可紅外遙控調整時間日期的數碼管電子時鐘

摘 要：電子時鐘長時間使用會遇到時間顯示出現偏差需要重新設定時間問題，而稍大的電子時鐘大都掛在墻上比較高的地方，通過按鍵調節很不方便，因此設計了款可紅外遙控調整時間日期的數碼管電子時鐘。設計以DS3102時鐘芯片提供時間日期信息，以IR1308紅外一體接收頭和相應的遙控器實現調整時間日期功能，STC89C52單片機為控制核心。八個數碼管顯示時分秒，可遙控制讓數碼管短時間顯示年月日星期幾。

關鍵詞：紅外遙控；時鐘芯片；STC89C52；動態顯示

中圖分類號：TP368.12；TP311.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-02

LED數碼管電子時鐘因其方便識別，易于包裝成人們所需的外形，性價比高，因而成為人們工作生活中常用的消費電子產品。電子時鐘在使用過程中會遇到因使用時間長，出現時間顯示出現偏差需要重新設定時間問題，也會遇到電子時鐘大都市電供電斷電要重新設置時間的問題。電子時鐘又大都掛在墻上，通過按鍵重新設定時間很不方便，因此設計了款可紅外遙控設定時間日期的電子時鐘。

一、時鐘電路部分

LED數碼管要顯示時間日期，必須要有相應的電路為其提供時間日期信息。如果采用單片機提供時間日期信息，一方面由于單片機定時器中斷方式提供時間基準會產生誤差，其它方式如不用定時器而用軟件編程方式提供時間基準則誤差更大[1]，另一方面由于每月天數不一樣，還會碰到閏月，提供年月日信息時不方便，所以時鐘電路大都不以51單片機為核心。時鐘電路大都以時鐘芯片為核心，單片機與時鐘芯片以某一種方式通信以獲得相應的時間日期信息。常用的時鐘芯片如DS1302、PCF8563、DS3231、SD3088等等。DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘/日歷芯片。其工作電壓2.5-5.5V，帶有31字節的RAM，以三線串行方式進行數據傳送，它能夠提供秒、分、時、日、月、年、及星期等實時時間信息，并能夠對閏年天數自動調整，日歷有效至2100年。

采用DS1302的時鐘電路如圖1。圖1中DS1302時鐘芯片晶振引腳固定接X1，X2接晶振Y1，晶振為固32.768KHz；VCC+5V電源直接接主電源引腳VCC1，另通過100K的電阻R4接備份電源引腳VCC2，主電源引腳VCC1電壓要高于備份電源引腳VCC2電壓；時鐘引腳SCLK，數據輸入輸出引腳I/O，復位引腳RST這里分別與STC89C52單片機P1口的P1.2，P1.3，P1.4（也可是單片機其它I/O引腳）相連。單片機通過P1.2，P1.3，P1.4對DS3102進行讀寫操作。單片機從DS1302讀出時間日期以顯示，向其寫入時間日期以調整時間日期。

圖1 時鐘電路部分

二、紅外接收部分

要遠距離調帶掛在高處的數碼管電子時鐘，要采用遙控技術。紅外遙控目前來講技術非常成熟，具有抗干擾能力強、信息傳輸可靠、功耗低、成本低，易實現等很多的顯著優點[2]，被諸多電子設備特別是日常家用電器廣泛采用。紅外遙控制由發射和接收兩部分組成。紅外發射部分即紅外遙控器，通常編碼、調制和發射三部分組成。紅外遙控器技術成熟，價格便宜，目市場上大量存在，采用現成的產品即可，但選取的時間應注意調制載波的頻要和電子時鐘上的紅外接收部分相匹配[3]。紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。紅外一體接收頭是集成紅外線接收二極管、放大、濾波和比較器輸出等的IC模塊。本設計采接收部分就以紅外一體接收頭IR1308核心。

圖2 紅外接收部分

IR1308有三個引腳，分別為3引腳電源正VDD、2引腳電源負（GND）和3引腳數據輸出（Out）。紅外接收頭內部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容。IR1308外圍電路非常簡單，也可認為是固定接法，如圖2。IR1308接收到的紅外信號通過其處理后從輸出端OUT即1引腳送至單片機P3.2引腳，即外部中斷0引腳。接受紅外信號時引起單片機中斷，單片機通過中斷程序進行處理。當然干擾信號或無效信號也可能引起外部0中斷，這要靠中斷程序判斷，干擾信號或無效信號不理采，跳出中斷。

三、顯示部分

LED數碼管具有使用壽命長，成本低，單色性好，亮度高等很多優點[4]，是被廣泛使用的數顯器件。顯示部分主要由兩個四位一體的數碼管共八位數碼管和兩片74HC573鎖存芯片構成。八位數碼管顯示時分秒，例如21點58分6秒顯示為“21-58-06”。需要顯示日期時八位數碼管會顯示年月日一小段時間，之后繼續顯示時間。例如2014年7月28日顯示為“14-07-28”。74HC573包含八進制3態非反轉透明鎖存器。當鎖存使能端為高電平時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是直通的）。當鎖存使能變成低電平時，符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。單片機從DS1302得到的年月日和時分秒信號，由單片機通過程序處理后送至該部分顯示。圖中1D-8D為74HC573輸入端，1Q-8Q為74HC573輸出端。兩片74HC573輸入端均接收來自單片機P0口的信號，對應連接如圖2所示。74HC573芯片11引腳即圖中C引腳為其鎖存使能端。單片機P1口的P1.0與P1.1分別與兩芯片的鎖存使能端相連，控制其輸出是直通還是鎖存。比如要在某個數碼管上顯示某一數，P0口先輸出位碼，P1.1則控制下面74HC573先直通后鎖存，通過相應的三極管選通相應的數碼管，接著P0口再送出要顯示數據的段碼，送出段碼時由于用于位碼鎖存的數碼管處于鎖存狀態，其輸出不再隨輸入變化，先前選定數碼管的情況不變，P1.0控制上面的段碼鎖存芯片74HC573先直通后鎖存，這樣相應的數字就在相應的數碼管上顯示出來了。要一起顯示八個數字符號時，每個數碼管都導通顯示相應的數字一極短的時間（比如2mS），輪流顯示，由于視覺上的暫留后，人眼看到的就一起亮的。這就是所謂的動態顯示。另外還有一個單獨的一位的數碼管用于顯示星期幾。

圖3 顯示部分電路

四、整體控制

整體的控制以STC89C52單片機為核心，相應的電路如圖4所示，單片機最小系統電路圖中未畫出。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器[5]，是增強型8051單片機，指令代碼完全兼容普通的8051單片機。STC89C52具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52仍然采用MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。STC89C52具有以下標準功能：8k字節Flash存儲器，512字節RAM，內置4KB EEPROM，32位I/O口線，看門狗定時器，MAX810復位電路，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，全雙工串行口。最高運作頻率35MHz，一個機器周期對應6T（時鐘周期）/12T（時鐘周期）可選。

圖4中RP2是排阻，用作P0口上拉電阻。不調整時間日期時，單片機從時鐘芯片DS3102

圖4 單片機電路

獲得時間日期信號，并控制其在數碼管上動態顯示，這和普通電子時鐘一樣；要調整時間日期時，紅外一體接收頭IR1308接收到相應的信號引起外部0中斷，中斷程序和主程序的相應部分控制接收紅外信號，同時對接收的信號處理，儲存相應的時間日期信號，全部接收完成，將接收到的時間日期周幾的信號寫入DS3102，調整時間日期完成；通過程序控制，接收紅外信號時數碼管依然顯示時間；需要顯示日期時，紅外信號控制顯示日期時，

遙控器發出相應的紅外信號，比如發出四個0，當然其他的紅外信號也可，只要程序可區分將其與時間日期信號區別開來即可，單片機接受到相應的信號并判斷后將日期數據送出顯示，顯示一段時間后再自動轉為顯示時間。干擾信號或無效信號也可能引起外部0中斷，這要靠中斷程序判斷，擾信號或無效信號不理采，跳出中斷。

五、結束語

經樣機驗證，本LED數碼管電子時鐘可方便地遙控調速時間日期，并能遙控其顯示日期，遙控距離不小于5m。電子時鐘可長期穩定運行，成本增加極少，市場預期比較好。

參考文獻：

[1]張寧丹，金桂.基于STC89C52單片機DS1302時鐘芯片定時開關的設計與仿真[J].現代電子技術，2013（08）：4-6.

[2]崔巖，吳國興，顧媛媛.基于FPGA的紅外遙控密碼鎖的設計[J].電子技術應用，2013（11）：44-46.

[3]胡玉潔.基于51單片機的紅外遙控密碼鎖的設計[J].電子世界，2013（24）：80-81.

[4]劉新英，高玉雪.基于單片機的交通燈控制系統設計[J].電子設計工程，2014（03）：174-177.

[5]朱玉良.電氣自動化單片機電子時鐘設計原理[J].消費電子，2013（18）.

[作者簡介]張波（1979-），男，湖北棗陽人，講師，工程師，碩士，主要研究方向：電力電子技術及控制工程。

[基金項目]蘇州市職業大學成果創新項目（項目編號：2013SZDCC02）。