蔡燕玲

摘要：歷來(lái)校園打鈴系統(tǒng)在校園時(shí)間控制管理方面起主要作用，隨著校園任務(wù)多樣化及人性化發(fā)展，所有教室能有時(shí)鐘并使這些時(shí)鐘的時(shí)間同步，將對(duì)校園教學(xué)及秩序管理起重要作用。應(yīng)用單片機(jī)及無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)的同步時(shí)鐘系統(tǒng)，可在不影響教室其它設(shè)備及布線的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多教室時(shí)鐘顯示同步時(shí)間。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；時(shí)鐘；nRF24L01+

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）08-0016-02

1 引言

校園日?；顒?dòng)中會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題。一個(gè)是作為全國(guó)統(tǒng)一考試的考場(chǎng)，特別是四六級(jí)考試時(shí)，考生在不同的時(shí)間段有不同的任務(wù)，理論上所有考生應(yīng)同步進(jìn)行。但因各考室采用的石英鐘未能完全同步，室外廣播的效果有時(shí)不太好，實(shí)際操作中會(huì)出現(xiàn)偏差。另一個(gè)就是在教學(xué)管理中對(duì)上下課時(shí)間要求嚴(yán)格，不準(zhǔn)提前下課，學(xué)校的打鈴系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)教師將自行決定，易造成管理中的麻煩。如果每間教室的時(shí)鐘都能同步，就能很好地解決一些問(wèn)題，由此設(shè)計(jì)了教室同步時(shí)鐘。

2 設(shè)計(jì)思路

每間教室的時(shí)間要同步，其時(shí)鐘的信號(hào)來(lái)源必須是同一個(gè)。可以從教室電腦獲取網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，前提是電腦必須打開(kāi)并聯(lián)網(wǎng)，多了一層操作，特別作為考場(chǎng)時(shí)是不允許的。這里的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的方法，可以在不牽扯教室其它設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。

2.1 總體框圖

整個(gè)設(shè)計(jì)由一個(gè)主時(shí)鐘模塊和多個(gè)從時(shí)鐘模塊構(gòu)成。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘作為主時(shí)鐘，各間教室的時(shí)鐘作為從時(shí)鐘。由主時(shí)鐘模塊通過(guò)無(wú)線傳輸方式發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，各從時(shí)鐘模塊同時(shí)接收并顯示時(shí)間。同步時(shí)鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 主時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

主時(shí)鐘模塊的作用是提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，由單片機(jī)、時(shí)鐘芯片ds1302、6位數(shù)碼管顯示器和無(wú)線收發(fā)nRF24L01+模塊組成。

2.2.1 時(shí)鐘產(chǎn)生

為了保證時(shí)間的準(zhǔn)確性，采用時(shí)鐘芯片作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的來(lái)源。DS1302[1]是美國(guó)DALLAS公司推出的一種串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，工作電壓范圍寬（2.5-5.5V），功耗低，芯片自身還具有對(duì)備份電池進(jìn)行涓流充電功能，可有效延長(zhǎng)備份電池的使用壽命。芯片采用3線串行通信方式與單片機(jī)連接，在以單片機(jī)為主控芯片控制RST、SCLK信號(hào)的基礎(chǔ)上從I/O引腳傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。芯片內(nèi)部有可編程的日歷時(shí)鐘寄存器和31個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM，每次傳送數(shù)據(jù)前需向DS1302寫入一個(gè)命令字以確定是選擇RAM操作還是時(shí)鐘操作、是讀操作還是寫操作。DS1302芯片有年星期月日時(shí)分秒寄存器，此處只用到時(shí)分秒三個(gè)寄存器，其寄存器地址分別為時(shí)80H（寫）和81H（讀）、分82H（寫）和83H（讀）、秒84H（寫）和85H（讀），對(duì)應(yīng)函數(shù)是：

寫：

Write1302（0x80，秒值）； //向秒寄存器寫入秒的值

Write1302（0x82，分值）； //向寄存器寫入分的值

Write1302（0x84，時(shí)值）； //向寄存器寫入小時(shí)的值

讀：

ReadValue = Read1302（0x81）； //從秒寄存器讀秒值

ReadValue = Read1302（0x83）； //從分寄存器讀分值

ReadValue = Read1302（0x85）； //從小時(shí)寄存器讀小時(shí)的值

電路設(shè)計(jì)中外接三個(gè)按鍵，用以調(diào)節(jié)時(shí)分秒的值，從而校準(zhǔn)時(shí)間。

2.2.2 時(shí)鐘顯示

主時(shí)鐘模塊可以考慮液晶顯示或數(shù)碼管顯示，若時(shí)間設(shè)定之后大部分時(shí)間不使用這個(gè)時(shí)鐘，可采用液晶顯示，此處假設(shè)作為主考室的時(shí)鐘，為了方便眾人觀察需采用LED數(shù)碼管顯示。

MAX7219[1]是7段共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器，采用三線串行方式與單片機(jī)接口，其片內(nèi)含有的段譯碼器、掃描電路、字段字位存儲(chǔ)器等可以減輕單片機(jī)負(fù)擔(dān)，且可通過(guò)引腳V+與ISET之間所接的外部電阻來(lái)控制顯示亮度。

單片機(jī)通過(guò)MAX7219驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，顯示函數(shù)為：

DisplayChar（uchar digit，uchar character）； //在指定數(shù)位上顯示指定字符

例如“DisplayChar（0x03，'8'）；”表示在數(shù)碼管第5位顯示字符8。

圖2為主時(shí)鐘模塊的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘電路及仿真結(jié)果。

2.2.3 時(shí)鐘參數(shù)發(fā)送

從DS1302讀取當(dāng)前“時(shí)分秒”數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線收發(fā)nRF24L01+模塊進(jìn)行發(fā)送。

nRF24L01+[2]是Nordic公司出品的一種2.4GHz ISM波段的通信芯片，工作頻率范圍是2.400GHz-2.525GHz，支持的空中數(shù)據(jù)速率有250kbps、1Mkbps和2Mkbps，使用電源1.9-3.6V并有兩種電源節(jié)能模式適于超低功率的設(shè)計(jì)，通過(guò)配置寄存器值可工作在掉電、待機(jī)、發(fā)射和接收模式。

芯片有20個(gè)引腳，其中6個(gè)引腳與單片機(jī)連接，其余接固定元件，電路如圖3所示。

主時(shí)鐘模塊上的nRF24L01+設(shè)置為發(fā)送模式，發(fā)送“時(shí)分秒”三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)：

TX_Mode（）；// 配置為發(fā)送模式

Write_Buffer（Write_TX_PLD，TX_Buffer，TX_PLD_ Width）；//寫發(fā)送的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

2.3 從時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

在主時(shí)鐘模塊電路的基礎(chǔ)上去掉時(shí)鐘芯片，就構(gòu)成從時(shí)鐘模塊電路。

為了接收主時(shí)鐘模塊發(fā)送來(lái)的時(shí)間參數(shù)，需把從時(shí)鐘模塊上的nRF24L01+設(shè)置為接收模式并設(shè)置與主時(shí)鐘模塊上nRF24L01+相同的頻道、地址、數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)寬度，由函數(shù)Read_Buffer（Read_RX_PLD，RX_Buffer，TX_PLD_Width）接收，并把接收到的時(shí)間參數(shù)處理后送數(shù)碼管，顯示出與主時(shí)鐘模塊同步的時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

此設(shè)計(jì)僅限于實(shí)驗(yàn)室模型，實(shí)際應(yīng)用中需考慮多種因素。例如考慮信號(hào)傳播距離需增大發(fā)射功率、考慮數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延需在程序中修正時(shí)間參數(shù)等技術(shù)問(wèn)題，以及時(shí)鐘顯示部分應(yīng)選用時(shí)間格式的數(shù)碼管等人性化方面的考慮等。

參考文獻(xiàn)

[1]徐愛(ài)鈞，彭秀華，編著.Keil Cx51 V7.0單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程與uVision2應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]劉曉紅，何永洪.基于nRF2401的無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2008，（S1）：72-73+81.endprint