圖                       

18、0;                     3、電波數(shù)碼顯示鐘完整電路圖       整個系統(tǒng)完整電路圖見圖3.1       4.電波顯示鐘的控制處理軟件設計        整個系統(tǒng)處理控制軟件設計的流程如

19、圖4.1圖3.1 電波數(shù)碼顯示鐘電路圖         圖4.1電波鐘的軟件設計流程圖          5. 信號編碼介紹：        世界各國的電波鐘表技術原理相同，但各主要國家關于標準時間信號的通過協(xié)議（簡稱碼制）卻不同如：美國，時碼代號WWVB，頻率為60 KHz；德國，時碼代號DCF，頻率為77.5 KHz；英國，時碼代號為MSF，頻率為60

20、KHz；日本兩個臺，時碼代號為JJY，頻率分別為40 KHz和60 KHz；中國，時碼代號為BPC，頻率為68.5KHz.這使得一個國家的電波鐘表不能在另一個國家正常接收信號和校準時間4另外，不同國家和地區(qū)的無線電通信的電波環(huán)境不同，有的國家無線通信干擾小，如德國而中國、美國的無線電環(huán)境較差，這又使得電波鐘表是一個國家性的產(chǎn)品目前全制式的電波鐘表產(chǎn)品還未進入市場線SOC開發(fā)平臺499元 S3C44B0 ARM7開發(fā)板378元 S3C2410 ARM9開發(fā)板780元 AT91SAM7S64 ARM7 單片機開發(fā)板之王ELITE-I單片機學習開發(fā)系統(tǒng)1200元 S3C2410 ARM9開發(fā)板(II

21、) 950元 EPM1270T144C CPLD開發(fā)板 480元         6. 結(jié)論：         本系統(tǒng)以PIC16F873單片機為核心部件，包括接收單元，中央處理顯示單元和電源部分利用軟件編程，通過鍵盤控制和液晶顯示實現(xiàn)了超長波的接收分析和處理功能、無信號時的時鐘功能、LCD控制和KEY鍵控制功能以及對修正后的準確時間的顯示功能，盡量做到硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾       此項技術主要是以非常經(jīng)濟的成本，獲取標準時間信號而標準時間是現(xiàn)代社會重要技術支撐，可以在電波鐘表產(chǎn)品基礎上形成一個提供的應用標準時間的產(chǎn)