基于的电子时钟设计.docx
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基于的电子时钟设计
一、设计功能
时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。
怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？
这就要求人们不断设计出新型时钟。
现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。
时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。
在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：
一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：
一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：
DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。
二、系统设计思路
本系统主要有四大部分两大模块组成，分别是硬件模块①电源，②晶振，③S3C2440处理器和软件模块时钟模块（主要由LCD提供功能）。
（1）时钟模块设计
本模块是电子时钟功能实现的主要模块，也是本次课程设计的核心模块，本模块实现的功能主要有：
时间计时，钟面时间显示，数字时间显示。
其中，时间计时功能和在LCD上显示数字钟显示功能较易实现，之前的单片机课程设计和HDL课程设计均有所涉及。
计时使用S3C44B0X内部时钟脉冲和分频实现，在LCD上显示数字钟显示使用LCD数字显示功能实现。
除此之外，需要在整个移植后的系统中初始化堆栈并设定任务，通过任务完成时钟的各项功能。
（2）S3C2440处理器的应用
通过对S3C2240处理器的学习，可以利用其内部的RTC单元和LCD控制器，外接LCD模块、晶振和电源实现电子实时时钟的功能。
主要实现方法为：
通过电源和晶振保证处理器的正常工作和时钟来源，通过编程设定RTC单元的工作模式，实现实时时钟的功能；然后根据所要求显示的图形效果，编写程序设定LCD控制器的相应寄存器，将RTC单元和LCD控制器合理有效地结合起来；最终由LCD模块作出相应动作，完成实时时钟的显示功能。
系统设计总体框图如图2-1所示
图2-1系统设计框图
三、详细设计
1、硬件设计
（1）S3C2440处理器简介
S3C2440是SANSUNG公司推出的一款功能强大、功耗较低的基于ARM920T为核心的嵌入式处理器。
它满足了小型手持设备和普通应用要求的低功耗和高性能需求，是一种实用的小型芯片微控制器。
为了进一步降低系统的成本，S3C2440芯片还提供了非常丰富的内部设备，基于ARM920T内核，S3C2440支持JTAG仿真器调试，并且具备了16KB的指令缓存和数据缓存。
此外，之前也介绍过了它支持WinCE、uc/os和Linux等操作系统，具有很强的扩展能力。
S3C2440具有MMU功能，支持有外部存储控制器，可提供访问外部存储器所需要的存储器控制信号
（2）RTC存储寄存器
实时时钟（RTC）器件是一种能提供日历/时钟、数据存储等功能的专用集成电路，常用作各种计算机系统的时钟信号源和参数设置存储电路。
RTC具有计时准确、耗电低和体积小等特点，特别适用于在各种嵌入式系统忠记录事件发生的时间和相关信息，尤其是在通信工程、电力自动化、工业控制等自动化程度较高领域的无人职守环境。
随着集成电路技术的不断发展，RTC器件的新品也不断推出。
这些新品不仅具有准确的RTC，还有大容量的存储器、温度传感器和A/D数据采集通道等，已成为集RTC、数据采集和存储于一体的综合功能器件，特别适用于以微控制器为核心的嵌入式系统。
S3C2440实时时钟单元是处理器集成的片内外设。
由开发板上的后备电池供电，可以在系统电源关闭的情况下运行。
RTC发送8位BCD码数据到CPU。
传送的数据包括秒、分、小时、星期、月份和年份。
RTC单元时钟源由外部32。
768kHz晶振提供，可以实现闹钟（报警）功能。
访问RTC模块的寄存器，首先要社RTCCON的位0位1。
CPU通过读取RTC模块中寄存器BCDSEC、BCDMIN、BCDHOUR、BCDDAY、BCDDATE、BCDMON和BCDYEAR的值，得到当前的相应时间值。
但是，由于多个寄存器一次读出，所以由可能产生错误。
例如：
用户一次读取年（1989）、月（12）、日（31）、时（23）、分（59）、秒（59）。
当秒数位1～59时，无任何问题；但是，当秒数位0时，当前时间和日期就变成了1990年1月1日0时0分。
在这种情况下（秒数位0），用户应该重新读取年份到分钟的值。
（3）电源
RTC单元可以使用后后备电池通过引脚RTCVDD供电。
当系统关闭电源以后，CPU和RTC的接口电路被阻断。
后备电池只需要驱动晶振和BCD计数器，从而达到最小功耗。
2、软件设计
（1）LCD模块
本模块的主要功能完成LCD的初始化，加载LCD驱动程序，使LCD与S3C2440实现对接，完成显示功能。
目前，许多常用的LCD模块一般自身都不带有字库，而实际应用中人机界面又经常需要显示中英文字符。
对于不带字库的LCD模块显示字符的解决方法通常是利用字模提取软件来进行预处理，即将系统中可能用到的字符一一将其字模提取出来，并将字模数据存放在程序空间中。
该方法只适用于显示字符固定且数量较入式系统中，灵活性差。
考虑到嵌入式系统一般带有一定容量的ROM存储系统，本文以无字的图形LCD模块为例，搭建了以ARM9微处理器S3C2440为基础的嵌式系统工作平台，在此平台的基础上，讨论了一种基于自制硬件字库的中英文字符显示方案。
LCD控制器的作用是将系统存储器中的LCD图像数据传送到外部LCD驱动器中，并产生必须的LCD控制信号。
S3C2440LCD控制器支持在灰白LCD上的单色、4级灰度、16级灰度显示，也能与彩色LCD接口支持最大256色的显示。
可以编程支持不同水平和垂直点数（64O×480、320×240、160×160等）、不同数据线宽度、不同接口时序和刷新速率的LCD，支持4位双扫描、4位单扫描、8位单扫描的LCD显示器，并支持水平／垂直卷动，以用来支持更大的屏幕显示（如1280×1280）。
S3C44BOX支持查找表，用于各种色彩选择或灰度级别的选择。
在灰度模式中，通过查找表可以在16级灰度中选择四种灰度，在彩色模式中，一个字节的图像数据是用3位表示红色，3位表示绿色，2位表示蓝色，通过查找表可以选择16级红色中的8种红色、16级绿色中的8种绿色和16级蓝色中的4种蓝色。
S3C2440中具有内置的LCD控制器，它能将显示缓存（在SDRAM存储器中）中的LCD图像数据传输到外部的LCD驱动电路上的逻辑功能。
它支持单色、4级、16级灰度LCD显示，以及256彩色LCD显示。
在显示灰度时，它采用时间抖动算法（time-basedditheringalgorithm）和帧率控制（FrameRateControl）方法，在显示彩色时，它采用RGB的格式，即RED、GREEN、BLUE，三色混合调色。
通过软件编程，可以实现233或332的RGB调色的格式。
对于不同尺寸的LCD显示器，它们会有不同的垂直和水平象素点、不同的数据宽度、不同的接口时间及刷新率，通过对LCD控制器中的相应寄存器写入不同的值，来配置不同的LCD显示板。
S3C2440中内置的LCD控制器提供了下列外部接口信号：
VFRAME:
LCD控制器和LCD驱动器之间的帧同步信号。
它通知LCD屏开始显示新的一帧，LCD控制器在一个完整帧的显示后发出VFRAME信号。
VLINE:
LCD控制器和LCD驱动器间的同步脉冲信号，LCD驱动器通过它来将水平移位寄存器中的内容显示到LCD屏上。
LCD控制器在一整行数据全部传输到LCD驱动器后发出VLINE信号。
VCLK:
LCD控制器和LCD驱动器之间的象素时钟信号，LCD控制器在VCLK的上升沿发送数据，LCD驱动器在VCLK的下降沿采样数据。
VM:
LCD驱动器所使用的交流信号。
LCD驱动器使用VM信号改变用于打开或关闭象素的行和列电压的极性。
VM信号在每一帧触发，也可通过编程在一定数量的VLINE信号后触发。
VD[3:
0]:
LCD象素数据输出端口。
VD[7:
4]:
LCD象素数据输出端口。
LCD控制器包含REGBANK,LCDCDMA,VIDPRCS,和TIMEGEN。
REGBANK具有18个可编程寄存器，用于配置LCD控制器。
LCDCDMA为专用的DMA，它可以自动地将显示数据从帧内存中传送到LCD驱动器中。
通过专用DMA，可以实现在不需要CPU介入的情况下显示数据。
VIDPRCS从LCDCDMA接收数据，将相应格式（比如4／8位单扫描和4位双扫描显示模式）的数据通过VD[7:
0]发送到LCD的驱动器上。
TIMEGEN包含可编程的逻辑，以支持常见的LCD驱动器所需要的不同接口时间和速率的要求。
TIMEGEN部分产VFRAME,VLINE,VCLK,VM等信号。
S3C2440处理器与LCD显示器的连接示意图如3-1所示
图3-1S3C2440与LCD显示器的连接图
四、调试结果与分析
（1）通过编译调试在有S3C2440实验箱中进行调试，LCD显示结果如图所示。
图4-1LCD调试结果显示
屏幕右上角显示出学号姓名和作品信息；
屏幕中间显示的是钟面，有时针、分针和秒针，显示实时时间；
屏幕下方显示的是数字时钟，显示时分秒（与钟面时间相对应）和年月日
（2）本课程设计属于嵌入式系统项目设计，嵌入式微处理器S3C2440和LCD模块，实现如下功能：
LCD显示“钟面”样式，时针、分针、秒针显示实时时间；
LCD显示“数字钟”样式，动态显示年、月、日、时、分、秒；
显示时间可以修改并保持“钟面”与“数字钟”时间保持一致；
LCD左上角动态显示小组成员姓名、学号及选题信息。
（3）本课程设计完成选题要求，但是有如下方面还需分析改进：
“钟面”现实不够精确，分针和时针只设定了60个坐标位置，分针和时针走动不均匀；
数字钟部分尚未考虑到“大月”和“小月”以及“平年”和“闰年”的日期问题，所有月份均设定为30天；
时间修改麻烦，需要对源程序中设定的初值进行修改，无法通过键盘对时间进行修改；
未调用S3C2440内部实时时钟（RTC）模块，不能显示出精确的内部实时时间。
附录
源程序：
#include"..\inc\config.h"
#defineSTACKSIZE256
#definex_line160
#definey_line80
OS_STK_DATAstk;
externGUI_FONTCHINESE_FONT12;
externGUI_FONTCHINESE_FONT16;
externGUI_FONTGUI_Font8x16;
OS_EVENT*Send_LCD_Sem;
OS_EVENT*Key_Mbox;
I8Hour[3],Min[3],Sec[3];
I8hour=0,min=0,sec=0,ms;
I8YEA1[3],YEA2[3],MON[3],DAY[3];
intyea1=20,yea2=11,mon=6,day=23;
I8XH0[3],XH1[3],XH2[3],XH3[3];
I8XH4[3],XH5[3],XH6[3],XH7[3];
charxh0=01,xh1=62,xh2=31,xh3=03;
charxh4=32,xh5=36,xh6=02,xh7=12;
//intTimeCount=0;
intSpaceXS[61]={160,165,170,175,180,185,
189,193,197,201,205,
206,207,208,209,210,
209,208,207,206,205,
201,197,193,189,185,
180,175,170,165,160,
155,150,145,140,135,
131,127,123,119,115,
114,113,112,111,110,
111,112,113,114,115,
119,123,127,131,135,
140,145,150,155,160,},
SpaceYS[61]={30,31,32,33,34,
35,39,43,47,51,
55,60,65,70,75,
80,85,90,95,100,
105,109,113,117,121,
125,126,127,128,129,
130,129,128,127,126,
125,121,117,113,109,
105,100,95,90,85,
80,75,70,65,60,
55,51,47,43,39,
35,34,33,32,31,30},
SpaceXM[61]={160,164,168,172,176,180,183,186,189,192,
195,196,197,198,199,200,199,198,197,196,
195,192,189,186,183,180,176,172,168,164,
160,156,152,148,144,140,137,134,131,128,
125,124,123,122,121,120,121,122,123,124,
125,128,131,134,137,140,144,148,152,156,
160
},
SpaceYM[61]={40,41,42,43,44,45,48,51,54,57,
60,64,68,72,76,80,84,88,92,96,
100,103,106,109,112,115,116,117,118,119,
120,119,118,117,116,115,112,109,106,103,
100,96,92,88,84,80,76,72,68,64,
60,57,54,51,48,45,44,43,42,41,
40
},
SpaceXH[13]={160,175,185,190,185,175,160,145,135,130,135,145,160},
SpaceYH[13]={50,55,65,80,95,105,110,105,95,80,65,55,50},
*Placex=&SpaceXS[0],*Placey=&SpaceYS[0],*Placexm=&SpaceXM[0],*Placeym=&SpaceYM[0],
*Placexh=&SpaceXH[0],*Placeyh=&SpaceYH[0];
voidDisplay_xh1（charxx1,charyy1）;
voidDisplay_xh2（charxx2,charyy2）;
voidDisplay_xh3（charxx3,charyy3）;
voidshow（I8s）
voidShows（）
{
show（sec）;
Set_Color（GUI_GRAY）;//擦除上一秒的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placex,*Placey）;
Placex=Placex+1;
Placey=Placey+1;
Set_Color（GUI_YELLOW）;//显示下一秒的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placex,*Placey）;
Set_Color（GUI_RED）;//显示下一分的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placexm,*Placeym）;
Set_Color（GUI_GREEN）;//显示下一时的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh）;
if（Placex==&SpaceXS[60]&&Placey==&SpaceYS[60]）
{
Placex=&SpaceXS[0];
Placey=&SpaceYS[0];
}
}
voidShowm（）
{
Set_Color（GUI_GREEN）;
Fill_Circle（288,50,25）;
Set_Color（GUI_RED）;
Fill_Circle（280,50,10）;
Fill_Circle（296,50,10）;
Fill_Circle（288,40,10）;
Fill_Circle（288,60,10）;
Set_Color（GUI_YELLOW）;
Fill_Circle（288,50,5）;
Set_Color（GUI_GRAY）;//擦除上一分的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placexm,*Placeym）;
Placexm=Placexm+1;
Placeym=Placeym+1;
Set_Color（GUI_RED）;//显示下一分的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placexm,*Placeym）;
Set_Color（GUI_GREEN）;//显示下一时的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh）;
if（Placexm==&SpaceXM[60]&&Placeym==&SpaceYM[60]）
{
Placexm=&SpaceXM[0];
Placeym=&SpaceYM[0];
}
}
voidShowh（）
{
Set_Color（GUI_YELLOW）;
Fill_Circle（288,50,25）;
Set_Color（GUI_GREEN）;
Fill_Circle（280,50,10）;
Fill_Circle（296,50,10）;
Fill_Circle（288,40,10）;
Fill_Circle（288,60,10）;
Set_Color（GUI_RED）;
Fill_Circle（288,50,5）;
Set_Color（GUI_GRAY）;//擦除上一时的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh）;
Placexh=Placexh+1;
Placeyh=Placeyh+1;
Set_Color（GUI_GREEN）;//显示下一时的
Draw_Line（x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh）;
if（Placexh==&SpaceXH[12]&&Placeyh==&SpaceYH[12]）
{
Placexh=&SpaceXH[0];
Placeyh=&SpaceYH[0];
}
}
voidShouw_Cricle（）//整点
{
Set_Color（GUI_YELLOW）;
Fill_Circle（160,30,2）;//12点（x,y,r）
Fill_Circle（135,35,2）;//11点（x,y,r）
Fill_Circle（115,55,2）;//10点（x,y,r）
Fill_Circle（110,80,2）;//9点（x,y,r）
Fill_Circle（115,105,2）;//8点（x,y,r）
Fill_Circle（135,125,2）;//7点（x,y,r）
Fill_Circle（160,130,2）;//6点（x,y,r）
Fill_Circle（185,125,2）;//5点（x,y,r）
Fill_Circle（205,105,2）;//4点（x,y,r）
Fill_Circle（210,80,2）;//3点（x,y,r）
Fill_Circle（205,55,2）;//2点（x,y,r）
Fill_Circle（185,35,2）;//1点（x,y,r）
Set_Color（GUI_WHITE）;
Fill_Circle（165,31,1）;
Fill_Circle（170,32,1）;
Fill_Circle（175,33,1）;
Fill_Circle（180,34,1）;
Fill_Circle（189,39,1）;
Fill_Circle（193,43,1）;
Fill_Circle（197,47,1）;
Fill_Circle（201,51,1）;
Fill_Circle（206,60,1）;
Fill_Circle（207,65,1）;
Fill_Circle（208,70,1）;
Fill_Circle（209,75,1）;
Fill_Circle（209,85,1）;
Fill_Circle（208,90,1）;
Fill_Circle（207,95,1）;
Fill_Circle（206,100,1）;
Fill_Circle（201,109,1）;
Fill_Circle（197,113,1）;
Fill_Circle（193,117,1）;
Fill_Circle（189,121,1）;
Fill_Circle（180,126,1）;
Fill_Circle（175,127,1）;
Fill_Circle（170,128,1）;
Fill_Circle（165,129,1）;
Fill_Circle（155,129,1）;
Fill_Circle（150,128,1）;
Fill_Circle（145,127,1）;
Fill_Circle（140,126,1）;
Fill_Circle（131,121,1）;
Fill_Circle（127,117,1）;
Fill_Circle（123,113,1）;
Fill_Circle（119,109,1）;
Fill_Circle（114,100,1）;
Fill_Circle（113,95,1
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