單片機系統中日曆時鐘自動校準及調整

1、概述

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/171826.htm

在各類檢測控制系統中，需要通過日曆時鐘進行時間上的控制或對事件所發生的時間進行記錄。如電網檢測系統，路燈控制系統等。但日曆時鐘時常跑快跑慢的缺陷不可避免。經過日積月累，就會產生較大的誤差，這會影響控制與檢測的準確性。為了解決日曆時鐘的準確度問題，我們設計了能夠自動校準和調整運行速度的日曆時鐘。它在每天的12：00和00：00都會自動校準一次，並根據12個小時運行的誤差大小自動調整時鐘的運行速度。可使時鐘運行的準確度相當高。

我們設計的思路是：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的調頻信號，並解調出音頻信號，將音頻信號輸入兩個鎖相環路。這兩個鎖相環路分別跟蹤800Hz和1600Hz的報時信號。當接收到報時信號時，為單片機提供外部中斷，通過執行中斷程序即可完成對日曆時鐘的自動校準。並根據運行誤差，自動調整日曆時鐘晶片X1205內部的數字微調寄存器和模擬微調寄存器，在+146ppm至-67ppm範圍內調整時鐘運行速度。

2、電路設計

電路由單片機AT89C52、日曆時鐘晶片、自動校準電路、4×4鍵盤及顯示電路組成。

2.1日曆時鐘晶片X1205與AT89C52的接口

X1205是一個帶有時鐘、日曆、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總線結構，外接32.768KHz的晶體。時鐘/控制寄存器的地址範圍為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。
：在應用報警功能時，該引腳輸出中斷信號，低電平有效。本電路採用循環中斷方式，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：數據輸入/輸出引腳。
VSS：接地端。
VCC、VBACK：前者為電源輸入端，後者為備用電源。在實際應用中，通常可以接成如圖1中所示的電路。在VCC與VBACK之間接二極體，在 VBACK與地之間接電容。在正常供電情況下，VCC給電容充電。掉電後，電容充當備用電源。在VCC掉電後，備用電源電流小於2μA ，電容C用10μF的鉭電解質電容亦可。

X1205片內的數字微調寄存器DTR（地址0013H）的第2、1、0三位DTR2、DTR1、DTR0調整每秒鐘的計數值和平均ppm誤差。DTR2 是一個符號位，1為正ppm補償，0為負補償。DTR1和DTR0是刻度位，DTR1給出的是10ppm調整，DTR0給出的是20ppm調整。通過這三位可以在-30ppm 至 +30ppm範圍內進行調整補償。模擬微調寄存器ATR（地址0012H）的第5至第0位ATR5、ATR4……和ATR0用來調整片內負載電容。ATR 值以補碼形式表示，ATR（000000）=11.0pF ，每步調節0.25pF ，整個調整範圍從3.25pF至18.75Pf。可以對額定頻率提供從+116ppm至-37ppm的補償。通過對DTR及ATR的調整，可以在+146ppm至-67ppm範圍內調整補償。

2．2 自動校準電路

自動校準電路由接收中央人民廣播電臺信號電路和音頻鎖相環路組成。

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

鎖相環路是由兩片NE567及外圍電路組成。該電路所完成的任務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換成負脈衝信號,給單片機提供外部中斷，經中斷程序分析後對時鐘進行自動校準，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由鑑頻器（PDI）、直流放大器（A1）、電流控制振蕩器（CCO）、正交鑑頻器（PDII）及與外部電容C17、C18構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 ，對於圖中f0=800Hz的電路，RT≈13.7KΩ;圖中未畫出的負責鎖定1600Hz音頻信號的電路, RT≈6.8KΩ 。

當NE567的3腳接收到的音頻信號中不含有頻率為f0（800Hz和1600Hz）或帶寬內的信號時，則鎖相環路始終不能進入鎖定狀態。若音頻信號中含有頻率為f0或帶寬內的信號時，則在鎖相環路中鑑頻器PDI輸出的電壓經內部電阻r2及外部電容C18所組成的環路濾波器濾波後，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振蕩頻率在一定範圍內向輸入音頻信號的某些頻率靠攏。達到鎖定後，環路被穩定下來。NE567內部正交鑑頻器PDII在鎖相環路的捕獲過程中，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。當鎖相環路進入鎖定狀態時，這個電壓降低到小於Ur，A2輸出低電平，引起單片機中斷。