1、概述

在各類檢測控制系統(tǒng)中，需要通過日歷時鐘進(jìn)行時間上的控制或?qū)κ录l(fā)生的時間進(jìn)行記錄。如電網(wǎng)檢測系統(tǒng)，路燈控制系統(tǒng)等。但日歷時鐘時常跑快跑慢的缺陷不可避免。經(jīng)過日積月累，就會產(chǎn)生較大的誤差，這會影響控制與檢測的準(zhǔn)確性。為了解決日歷時鐘的準(zhǔn)確度問題，我們設(shè)計了能夠自動校準(zhǔn)和調(diào)整運行速度的日歷時鐘。它在每天的12：00和00：00都會自動校準(zhǔn)一次，并根據(jù)12個小時運行的誤差大小自動調(diào)整時鐘的運行速度。可使時鐘運行的準(zhǔn)確度相當(dāng)高。

我們設(shè)計的思路是：利用小型收音機中接收部分電路接收中央人民廣播電臺播出的中心頻率為106.1MHz的調(diào)頻信號，并解調(diào)出音頻信號，將音頻信號輸入兩個鎖相環(huán)路。這兩個鎖相環(huán)路分別跟蹤800Hz和1600Hz的報時信號。當(dāng)接收到報時信號時，為單片機提供外部中斷，通過執(zhí)行中斷程序即可完成對日歷時鐘的自動校準(zhǔn)。并根據(jù)運行誤差，自動調(diào)整日歷時鐘芯片X1205內(nèi)部的數(shù)字微調(diào)寄存器和模擬微調(diào)寄存器，在+146ppm至-67ppm范圍內(nèi)調(diào)整時鐘運行速度。

2、電路設(shè)計

電路由單片機AT89C52、日歷時鐘芯片、自動校準(zhǔn)電路、4×4鍵盤及顯示電路組成。

2.1日歷時鐘芯片X1205與AT89C52的接口

X1205是一個帶有時鐘、日歷、兩路報警、振蕩器補償和電池切換的實時時鐘集成電路[1]。 I2C總線結(jié)構(gòu)，外接32.768KHz的晶體。時鐘/控制寄存器的地址范圍為0000H～003FH。

X1205各引腳功能及與單片機AT89C52的連接如圖1所示：
    X1，X2：外接石英晶體振蕩器端。
   ：在應(yīng)用報警功能時，該引腳輸出中斷信號，低電平有效。本電路采用循環(huán)中斷方式，每秒中斷一次。
    SCL：由單片機給X1205提供的串行時鐘的輸入端。
    SDA：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。
    VSS：接地端。
    VCC、VBACK：前者為電源輸入端，后者為備用電源。在實際應(yīng)用中，通?？梢越映扇鐖D1中所示的電路。在VCC與VBACK之間接二極管，在 VBACK與地之間接電容。在正常供電情況下，VCC給電容充電。掉電后，電容充當(dāng)備用電源。在VCC掉電后，備用電源電流小于2μA ，電容C用10μF的鉭電解質(zhì)電容亦可。

X1205片內(nèi)的數(shù)字微調(diào)寄存器DTR（地址0013H）的第2、1、0三位DTR2、DTR1、DTR0調(diào)整每秒鐘的計數(shù)值和平均ppm誤差。DTR2 是一個符號位，1為正ppm補償，0為負(fù)補償。DTR1和DTR0是刻度位，DTR1給出的是10ppm調(diào)整，DTR0給出的是20ppm調(diào)整。通過這三位可以在-30ppm 至 +30ppm范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整補償。模擬微調(diào)寄存器ATR（地址0012H）的第5至第0位ATR5、ATR4……和ATR0用來調(diào)整片內(nèi)負(fù)載電容。ATR 值以補碼形式表示，ATR（000000）=11.0pF ，每步調(diào)節(jié)0.25pF ，整個調(diào)整范圍從3.25pF至18.75Pf?？梢詫︻~定頻率提供從+116ppm至-37ppm的補償。通過對DTR及ATR的調(diào)整，可以在+146ppm至-67ppm范圍內(nèi)調(diào)整補償。

2．2 自動校準(zhǔn)電路

自動校準(zhǔn)電路由接收中央人民廣播電臺信號電路和音頻鎖相環(huán)路組成。

接收電路是由一片調(diào)頻收音機集成電路TDA7010T和少量分離元件組成。TDA7010T集成電路內(nèi)部含有變頻、中頻濾波、鑒頻和前置放大等電路[2]。用于接收中央人民廣播電臺106.1MHz的信號，并將其解調(diào)出音頻信號。

鎖相環(huán)路是由兩片NE567及外圍電路組成。該電路所完成的任務(wù)是鎖定來自接收電路的音頻信號中800Hz和1600Hz兩個頻率的報時信號。即將報時音頻信號轉(zhuǎn)換成負(fù)脈沖信號,給單片機提供外部中斷，經(jīng)中斷程序分析后對時鐘進(jìn)行自動校準(zhǔn)，如圖2所示。圖中只畫出兩片NE567中鎖定800Hz音頻信號的部分。NE567由鑒頻器（PDI）、直流放大器（A1）、電流控制振蕩器（CCO）、正交鑒頻器（PDII）及與外部電容C17、C18構(gòu)成的兩個濾波器組成[3]。NE567的5、6腳外接的電容CT和電阻RT =R2+R3決定著CCO的振蕩頻率f0(800Hz或1600Hz)，f0≈1.1/(RTCT) 。選擇CT=0.1μf ，對于圖中f0=800Hz的電路，RT≈13.7KΩ;圖中未畫出的負(fù)責(zé)鎖定1600Hz音頻信號的電路, RT≈6.8KΩ 。

當(dāng)NE567的3腳接收到的音頻信號中不含有頻率為f0（800Hz和1600Hz）或帶寬內(nèi)的信號時，則鎖相環(huán)路始終不能進(jìn)入鎖定狀態(tài)。若音頻信號中含有頻率為f0或帶寬內(nèi)的信號時，則在鎖相環(huán)路中鑒頻器PDI輸出的電壓經(jīng)內(nèi)部電阻r2及外部電容C18所組成的環(huán)路濾波器濾波后，加到直流放大器A1上。 A1輸出電流來控制CCO振蕩頻率的變化。從而使CCO振蕩頻率在一定范圍內(nèi)向輸入音頻信號的某些頻率靠攏。達(dá)到鎖定后，環(huán)路被穩(wěn)定下來。NE567內(nèi)部正交鑒頻器PDII在鎖相環(huán)路的捕獲過程中，不斷地接收CCO輸出的信號和外部輸入信號，隨著兩信號頻率的逐步接近，其輸出電壓逐漸變小。當(dāng)鎖相環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)時，這個電壓降低到小于Ur，A2輸出低電平，引起單片機中斷。

3、程序設(shè)計

單片機AT89C52的主程序不斷檢測X1205的時、分寄存器單元的數(shù)據(jù)是否為11：50或23：50。若為其中一個，將P2.7引腳置0，打開接收信號電路的電源，開中斷。報時信號共6聲,每聲長度為0.5秒,每兩聲間隔時間為1.5秒,前5聲信號頻率為800Hz,第6聲信號頻率為1600Hz。兩個頻率的報時信號經(jīng)NE567鎖相后產(chǎn)生的負(fù)脈沖經(jīng)與門輸入到AT89C52的中斷輸入端，引起中斷后89C52通過定時器T0測量脈沖寬度。在報時前后,電臺往往要播出音樂廣告,其音樂聲中具有800Hz和1600Hz左右的音頻信號甚多,但音樂聲的頻率是連續(xù)變化的,在某一頻寬范圍內(nèi)持續(xù)的時間較短,將脈寬小于400ms的信號視為干擾信號不予考慮。若接收到脈寬大于400ms 的1600Hz的音頻信號所產(chǎn)生的中斷時，并在此之前有效的800Hz的報時信號已達(dá)5次，則對顯示數(shù)據(jù)和X1205內(nèi)部時鐘寄存器的數(shù)據(jù)予以修正。并根據(jù)12個小時以來時鐘運行的誤差（毫秒級的誤差借助89C52的定時器T1測得）大小修正X1205的數(shù)字微調(diào)寄存器和模擬微調(diào)寄存器的數(shù)據(jù)。將P2.7 引腳置1，關(guān)斷接收信號電路的電源，并關(guān) 中斷。

主程序檢測到X1205的時、分寄存器單元的數(shù)據(jù)是12：10或00：10時,若P2.7引腳仍輸出低電平，說明在20分鐘內(nèi)未接收到報時信號，取消接收報時信號狀態(tài)及所有標(biāo)記，關(guān)斷接收信號電路的電源，并關(guān) 中斷。程序流程圖如圖3。

4、結(jié)束語

經(jīng)作者長時間實驗觀察,干擾信號持續(xù)時間大都小于100ms,達(dá)到200ms者屬偶然現(xiàn)象。以400ms的脈寬限制干擾信號是比較安全的。如果出現(xiàn)持續(xù)時間大于400ms的干擾信號，也只能在接收到5次800Hz的報時信號后1.5S內(nèi)接收到1600Hz的干擾信號才能出現(xiàn)誤差小于1.5S的誤校準(zhǔn)。這種可能性是罕見的。即便出現(xiàn)也會在12個小時后予以重新校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)
[1]  X1205 Real Time Clock/Calendar. www.icbase.com
[2]  集成電路手冊編委會.中外集成電路數(shù)據(jù)手冊•音響電路.北京：電子工業(yè)出版社，1997：1372-1373.
[3]  張厥盛，鄭繼禹，萬心平.鎖相技術(shù). 西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1994:118