利用C51實(shí)現(xiàn)T0精確定時

1、KeilC51實(shí)現(xiàn)TO精確定時（通過對定時器的誤差分析和校正）利用89C51設(shè)計一個簡易日歷時鐘系統(tǒng)，時鐘系統(tǒng)硬件主要由單片機(jī)控制的計時電路、復(fù)位等輔助電路、按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路、電源系統(tǒng)等組成。日歷時鐘可以顯示年、月、時、分、秒；可以設(shè)置年、月、時、分其中計時控制電路由AT89C51單片機(jī)控制；按鍵電路包含時間設(shè)置；時間顯示屏電路由7個數(shù)碼管組成；電源系統(tǒng)由小功率整流濾波穩(wěn)壓電路組成，輸出直流電壓5V,向主電路及顯示電路供電。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1日歷時鐘系統(tǒng)框圖在計時過程中，系統(tǒng)利用89C51自身的計時器TO作為時鐘基準(zhǔn)，計時器中斷的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度，因此獲取精確的定時

2、時鐘信號成為該系統(tǒng)的關(guān)鍵。MCS-51單片機(jī)內(nèi)有2個可編程的16位定時器/計數(shù)器，在本系統(tǒng)設(shè)計中采用AT89C51的定時器TO，并工作在方式1下，晶振頻率為12MHz。1TO定時中斷定時器/計數(shù)器TO工作方式1的電路邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。TO定時特性功能寄存器由TLO（低8位）和TH0（高8位）構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD控制定時寄存器的工作方式；TCON則用于控制定時器TO和T1的啟動和停止計數(shù)，同時管理定時器TO和T1的溢出標(biāo)志等。程序開始時需對TLO和THO進(jìn)行初始化編程，以定義它們的工作方式，并控制TO和T1的計數(shù)。在系統(tǒng)的設(shè)計中，計時單位以s為基準(zhǔn)，并要求日誤差10s,如果用循環(huán)去做，

3、無法滿足精度要求。選用12MHz的晶體可得到1s的精度，經(jīng)分析確定使用定時器O的方式1。這個方式下，定時器O是16位定時器，也就是最大定時值為FFFFH,12MHz晶體的每個定時周期為1S,最多可以定時FFFFHx1s=65635us，即使使用最大值也無法一次定時1s,設(shè)計中使用1次定時20ms，50次定時中斷得到1s。20ms定時中斷的定時值為：FFFFH-20ms/1s=B1DFH。圖2定時器/計數(shù)器工作方式1邏輯結(jié)構(gòu)2程序測試與調(diào)整在KeiluVision3平臺下利用C語言實(shí)現(xiàn)如下代碼：#includevreg52.h#defineucharunsignedcharuchardataMS

4、cond=0；/msuchardataScond=0；/suehardataMinute=0；/minuchardataHour=0；/hvoidmain(void)EA=1;允許CPU中斷ETO=1;/定時器0中斷打開TMOD=0 x1;設(shè)定時器0為方式1TH0=0 xB1;TL0=0 xDF;設(shè)定時值為20000us(20ms)TR0=1;/開始定時while(1);voidTime0(void)interrupt1using1TH0=0 xB1;/20ms斷點(diǎn)(1)TL0=0 xDF;設(shè)定時值MScond=MScond+1;if(MScond=50)MScond=0;Scond=Scon

5、d+1;if(Scond=60)Scond=0;Minute=Minute+1;分?jǐn)帱c(diǎn)(2)if(Minute=60)Minute=0;Hour=Hour+1;d,時斷點(diǎn)(3)if(Hour=24)Hour=0;首先調(diào)試每20ms中斷時的精度，在選項(xiàng)中設(shè)定調(diào)試晶振為12MHz,在(1)處設(shè)置一個斷點(diǎn)再運(yùn)行，這時記錄下每次中斷時的時間，如圖3所示。在初始化中費(fèi)時為551s，每一次中斷時間應(yīng)該考慮該項(xiàng)的影響。在實(shí)際處理中可以利用兩次中斷時間的差來作為定時器的中斷時間間隔。通過測試，得到第一次為0.02056800s，第二次為0.04058000s，第三次為0.06059200s。可以看出，每中斷一

6、次會比定時值長了12s。如果將斷點(diǎn)設(shè)定在(2)處，并通過LogicAnalyzertool，得到分鐘第一次中斷的時間為60.03657S,第二次中斷的時間為120.07257s，則每分鐘的實(shí)際時間為60.036S。再將斷點(diǎn)設(shè)定在(3)處，得到小時第一次中斷的時間為3602.160576S,第二次中斷的時間為7204.320576S,可以得到小時的實(shí)際時間為3602.16S,如圖4所示。為什么會產(chǎn)生這些誤差呢?通過對中斷程序的匯編源碼進(jìn)行分析，實(shí)際上中斷程序入堆棧時使用了兩條語句：PUSHACC和PUSHPSW。執(zhí)行人棧指令花費(fèi)了4個機(jī)器周期，加上重新對TH0和TL0的加載又用去2個機(jī)器周期，計

7、數(shù)值加1花費(fèi)了2個機(jī)器周期，中斷返回約4個機(jī)器周期共約12個機(jī)器周期。為了消除這些因素的影響，需要在對T0設(shè)置計數(shù)值時減去12個機(jī)器周期，將計算得到的初始值B1DFH加上12(0CH)得到：B1DFH+12=B1EBH作為新的定時器初值，修改后的程序?yàn)椋?includevreg52.h#defineucharunsignedcharuchardataMScond=0;/msuchardataScond=0;suchardataMinute=0;/minuchardataHour=0;/hvoidmain(void)EA=1;允許CPU中斷ET0=1;定時器0中斷打開TMOD=0 x1;設(shè)定時器

8、0為方式1TH0=0 xB1;TL0=0 xEB;設(shè)定時值為20000(20ms)減去12TR0=1;/開始定時while(1);voidTime0(void)interrupt1using1TH0=0 xB1;/20ms斷點(diǎn)(1)TL0=0 xDF;設(shè)定時值MScond=MScond+1;if(MScond=50)MScond=0;Scond=Scond+1;ifrScond=60)Scond=0;Minute=Minute+1;分?jǐn)帱c(diǎn)(2)if(Minute=60)Minute=0;Hour=Hour+1;時斷點(diǎn)(3)if(Hour=24)Hour=0；重新調(diào)試程序，仍然在選項(xiàng)中設(shè)定調(diào)試晶

9、振為12MHz,重新測試20ms定時器的實(shí)際時間，在(1)處設(shè)置一個斷點(diǎn)后運(yùn)行，重新記錄下每次中斷時的時間，如圖5所示。初始化時間為556s，為消除其影響，使用兩次中斷時間間隔來作為定時器實(shí)際獲得的基準(zhǔn)時鐘。得到一次中斷時的時間為0.02055600S,第二次為0.040556000第二次為0.06055600S,可以看出每次中斷間隔剛好20ms。如果將斷點(diǎn)設(shè)定在(2)處.并通過LogicAnalyzertoo，得到第一次中斷時時間為60.00057S,第二次為120.00057S,間隔剛好60s。將斷點(diǎn)設(shè)定在(3)處，得到第一次中斷的時間為3600.000578S,第二次中斷時間為7200.000578S,時間間隔為3600S,測試結(jié)果如圖6所示，完全可以滿足系統(tǒng)設(shè)計的需要。3總結(jié)通過對定時器的誤差分析和校正.可以提高系統(tǒng)的精確度。當(dāng)然.上面的分析是在軟環(huán)境下理想晶振頻率下實(shí)現(xiàn)的，在現(xiàn)實(shí)中會因晶振偏差等因素而造成誤差。在該測試中，主程序沒有進(jìn)行其他處理，而在日歷設(shè)計中還要涉及到計時器T1的中斷來完成對