时钟系统

智能仪器原理与设计------第7章 时钟系统
7.1.3 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。
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(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,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I／O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。
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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。
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7.2 .2 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7—3所示。
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第7 章
目录:
时钟系统
7.1 硬件时钟
7.2 软件时钟
7.3 时钟的使用
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时钟系统的分类
绝对时钟系统
按内容分
相对时钟系统
硬件时钟系统
按实现方法分
软件时钟系统
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7.1 硬件时钟
定时任务管理”程序流程图如图7-4所示。
绝对时钟
时刻代码
任务号 7# 6# O 5# 0 4# 0 3# O 2# 0 1# 0 0# 0
状态码
5时之前
0
00H
5：00t00
5：30：00 6c00：00 7：15：00 12：00：00 13：30：00
20(14H)
22(16H) 24(18H) 29(1DH) 48(30H) 54(36H)
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相对时钟（闹钟）用于时间长度的控制方法
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。
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。
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2）进行查表操作：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。
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7.1.2 时钟数据的写入程序设计
首先定义单片机与DSl302的连接； 其次还要分配8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DSl302第一次 工作时,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）。
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7.3 时钟的使用 7.3.1 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 ：
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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
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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求，
在RAM中开辟若干单元作为时钟数据存放区。
1
1 0 0 0 0
0
0 0 1 1 1
1
1 1 0 ／ 0 1
0
l 1 1 0 0
0
0 0 0 0 1
0
0 1 1 1 1
0
1 1 1 0 0
1
0 0 0 1 0 '
0A1H
082H 36H 56H 45H 6CH
15：00：00
15c45c00 17c00：00
60(3CH)
63(3FI"1) 68(44H)
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。 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 。
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。
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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5—1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。
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7.1.1 DS1302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:
①超强时钟计算调整能力；②关机关 键数据保存功能；③引脚数量少；④工作 电压范围宽；⑤读写数据可选单字节多字 节传输⑥备份电源具有可选涓流充电能力
MC146818的结构特点
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7.2 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 。
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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 。
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课后复习题 1.硬件时钟DS1302芯片的特点是什么?
2. DS1302芯片8位命令码的含义?
3.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?
5.时钟系统的主要用途?(三方面) 6.如何避免闹钟象绝对时钟那样不停运转，从 而导致误动作呢？ 7.设计一有”分秒时日月”的软件时钟系 统?(不提问,编程)
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Ｖcc 2 ：主电源输入端
Ｖcc1：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
图7－1 DSl302与单片机的连接
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0
1 1
1
1 0
1
1 0
0
1 1
1
0 0
0
1 1
0
0 0
0
0 1
68H
0F4H 95H
18：00：00
20：45：00
72(48H)
83(53H)
0
0
0 ^
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
O
0
12H
00H
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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：(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 时钟系统数据，必须使用独立的定时器来检测 。