定时初值为小数的自适应同步时钟系统的研究

摘要

单片机是常见的控制器之一，它以很低的价格、较好的控制得到了广泛的应用。常见的单片机有T0、T1定时器，有的还有T2定时器。不同的定时器有不同的定时方式，也有不同的用途。单片机定时器通常装入的是整数，由于晶振频率和单片机自身资源的特性，这对时间要求不严格的场合是行得通的，但是由于存在长时间的累积误差，对于精确控制是不行的。由此制成的时钟在准确性及同步性方面是存在很大问题的。因此，分析单片机定时器的特点采用精确的定时方法、分析晶振频率的特性采用合理的控制算法对于精确时钟系统是十分重要的。
　　以定时器T0的定时方式分析，方式0、方式1都有中断误差的影响；方式2具有自动重装功能，定时精确，但其定时时间短；方式3通常是当T1用于串行口的波特率发生器时才根据需要以增加一个计数器，这种方式也有中断误差。这里选择方式2进行分析研究。传统的51系列单片机一个机器周期需要十二个时钟周期完成，这意味着若晶振是12MHz那么机器周期是1us。而常用的通信波特率9600b/s、19200b/s却使用的是11.0592MHz的晶振，这种频率下一个机器周期是12/11.0592，不是整数，这对于时间的精确计算带来很大麻烦。平时我们在利用定时器初值计算软件或自己根据公式计算定时器初值时通常按四舍五入的方法取最靠近理论值的整数，以此做出的时钟由于存在累积误差准确性不高。本文借助TKStudio软件采用定时初值为小数的方法分析11.0592MHz晶振下时钟模块准确计时的可行性。
　　晶振由于受温度、湿度、电磁干扰、机械振动与冲击、电源波动等因素的影响存在标称值与实际值不吻合的现象。由此，运行一段时间后不同的时钟模块间走时就不一致了，需要对它们校时以达到同步。这里制作四个晶振频率（一个小于标称值，两个等于标称值，一个大于标称值）的时钟模块，构成一个时钟系统。采用简单易用的网络授时方式，利用VB软件生成上位机应用程序用于将电脑的时分秒时间信息发送给各个时钟模块进行粗调。然后将一个“标准晶振”下的时钟模块作为参考源，其它各个时钟模块接收到参考源的时间后先锁存自身时间，接着修改为参考源的时间以同步计时，下次再接收到参考源的时间后便可以根据自身的时间与参考源的时间进行比较，利用自适应控制理论对定时初值作出相应的修改，从而减小误差保持各个时钟模块的“同步”。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景、意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

1.4 具体研究方案

第2章 自适应控制介绍

2.1 基本概念

2.2 发展与应用

2.3 主要类型

2.4 时钟模块自适应控制方案设计

第3章 硬件系统设计

3.1 主控芯片的选择

3.2 STC89C52RC介绍

3.3 单片机基本系统

3.4 实时时钟芯片介绍

3.5 DS1302介绍

3.6 通信模块电路设计

3.7 显示电路设计

3.8 单片机总线设计法

3.9 硬件电路的测试

第4章 软件系统设计

4.1 单片机定时分析

4.2 时钟理论分析

4.3 上位机应用软件设计

4.4 时钟模块程序设计

第5章 实验过程与数据分析

5.1 仿真实验

5.2 实物实验

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢

附 录

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