标准化考场实时计时系统的设计实现

时间：2024-08-31

王仲夏，谢添，王苏明

(1.皖江工学院电气信息学院,安徽马鞍山,243000；2. 南京苏宁工程咨询有限公司，江苏南京，210000)

0 引言

每年学校都要组织各种类型的考试，如其中期末考试，并且在社会上也有许多社会化的考试，考生参加考试的人数众多且考场分布广泛，少则一个学校，多则十几个学校，在所有的这些考试中考生最需要控制的就是考试的时间，在考场中也分布了各种类型的时钟，如何保证各考场教室的时钟与考试时间同步，是保障考试公平公正的重要因素。本文在电子时钟原有的功能上进行扩展，如定时提醒、设置考试过程中的提醒时间、提醒次数，甚至在考试时间内对相应的电气设备（无线电屏蔽仪）的定时启动和停止，因此对电子时钟的设计是具有实际意义的。

1 系统硬件电路设计

1.1 时钟系统方框图

根据系统的功能要求，初步确定该系统由主控时钟模块(STC89C52+DS1302）、按键模块、显示模块（数码管）和通信模块组成。系统方框图如图1所示。

图1 考场时钟系统方框图

1.2 主控时钟模块工作原理

DS1302与STC89C52单片机的连接简单，将引脚I/O、SCLK、RST与单片机的I/O口连接即可，将DS1302中的数据读取到单片机中，单片机将处理后的数据通过数码管显示出来。通过加入的三个独立按键，可进一步对时间进行修改，三个按键分别是菜单、+、-，例如第一次按下菜单键时选中分（此时‘分’闪烁），此时可以通过按下+键来增加分，按下-键来减少分；当第二次按下菜单键时选中时（此时‘时’闪烁）此时可以通过按下+键或-键可以增加或者减少时；当第三次按下菜单键后，修改后的时间数据写入DS1302时钟芯片并通过数码管显示出来。时钟校时由HC05蓝牙模块，蓝牙模块直接接到单片机的RXD和TXD引脚构成，系统原理图如图2所示。

图2 考场时钟系统原理图

2 硬件电路元件

2.1 主控单元

STC89CC52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的八位微控制器，内部具有8K用户应用程序空间。STC89C52沿用了经典的MCS-51内核，并在其基础上做出了改进，使芯片具有一些传统51单片机不具备的功能。内置4KB的EEPROM，复位电路，3个16位定时器/计数器，4 路外部中断，中断触发方式有下降沿触发和低电平触发两种，看门狗定时器，全双工串行口。另外STC89C52有空闲模式、掉电保护两种可供选择的节电模式，空闲模式下，CPU停止工作，但RAM、定时器/计数器、串口、中断等工作不会受到影响。掉电保护方式下，RAM内容被保存，直到下一次单片机工作时数据也不会丢失，但单片机会停止工作，如果让单片机继续工作，按下复位键即可，在单芯片上，由于STC89C52具有8位的CPU和可编程Flash的优点，因此可以为现在大多数嵌入式控制系统提供更多可选择的解决方案。

2.2 时钟芯片

DS1302是一个内部带有RAM的时钟芯片，并且有两个电源引脚（主电源，后备电源），这使DS1302芯片即使在没有主电源的情况下，仍然能够长时间的保证时间的准确性，DS1302芯片通过简单的串行接口与单片机进行通信，其工作电压为2.5V～5.5V。DS1302具有很全的计时功能。例如DS1302芯片具有可自动调整每月的天数和闰年的天数的功能，这使其更加智能化，该芯片还提供秒、分、时、日、月、年的信息,时钟可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时制，本次系统只采用了时、分、秒进行计时功能。

2.2.1 DS1302与单片机之间的通信

DS1302 与单片机之间通过三个引脚(RST、I/O、SCLK)进行通信,它们之间采用同步串行通信的方式通信。

2.2.2 DS1302的优点

DS1302有两个电源引脚，分别为后备电源（VCC1）、主电源（VCC2），该芯片在不同的供电系统中供电方式也会发生改变，在单电源与电池供电的系统中由VCC1提供低电源，在双电源系统中由VCC2提供主电源。时钟芯片的供电模式取决与VCC1和VCC2的大小，当VCC2大于VCC1时，由VCC2给芯片供电；反之，由VCC1给芯片供电。因此在断电情况下，DS1302以VCC1备用电源进行其内部供电以保证下次开启时时间不会出现错误。对于连续长时间测量的控制系统来说，采用具有良好特性的DS1302作为记录测控系统中的数据记录时，可以进一步提高系统的工作效率。而且由于其软硬件设计也非常简单，因此对于长时间连续的测控系统来说是一个不错的选择。