自动校准电子数显日历钟 本发明的主题是关于电子计时器的一种自动校准方法及独特的多功能设计。属于电子计时器领域。
时间的计量历来而且永远是人类最基本最重要的计量需求之一。随着社会的进步，人类对计时工具的要求也越来越高。这种要求主要有两个方面，一是记时精度，二是准确度。人们平常所说，时钟准不准，实际上应包含这两方面的要求。进入信息时代，社会生活的节奏大大加快。快节奏的社会活动要求有精确和统一的时间计量。目前常用的普通钟表中，许多没有秒显示，显然，这些钟表的精度最多到分；有些钟表虽然设有秒显示，但是，由于种种原因，其实际精度也到不了秒。普通钟表没有校准功能，即使有较高的精度和较好的走时稳定性，在实际使用中的准确度往往较差，相对“标准”时间的误差一般较大。这些误差主要来自调整误差和累计误差。目前虽然有自动校准的指针式钟表，但是其结构复杂，造价昂贵，无法广泛应用。目前尚未见有自动校准的数码显示的时钟，特别是通过无线电广播地报时信号实现自动校准的时钟。
本发明的主要目的在于提供一种结构较简单，价格较便宜，计时精度较高，走时更准确而且统一，功能较多，使用更方便的数码显示的带有日历的时钟。以满足快节奏高效率的社会需求。
除了特殊情况之外，人们在日常生活中和生产活动中一般都把无线电广播中和电视广播中的报时信号，视为“标准”时间。因此，复盖全国的无线电广播，给我们提供了提高计时精度和准确度，实现计时一致性的有利条件。为了从无线电广播信号中提取用以校准时钟的时标信号，我们专门设计了“无线电广播中的报时信号的提取电路”(以下简称“提取电路”)。这就是申请号为94105943.X的专利申请。本发明则是在“提取电路”的基础上利用单片机技术设计成的具有自动校准功能的电子数码显示日历钟。具体技术方案如图1所示。它以单片机为核心，以专用时钟芯片为基础，以自动校准为主要特征。单片机从时钟芯片提取时间信号和日期信号送去显示，接受键盘的命令去执行相关操作。收音机接收广播信号，再由“提取电路”提取时标信号，通过INTO脚送入单片机，单片机立刻执行校准子程序，完成一次校准动作。本发明的关键技术在于，如何充分利用“提取电路”所提供的时标信号，又不致于产生误校。我们采用软硬件相结合的办法解决这个问题。硬件主要指“提取电路”和单片机系统，软件主要是校准子程序。它的核心设计思想是：把时钟的误差分为调整误差和累计误差分别处理，主要靠控制中断和收音机的开关，使它们在必要的时间打开，不必要的时间关掉，以便进一步降低误校的可能性。其具体方法是，判断是否有开关电源、复位或设置时钟及日历等动作，如果有，就认为可能引进调整误差，于是打开中断及收音机的电源，直到第一次自动校准后立刻关掉，这时便认为较大的调整误差已消除。此后，只能有累积误差出现。然后，每到整点前一分钟或半分钟打开中断及收音机电源，校准后立刻关掉。既使不校准，最多再持续1分钟或半分钟，然后自动关掉。设普通数字电子钟的基本走时误差为1秒/天，约两个月的累积误差才有一分钟。实际上由于每天的多次校准动作，使出现的累积误差能及时被消掉。因此，上述设计对于质量合格的产品来说，是完全能做到分秒不差的。校准中断子程序首先判断当前时间与前一个整点时间之差。如果该差值大于或等于30分钟，则分、秒寄存器清零，把时值加1。如果该差值小于30分钟，则分、秒寄存器清零，保持原时值。人工设置的时间只要与标准时间之差小于30分钟，经过一次自动校准后，就可完全校准到正确的“标准”时间。由于每天的多次校准动作，能及时消除累计误差和调整误差，使这种时钟在全国各地都能保持精确而一致。按一般要求，我们可以把时钟的基本走时误差调校到＜0.5秒/天以内。假定每天致少自动校准一次，则该时钟任何时刻的示值与“标准”时间(如中央电视台二频道电视屏幕上显示的时间)之差都不会＞0.5秒。实际上，每天的自动校准的次数一般都在10次以上。因此该自动校准时钟的秒示值与标准时间几乎看不出任何差别。可以说该时钟经过第一次自动校准动作之后，它将分秒不差的一直走下去。只要中途不出故障，不再需要任何人工调校。既使短时间的停电也无防。再次来电后，时钟仍能继续准确计时。
为了充分发挥单片机的软、硬件资源的潜力，还在自动校准时钟的基础上增加了全自动电子日历等许多功能。它包括：
(1)显示功能：显示公历年、月、日、星期、时、分、秒和农历的月、日。显示器通过显示器接口电路与单片机联结。
(2)报时功能：其特征是设有三种不同的报时功能，并通过三个不同的接口输出不同的报时音响，都用键盘设置，不用其它开关。可设置每天30个不同的常规报时时刻，一年内22个随机报时时刻。另外还可设定整点报时音响的有无。常规报时设置好后，每天按时报时，只有清除后才停止。而随机报时设置好后，每个时刻只报一次，报完便自动清除。
(3)自动开关显示器功能：其特征是不用另外设置开关，而是通过键盘输入关闭显示器的开始时间和结束时间便可实现显示器的每天的自动开关动作。用户可根据使用的场合或某种需要，自行设置开关显示器的时间，例如可设置下班后到上班前的一段时间，或晚上睡觉的一段时间，关掉显示器。一旦设置好开关时间，每天便自动按时关掉和打开显示器，丝毫不会影响时钟和日历的正确走时。显示器的自动开关动作由显示器控制电路来执行。
(4)控制功能：因为三种报时音响的控制信号，分别通过三个插座输出。因此可通过这三个插座输出的控制信号去控制学校和企、事业单位的电铃及各种电器设备等。只须根据不同的电器设备配上相应的接口电路即可。其优点是不但控制时间的设定十分方便准确，而且由于有三种不同的报时功能和三个不同的输出接口，因此可实现较复杂的控制功能。图1中的时钟电路是一种专用时钟芯片及其外围电路。
依据上述功能，该设备可广泛用于要求准确日历和准确计时的场合。如：机场、车站、码头、邮局、银行、宾馆、饭店、学校、企业、事业等单位以及工业控制等领域。有自动校准的时钟与没有自动校准的时钟相比，除了准确之外，还能始终保持与中央台的报时一致，使所有这种钟都保持一致。日历的变更也非常准确，不象指针式钟表常常提前或落后若干小时才变更。数码管显示器醒目直观，夜间不用开灯也看得清楚。自动开关显示器和收音机，可以省电和延长寿命。多种报时功能对应多种控制功能，甚至简单的程序控制功能。这些特点都是普通时钟所不具备的。
实施例：
按上述思想设计的一种“自动校准电子数显日历钟”的主要电路如图2和图3所示。但是不包括收音机、“提取电路”、显示器以及电源部分。 其中图2是本电路的核心。它包括由U18，U19，U20，U21等构成的单片机系统；由U22及有关的电阻电容和晶振等构成的时钟电路；由U25，U26，U27和U28等构成防误写电路及中断和读写控制逻辑电路，这个电路和时钟电路一起除可由主电源供电外，还可由一组备用电池NICD供电。当交流电源有电时，NICD处于被充电状态，当交流电停电时，它处于放电状态并给上述电路供电，以保证时钟芯片连续运转并防止主电源通断过程中对它进行误写；R5是为限定充电电流而设，D1、D2、D3是为备用电池与主电源之间的单向隔离而设；U23是键盘扫描接口电路；RJ1是一只固态继电器，用于控制收音机电源的开关。当P1.4脚是低电平时，其5脚和8脚接通，收音机电源打开，当P1.4脚是高电平时，收音机关闭；01是一只光耦，用作时标信号耦合与电源隔离电路。“提取电路”提取的时标脉冲由2脚输入，其5脚则输出一个负脉冲到U18的P3.2脚，单片机查询到这个负脉冲，便开始执行校准子程序；T1，T2，T3构成各种报时音响的开关电路；U29是Watchdog。在键盘中除十个数字键外，其余六个为功能键，其中ROU是常规报时和自动开关显示器时间设置键，DEL是报时时间消除键，RAN是随机报时设置键，DIS是恢复显示键，SET是时钟和日历设置键，ENT是确认键。图3是显示驱动和显示控制电路。它包括由U1-U17构成的显示器接口电路；由U24构成显示器扫描同步脉冲驱动电路；RJO和RJ2是两只电磁继电器，它们构成大小显示器的电源控制电路，由单片机P1.3脚输出高低电平到RJ2的16脚；来控制大小显示器的开关；L1--L17是十七只数码管；RP1--RP17是十七只限流电阻排。