论文总字数：20433字

摘 要

BPC是低频授时技术在中国的编码格式。现在社会人们越来越重视对授时技术的研究，该技术可同时用模拟和数字两种模式提供标准时间信号和频率信号，且覆盖范围广、损耗小、相位稳定度高，是理想的授时技术。广泛应用在电力电网同步，中低精度军用，通讯网，勘察以及航天等各行业。

BPC电波钟作为低频时码接收端的典型代表，其工作原理是由授时中心将标准时间信号进行编码，用低频载波（68.5KHz）以无线电长波方式发出去。接收系统自动接收该授时电波，再设计单片机程序解调出时间信息并显示出来，从而使BPC电波钟与国家授时中心的标准时间保持高度同步。能够准确接收到BPC授时信号并解码是关键的一步，本文采用专用的接收天线来接收授时信号，用集成芯片从载波中提取出调制信号，在此成功基础上进行单片机解码处理模块、液晶显示模块、手动设置模块以及闹钟功能模块的设计。

本文设计的系统经过多次测试，能完成预期的功能，通过验收。

关键词：51单片机 BPC 低频时码 电波钟

Design and implementation of BPC time digital clock

Abstract

BPC is the encoding format of low frequency timing technology in China. Nowadays, people pay more and more attention to the research of time service technology, which can provide standard time signal and frequency signal with analog and digital modes at the same time, with wide coverage, small loss and high phase stability. It is an ideal time service technology. It is widely used in power grid synchronization, medium and low precision military, communication network, survey, aerospace and other industries.

BPC radio frequency clock is a typical representative of low frequency time code receiver. Its working principle is that the standard time signal is encoded by the time service center and sent out by the low frequency carrier (68.5khz) in the way of long radio wave. The receiving system automatically receives the time service radio wave, and then designs a single-chip microcomputer program to demodulate and display the time information, so as to keep the BPC radio wave clock highly synchronized with the standard time of the national time service center. It is a key step to receive BPC timing signal accurately and decode it. In this paper, a special receiving antenna is used to receive the timing signal, and an integrated chip is used to extract the modulation signal from the carrier. Based on this success, the SCM decoding processing module, LCD display module, manual setting module and alarm function module are designed.

After many tests, the system designed in this paper can complete the expected function and pass the acceptance.

Key Words：51 single chip microcomputer; BPC; Low frequency time code;Radio clock

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 设计背景和意义 1

1.2 授时技术的发展历史及现状 1

1.3 论文内容的安排 2

第二章 基本功能和总体架构 4

2.1 基本功能 4

2.1.1 BPC授时数字钟的工作原理 4

2.1.2 实现的基本功能 4

2.2 总体实现方案 4

第三章 系统的硬件设计 6

3.1 BPC电波接收模块设计 6

3.1.1 BPC授时信号的编码格式分析 6

3.1.2 接收系统的选择和说明 7

3.1.3 电路设计 9

3.2 数字解码模块设计 9

3.2.1 单片机选型 9

3.2.2 电路原理设计 10

3.2.3 核心功能分析： 12

3.3 实时时钟模块设计 13

3.3.1 DS1302实时时钟 13

3.3.2 时钟模块电路设计 15

3.4 显示模块设计 15

3.4.1 LCD1602 15

3.4.2 显示模块的电路设计 17

3.5 闹钟检测模块设计 17

3.5.1 按键功能设置 17

3.5.2 闹钟设置 17

第四章 系统的软件设计 19

4.1 开发环境 19

4.2 BPC授时数字钟程序主流程图 19

4.3 核心解码程序设计 21

4.3.1 外部中断服务程序 21

4.3.2 定时器中断服务程序 23

4.3.3 BPC解析程序 24

4.4 手动设置时间程序设计 25

4.5 显示模块程序设计 27

4.5.1 DS1302时间的设置与读取 27

4.5.2 LCD显示程序 27

第五章 系统的连接与测试 29

5.1 硬件制作 29

5.2 软件调试 29

5.3 结果分析 30

5.3.1 测试结果 30

5.3.2 分析结论 31

第六章 总结与展望 32

6.1 总结 32

6.2 进一步的展望 32

参考文献 33

致谢 35

第一章 绪论

本此所设计的BPC授时数字钟主要以低功耗的单片机为控制核心，能实现高同步计时。本章主要概述了课题设计背景和意义，同时介绍了授时技术的发展历史和现状，并对论文的主要安排内容做了简要阐述。

1.1 设计背景和意义

随着现在社会的生活节奏不断加快，时间观念对于每一个人来说都是非常重要的，在一些重要场合，误差在0.01秒之间，结果也会失之千里，授时技术的研究也越来越受到人们的重视。目前主要的授时技术有很多，例如GPS授时技术、电话拨号授时技术、短波授时技术、低频时码授时技术等^[1]。其中低频时码授时技术，其具有覆盖范围广，相位稳定度小，损耗小，接收系统简单价廉等优点，被广泛应用于航天，勘察，电网、通信同步，军事和科学实验等行业当中^[2]。

由国际电信联盟（IUT）推荐的低频授时技术，能满足人们对标准时间的需求。在民用行业，电波钟作为低频时码接收端的典型代表。2006年国家建设“国家授时中心低频时码连续发播台”，位于河南，呼号为BPC^[3]。该发播台将时间信号编码，再以无线电长波的形式发出去。设计的系统需要正确接收此信号，然后进行解调解码，显示出时间信息，与国家标准时间保持高度同步^[4]。现在很多产品的时钟源采用的是晶体振荡器，但原有的时间会因为更换电池时丢失，再加上电子部件的精度影响，会带来一定时间误差。而BPC授时数字钟技术的设计，就可以满足生活和工作中对于时间的精确性和统一性的要求。

1.2 授时技术的发展历史及现状

现在主要的授时技术包括：

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