第7章时钟系统PPT讲稿.ppt

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1、第7章时钟系统第1页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统时钟系统的分类时钟系统的分类按内容分绝对时钟系统相对时钟系统按实现方法分硬件时钟系统软件时钟系统第2页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.1 7.1 硬件时钟硬件时钟 按接口方式来分类，硬件时钟芯片接口可分为并行按接口方式来分类，硬件时钟芯片接口可分为并行接口和串行接口两类。接口和串行接口两类。并行接口时钟芯片并行接口时钟芯片引脚较多(如MCl46818)，功能齐全，除提供日历时钟数据外，还可以周期的脉冲

2、输出，作为中断信号来同步单片机内部的时钟数据。串行接口时钟芯片串行接口时钟芯片引脚较少(如DS1302)，通常不提供脉冲输出，软件系统通过读操作来获取日历时钟信息。第3页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.1.1 DS1302串行时钟芯片概述串行时钟芯片概述 DS1302是DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片。具有六大特点:超强时钟计算调整能力；关机关键数据保存功能；引脚数量少；工作电压范围宽；读写数据可选单字节多字节传输备份电源具有可选涓流充电能力第4页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪

3、器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统图71 DSl302与单片机的连接cc 2：主电源输入端cc1：备用电源输入端X1，X2：接高频晶振GND：接地断CE：控制端，高电平能读写，低电平禁止读写I/O：串行数据I/O端SCLK：串行时钟输入端第5页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统 DSl302进行一次读写操作的过程：1.首先将CE控制端置高电平,使能读写;2.接着向DSl302写入1字节命令码命令码(格式如图格式如图7-2);3.随后才能写入数据字节或读取数据字节;4.每个字节在串行时钟SCLK的上升沿

4、,从低位到高位分8次进行串行读写;在串行时钟SCLK的下降沿,分8次向IO端口输出1位数据;5.读写结束后，必须将CE置低电平,禁止读写。第6页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统图7-2 DSl302命令码格式 最高位(位7)必须为逻辑1，则能把数据写入DSl302中；位6为0表示读写对象为日历时钟，为1表示读写对象为数据RAM；位51指示读写单元的地址；最低位(位0)为0表示要进行写操作，为1表示要进行读操作。第7页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.1.

5、2 时钟数据的写入程序设计时钟数据的写入程序设计 首先定义单片机与首先定义单片机与DSl302的连接的连接；其次还要分配其次还要分配8个连续单元来保存日历时钟数据个连续单元来保存日历时钟数据(先定义首地址,再按秒分时日月星期年分配地址,并分配允许写控制单元)；最后在最后在DSl302第一次第一次 工作时工作时,需要对芯片时钟初始化；工需要对芯片时钟初始化；工作一段时间后，需要校准时钟数据。主要动作就是将实际作一段时间后，需要校准时钟数据。主要动作就是将实际时间写入芯片时间写入芯片（先键盘写入实际时间数据，并保存到缓冲区对应变量中，然后调用编写好的子程序即可）。第8页，共26页，编辑于2022年

6、，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.1.3 时钟数据的读取程序设计时钟数据的读取程序设计 读取多字节时钟数据，直接掉用已经写好的RDRTC子程序即可完成；调用前应在系统初始化程序中加入两条指令（作用：将需要的字节存放在R3中）。指令代码见书。若直接读取单字节数据，直接使用对应的命令码来完成。指令代码见书。第9页，共26页，编辑于2022年，星期一MC146818的结构特点的结构特点第10页，共26页，编辑于2022年，星期一第11页，共26页，编辑于2022年，星期一第12页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第

7、7章章 时钟系统时钟系统7.2 软件时钟软件时钟 相对于时钟芯片构建的硬件时钟系统，使用单片机内部定时器构建的时钟系统称为软件时钟系统。在软件时钟系统中，定时器按定时周期产生固定间隔的中断，每中断一次，相当于一个时钟节拍。软件时钟主要用来构建相对时钟系统。第13页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统 软件时钟系统的设计要点：1）定时周期的设定：定时周期就是时钟系统的时间分辨率。合理设定定时周期是设计时钟系统的关键，定时周期的上限由系统中对时间分辨率要求最高的任务决定。定时周期不能过长或过短！2）时钟单元的安排：根据系统对时钟的要

8、求，在RAM中开辟若干单元作为时钟数据存放区。第14页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.2.2 软件时钟的运行软件时钟的运行 时钟的运行由初始化、启动和正常运行3个阶段构成。时钟系统的初始化是系统初始化中的一个组成部分，包括对时间值的初始化、设置定时器工作方式、设置中断和设置时间常数。时钟的运转是依靠定时中断子程序对时钟单元数值进行调整来实现的,其基本过程如书上图73所示。第15页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统第16页，共26页，编辑于2022年，星期

9、一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.3 时钟的使用时钟的使用7.3.1 定时任务管理定时任务管理 智能仪器和其它电子产品中,各种任务的启动和撤除均由硬件时钟芯片构建的绝时钟系统来控制;实际程序运行中,将当前时刻与任务时刻表进行比较，如果当前时刻出现在表中，便执行表中规定的动作；否则就不进行操作。“定时任务管理”程序包含3项内容：1）决定当前是否有必要查表。根据任务时刻表中任务时间间隔，将任务点安排在时间间隔点上，避免一些不必要的查表时间。第17页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统2）进行查表

10、操作：操作时间数据是多字节数据，以当前时刻的编码作为查找对象，在任务时刻表中进行查找；3）输出状态码：如果当前时刻的编码在表格中出现，就可以从状态码表格对应位置读新的状态码，并用这个状态码刷新系统的状态码；否则，维持系统的状态码不变。定时任务管理”程序流程图如图7-4所示。第18页，共26页，编辑于2022年，星期一第19页，共26页，编辑于2022年，星期一 绝对时钟 时刻代码 任务号 状态码 7#6#5#4#3#2#1#0#5时之前 0 O 0 0 O 0 0 0 00H 5：00t00 20(14H)1 0 1 0 0 0 0 1 0A1H 5：30：00 22(16H)1 0 1 l

11、0 0 1 0 082H 6c00：00 24(18H)0 0 1 1 0 1 1 0 36H 7：15：00 29(1DH)0 1 0 1 0 1 1 0 56H 12：00：00 48(30H)0 1 0 0 0 1 0 1 45H 13：30：00 54(36H)0 1 1 0 1 1 0 0 6CH 15：00：00 60(3CH)0 1 1 0 1 0 0 0 68H 15c45c00 63(3FI1)1 1 1 1 0 1 0 0 0F4H 17c00：00 68(44H)1 0 0 1 0 1 0 1 95H 18：00：00 72(48H)0 0 0 1 0 0 1 O 12H

12、 20：45：00 83(53H)0 0 0 0 0 0 0 0 00H第20页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.3.2 时间间隔的测量 测量两个时刻之间的间隔时，只要分别记录下两个时刻的时钟数据，后将后一个时刻的时钟数据减去前一个时刻的时钟数据即可。注意：注意：(1)当两个时刻相隔很久(数月甚至数年)时，需要处理诸如闰年、闰月、大小月等问题；(2)当两个时刻相隔较长(数小时)且计算结果需要以秒为单位时，需要处理诸如六十进、十进制和十六进制之间的转换问题；（3）当两个时刻相隔较短且测试精度要求比时钟系统的节拍高时，不能依靠

13、时钟系统数据，必须使用独立的定时器来检测。第21页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统7.3.2 时间长度的控制 应用系统中有很多过程控制只与相对时间有关，此类问题只需要相对时钟系统控制。由于相对时钟系统的运行速度与绝对时钟一致，但数值完全独立，这就要求相对时钟必须另外开辟存放单元。在使用相对时钟时，先要初始化，再开始计时，计时到后便可触发指定操作。第22页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统 相对时钟（闹钟）用于时间长度的控制方法相对时钟（闹钟）用于时间长度的控

14、制方法 首先，建立相对时钟（根据时间间隔的最大值和最小值，找出所有定时间隔的最大公约数，规划时钟的存放格式和定时分辩率）。其次，运行相对时钟时，保持和绝对时钟一致（调整绝对时钟的同时调整相对时钟）在使用相对时钟时，先要初始化，再开始计时，计时到后便可触发指定操作。第23页，共26页，编辑于2022年，星期一例子：热处理工艺中闹钟定时分辨率的问题例子：热处理工艺中闹钟定时分辨率的问题热处理工艺需要控制4个工艺过程，时间间隔分别为15 min、35 min、120 min、130min。最大定时间隔为130min，最小定时间隔为15 min，各间隔的最大公约数为5 min。我们就可以这样来建立一个

15、闹钟。定义一个贮存单元ALRM，每5 min对该单元调整一次(十六进制的加1或减1)，然后将各种定时间隔都按5 min进行归一化核算，如15 min为03H，35min为07H，120 min为18H，130min为1AH等。由于这里最大定时间隔为1AH(26)个时间单位(5min)，离1字节能表示的范围相差太远，还有很大潜力可以挖掘。如果我们以1min作为定时单位，最大可定时间隔限制在254 min(4个多小时)，仍然可以用1字节来作为闹钟单元，而为将来调整工艺带来更大的灵活性，使定时分辨精度从5min提高到l min。第24页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原

16、理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统 闹钟的计时方式有正计时和倒计时两种，正计时到指定数目或倒计时到0就可触发指定操作。如何避免闹钟象绝对时钟那样不停运转，而导致误动作呢？在闹钟初始化时同时置位一个软件标志，允许闹钟运行。在到达特定时刻时(例如整分)，先查看该软件标志，如果标志置位，则对闹钟的数值进行调整；否则跨过闹钟功能模块。在闹钟定时间隔到达后，一方面唤醒有关作业，另一方面使闹钟复位，并同时清除该软件标志，使闹钟“停摆”，从而避免闹钟误闹。第25页，共26页，编辑于2022年，星期一智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第7章章 时钟系统时钟系统课后复习题课后复习题1.硬件时钟硬件时钟DS1302芯片的特点是什么芯片的特点是什么?2.DS1302芯片芯片8位命令码的含义位命令码的含义?3.时钟数据的写入和读出程序设计步骤时钟数据的写入和读出程序设计步骤?4.软件时钟定时周期的设定原则软件时钟定时周期的设定原则?5.时钟系统的主要用途时钟系统的主要用途?(三方面三方面)6.如何避免闹钟象绝对时钟那样不停运转，从而导致如何避免闹钟象绝对时钟那样不停运转，从而导致误动作呢？误动作呢？7.设计一有设计一有”分秒时日月分秒时日月”的软件时钟系统的软件时钟系统?(不提问不提问,编程编程)第26页，共26页，编辑于2022年，星期一