基于单片机数字钟设计及时间校准研究.docVIP

PAGE 基于单片机的数字钟设计及时间校准研究﹡ 摘要 用单片机来设计数字钟，软件实现各种功能比较方便。但因软件的执行需要一定的时间，所以就会出现误差。对比实际的时钟，查找出误差的来源，并作出调整误差的方法，使得误差近可能的小，使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内。 关键词 显示消影;事件触发;误差分析 中图分类号： TP365.1 0．引言 在信息技术急速发展的今天，计算机科学日新月异。而单片机作为计算机科学的一个分支，在微机控制领域得到长足发展。在计算机网络，通讯方面是微机的天下；而在微控制领域，小到电子表，大到家用电器，到处都有单片机的用武之地。 1．系统原理分析 系统设计中用到 89 C52 单片机的部分功能：包括内部定时器，键盘扩展，程序中断, 串口通信等。用一个四联体的共阴极八段显示器，可通过一个输入／输出口作为显示器数据发送端；另一个输入／输出口的四位作为显示器各位的片选信号，另四位作为键盘扩展口使用。采用一个频率为 11.0592 MHz 的晶振构成时钟电路。系统原理图如图 1 ： 图1 系统原理图 2．软件实现与流程 2.1 主程序 由于系统的主要功能都是有程序中断来完成的，主程序基本上没什么事可做，但因键盘扫描是通过程序查询的方式实现的，所以主程序只循环扫描键盘。主程序流程图如图2所示： 2.2 定时和串口程序 定时和串口都是中断响应程序，它们的调用都是系统执行过程中采用中断事件触发产生(中断部分处理如图3所示)。定时中断是周期性发生的，而串口中断则须串口有数据传输才发生中断。定时程序是整个系统的核心代码，这段代码不光涉及到显示，还涉及到系统计时, 这段代码的优劣关系到整个系统的可靠性，后面还将详细讨论。为初步减小系统误差, 置定时初值一定要在程序开始就设置。 收稿日期：2005-01-05 陈姚节 28 岁，男，硕士，助教，主要研究领域为数据通信和设备驱动开发 ﹡国家863计划项目资助（批准号：2003AA414011） 图2 主程序流程图 图3 中断程序流程图 2.3 数据的显示与刷新 更新显示器涉及到两个操作：发数据和改片选信号。但实践发现，代码中无论是先改片选信号还是先发数据信号，都会出现重影（即相邻两位显示差不多）这也是动态扫描引起的。实践先该片选，则前一位的数据会在下一位显示一段时间；先发数据，则后一位的数据会在前一位显示一段时间。因而出现重影。解决这个问题的办法是先进行一个消影操作，然后再发片选，最后发数据。这样就很好地解决了重影问题。这样做的关键在于，在极短的一段时间内让显示器都不亮，等一切准备工作都做好了以后再发数据，只要显示频率足够快，是看不出显示器有闪烁的（程序用定时中断频率作为显示更新频率，在表 1 中，只当更新率??00 赫兹时，才发现显示器有闪烁）。这段显示程序代码如下： P1=0 x00; // 消影 P2=选择[选择];// 发片选信号 codetmp=acode[ echoarray[选择]]; 如果 (选择 ==2mod==0dotflag)// 判断是否显示 . codetmp|=0 x80; P1=codetmp; // 发数据 选择=++选择%4; // 片选计数器下移 2.4 键盘响应程序 键盘处理程序流程相对简单，只是简单的判键与处理。这里不再给出流程图。所谓键盘消抖就是一次按建的多次响应问题。当然，一般一次按建只须响应一次，但有的时候需要多次响应，如系统进入修改模式，数字的增减。当出现这种问题时，用户的一次击键是作为一次还是多次处理，必须有一个标准。程序中我用到了一个标志位，相当于中断系统的中断标志。当用户按下键时，标志清零，松开键时，标志恢复；键按下超过一定时间（靠一扫描计数器判定）后，恢复标志，则经过一定的时间延迟（也靠一扫描计数器判定）可以响应一次按键（即一次按键的多次响应）。而事实上，键盘响应程序就是一个事件触发器，键盘的每一个状态（按下，松开, 点击）都可能引发一段响应程序（如：重新设定键按下 = 准备复位；松开= 系统复位）。这里的时间延迟靠的是指令计数，由于受硬件中断等不确定因素影响，这个延迟一般不准确，但通过实践测试，可以找到一些合适的值。 3．系统性能测试与功能说明 3.1 定时计数器的初始值设置公式推导 系统中所选用的晶振的频率为fosc，则机器周期为：公式1： [2] 设定时器要求的中断频率为k,计数器位数为n,则定时计数器的初值X设置有如下公式：[2] 。于是：原始公： 而实验测得的数据显示，这个公式所得的结果并不可靠：（下表中的所有数据都是在计数器初始值严格按照原始公式给出的条件下测得，