基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)及時(shí)間校準(zhǔn)研究 陳姚節(jié)戴澤軍 （武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 430081 ） 摘要用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字鐘，軟件實(shí)現(xiàn)各種功能對(duì)比便利。但因軟件的執(zhí)行需要一定的時(shí)間，所以就會(huì)出現(xiàn)誤差。比較實(shí)際的時(shí)鐘，查找出誤差的來(lái)源，并作出調(diào)整誤差的方法，使得誤差近可能的小，使得系統(tǒng)可以達(dá)到實(shí)際數(shù)字鐘的允許誤差范圍內(nèi)。 1 , 串 使用。采用一個(gè)頻率為 11.0592 MHz 的晶振構(gòu)成時(shí)鐘電路。系統(tǒng)原理圖如圖 1 ： 圖1 系統(tǒng)原理圖 2軟件實(shí)現(xiàn)與流程 2.1 主程序 由于系統(tǒng)的主要功能都是有程序中斷來(lái)完成的，主程序基本上沒(méi)什么事可做

2、，但因鍵盤(pán)掃描是通過(guò)程序查詢(xún)的方式實(shí)現(xiàn)的，所以主程序只循環(huán)掃描鍵盤(pán)。主程序流程圖如圖2所示： 2.2 定時(shí)和串口程序 2.3 數(shù)據(jù)的顯示與刷新 更新顯示器涉及到兩個(gè)操作：發(fā)數(shù)據(jù)和改片選信號(hào)。但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，代碼中無(wú)論是先改片選信號(hào)還是先發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)，都會(huì)出現(xiàn)重影（即相鄰兩位顯示差不多）這也是動(dòng)態(tài)掃描引起的。實(shí)踐先該片選，則前一位的數(shù)據(jù)會(huì)在下一位顯示一段時(shí)間；先發(fā)數(shù)據(jù)，則后一位的數(shù)據(jù)會(huì)在前一位顯示一段時(shí)間。因而出現(xiàn)重影。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是先進(jìn)行一個(gè)消影操作，然后再發(fā)片選，結(jié)果發(fā)數(shù)據(jù)。這樣就很好地解決了重影問(wèn)題。這樣做的關(guān)鍵在于，在極短 的一段時(shí)間內(nèi)讓顯示器都不亮，等一切準(zhǔn)備工作都做好了以后再發(fā)數(shù)據(jù)，

3、只要顯示頻率足夠快，是看不出顯示器有閃爍的（程序用定時(shí)中斷頻率作為顯示更新頻率，在表 1 中，只當(dāng)更新率?00 赫茲時(shí)，才發(fā)現(xiàn)顯示器有閃爍）。這段顯示程序代碼如下： P1=0 x00; / 消影 作為一次還是屢屢處理，務(wù)必有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。程序中我用到了一個(gè)標(biāo)志位，相當(dāng)于中斷系統(tǒng)的中斷標(biāo)志。當(dāng)用戶(hù)按下鍵時(shí)，標(biāo)志清零，松開(kāi)鍵時(shí)，標(biāo)志恢復(fù)；鍵按下超過(guò)一定時(shí)間（靠一掃描計(jì)數(shù)器判定）后，恢復(fù)標(biāo)志，則經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間延遲（也靠一掃描計(jì)數(shù)器判定）可以響應(yīng)一次按鍵（即一次按鍵的屢屢響應(yīng)）。而事實(shí)上，鍵盤(pán)響應(yīng)程序就是一個(gè)事件觸發(fā)器，鍵盤(pán)的每一個(gè)狀態(tài)（按下，松開(kāi), 點(diǎn)擊）都可能引發(fā)一段響應(yīng)程序（如：重新設(shè)定鍵按下 =

4、準(zhǔn)備復(fù)位；松開(kāi)= 系統(tǒng)復(fù)位）。這里的時(shí)間延遲靠的是指令計(jì)數(shù)，由于受硬件中斷等不確定因素影響，這個(gè)延遲一般不確切，但通過(guò)實(shí)踐測(cè)試，可以找到一些適合的值。 3系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明 3.1 定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始值設(shè)置公式推導(dǎo) 系統(tǒng)中所選用的晶振的頻率為fosc ，則機(jī)器周期為：公式1： 2 設(shè)定時(shí)器要求的中斷頻率為k,計(jì)數(shù)器位數(shù)為n,則定時(shí)計(jì)數(shù)器的初值X 設(shè)置有如下公式：k X n t /1)(*20=- 2 。于是：原始公： 而試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)顯示，這個(gè)公式所得的結(jié)果并不可靠：（下表中的所有數(shù)據(jù)都是在計(jì)數(shù)器初始值嚴(yán)格依照原始公式給出的條件下測(cè)得，以個(gè)人計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘為標(biāo)準(zhǔn)）。從表 1 中的數(shù)據(jù)可知，

5、嚴(yán)格依照原始公式得出的計(jì)數(shù)初值是存在極大誤差的，這個(gè)誤差總使系統(tǒng)時(shí)間變慢，而且，系統(tǒng)時(shí)間的誤差值隨著每秒中斷次數(shù)的增多而增大，隨計(jì)時(shí)總長(zhǎng)的增長(zhǎng)而增大，并且總是成比例（在誤差允許的范圍內(nèi)）。這就是說(shuō)，系統(tǒng)的誤差跟每秒中斷次數(shù)和個(gè)人計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)的乘積（即中斷總次數(shù)）成正比。也就是說(shuō)，每次中斷計(jì)時(shí)的時(shí)間誤差是一個(gè)常數(shù)。 誤差來(lái)源分析 不考慮晶振等固件的誤差，則系統(tǒng)機(jī)器周期可以由公式 1 確切給出，因而系統(tǒng)誤差不可能來(lái)自于硬件，而應(yīng)當(dāng)主要來(lái)自于軟件方面。系統(tǒng)每次調(diào)用定時(shí)中斷程序的過(guò)程中，硬件并沒(méi)有自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)定時(shí)周期，而是在調(diào)用中斷程序以后由軟件置數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而在程序 表1 系統(tǒng)時(shí)間校正測(cè)試數(shù)據(jù)

6、調(diào)用過(guò)程中，堆棧建立，參數(shù)傳遞等都是需要耗時(shí)的，而這些時(shí)間都被無(wú)形中加到了定時(shí)長(zhǎng)度中去。所以，使得每次定時(shí)長(zhǎng)度都大于理論推導(dǎo)值，在宏觀(guān)上表現(xiàn)出來(lái)就是系統(tǒng)比理 論計(jì)算出來(lái)的結(jié)果變慢了（這于表格 1 所得的結(jié)論恰好一致）。另外，由于系統(tǒng)每次調(diào)用中斷處理程序所執(zhí)行的操作都是一致的，也就是說(shuō)，系統(tǒng)每次定時(shí)的時(shí)間誤差應(yīng)當(dāng)是一個(gè)常數(shù)（這也恰好跟試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合）。由上面的數(shù)據(jù)和分析可知，原始公式應(yīng)當(dāng)修改為：公式2： 則由表格 1 ，關(guān)于的計(jì)算公式如下：公式3： 由表格 1 數(shù)據(jù)，實(shí)際中要求 k 最小，而又不影響顯示效果，才能使誤差越小，故實(shí)測(cè)中取 k=160 。根據(jù)表格一計(jì)算得 20 （所用晶振頻率為 11

7、.0592 MHz ）。按表 1 的試驗(yàn)方法，得表 2 ： 表2 參數(shù)優(yōu)化后的計(jì)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù) 這些數(shù)據(jù)較表 1 已有很大確切性，但與實(shí)際應(yīng)用還有一定差距。末兩行是根據(jù)前面參數(shù)規(guī)律稍做改動(dòng)得到的, 與公式 2 有一定出入, 但與個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間已經(jīng)相當(dāng)接近。由于表 1 的數(shù)據(jù)本身是肉眼估出來(lái)的，本身就帶有很大的誤差，實(shí)際運(yùn)用可用縝密儀器得到表 1 數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)參數(shù)可以更進(jìn)一步接近實(shí)用值。 3.2 系統(tǒng)功能與操作說(shuō)明 主要功能：二十四進(jìn)制時(shí)間顯示 ( 時(shí)、分), 秒以.的閃爍表示；電子跑表計(jì)數(shù)功能； 連續(xù)發(fā)送四位十六進(jìn)制數(shù)，依次為時(shí)的高，低位，分的高, 低位。完成后秒自動(dòng)復(fù)位。輔助功能：鍵盤(pán)共

8、 4 個(gè)鍵，從左到右依次標(biāo)名為向上的，向下的,組，重新設(shè)定, 用來(lái)修改和設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘。同時(shí)還可以通過(guò)串口來(lái)修改和設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘。 4結(jié)論 系統(tǒng)的功能完全符合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示, 系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)完全達(dá)到了實(shí)際電子鐘的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性：添加 A/D 轉(zhuǎn)換器可更改成數(shù)值儀表，而添加 D/ 轉(zhuǎn)換器則可以設(shè)計(jì)成波形發(fā)生器，同時(shí)擴(kuò)展串口的功能可以道到很好的計(jì)算機(jī)操縱系統(tǒng)。系統(tǒng)擴(kuò)展圖如下： 圖4 系統(tǒng)功能擴(kuò)展原理圖 Its very convenient to use a SCM to design a digital clock with software. But the error will easy come out with the time run by software.To contrast with the real clock and find the reason which