单片机数字钟设计 第4页
第五章 系统软件部分
为实现系统功能，系统软件共设九个运行状态（见图 12中S1-S9）和一个中断处理程序（SR）。各部分功能描述如下：
图 12 软件整体流程图
S1:时钟日期显示状态。
• 89c55从ds12887循环读取时间日期值并显示。
• 时间值与闹钟设置值比较，若定时到，则进入闹铃状态（ S8）。
• 从 7135读取电压值并与上下限电压比较，若过压或欠压则进入报警状态（S9）。
S2:时间设置状态。进行时间和日期的设置，写入ds12887中。
S3:温度显示状态。从ds12b80中读取温度值显示。
S4:闹钟设置。显示选择菜单，可选择闹钟开、闹钟开、闹钟时间设置。
S5:电压及频率显示状态。循环检测电压有效值与频率并显示。
S6:时制选择。按1键选择24小时时制，按2键选择12小时时制。
S7:设置闹钟时间状态。
S8:闹铃状态。接通音乐芯片
S9:报警状态。接通过压或欠压报警。
SR:中断服务程序。读取键盘按键值并根据系统所处的不同的状态设置标志位。 测试方法及结果
5．1 测试方法 采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，以提高调试效率。
（ 1） 时钟测试 在带有单片机的电路板上编程调试芯片DS12887，使其在液晶上显示出时分秒，并可以通过键盘控制设定时间和闹铃开关的时间。利用仿真机调试成功后通过编程器将程序写入芯片中调试，调试结果显示，该模块可以显示时分秒，可以正常工作。
（ 2） 闹钟测试 通过键盘控制设定闹钟开关和闹钟响的时间，并通过单片机程序驱动音乐电路发声。经过调试，闹钟功能正常，满足题目的基本要求。
（ 3） 温度测试 利用仿真机通过程序读出温度传感器 DS18B20中的温度数据，并且进行了定标，通过键盘操作切换界面，送到液晶显示，并与TM—6801A温度表测得的数值相比较，看是否在误差允许范围内。在实际测量中，我们发现DS18B20在低温时变化比较缓慢，误差相对较大一些，在室温时测量比较正常。经过测试，温度显示正常。
（ 4） 频率测试 结合硬件电路通过编写的程序将送入的信号进行处理测试，通过键盘操作切换界面，将结果送到液晶显示。考虑到工频交流电信号的频率非常稳定，为检验我们系统测频的准确性，我们采用频率计输入 40Hz－60Hz的信号进行检验。拟交流电压信号，先用仿真机代替89C52单片机进行模拟调试，对每一芯片的片选、启动进行检测，并对数据线和地址线也进行检测。调试成功后再将程序写到单经过反复调测，该模块能在允许误差范围内正常工作。
（ 5） 有效值测试 用函数发生器输出 0－5V的正弦信号电压作为交流信号，先用数字万用表测量电压有效值，再用设计的电路测量此交流信号，然后求出误差，反复调整改进到在误差允许的范围内。
（ 6）过、欠压报警测试 通过 TDGC-015/0.5型调压变压器在电路输入端加入高于242V或低于198V的市电信号，通过软件设定比较，驱动过压蜂鸣器或欠压蜂鸣器报警。
（ 7）非接触止闹测试 通过仿真机将程序运行，我们采用接近开关或无线收发模块来控制，看是否能实现此功能。经过调试，该功能模块正常。 各功能模块均调通后，进行整机调试，其过程如下：将调好的各功能模块连接在一起，用函数信号发生器模片机中进行调试。调试结果显示，整个系统能够正常工作，且能进行更多的功能扩展。
5．2 测试用的仪器 方正商祺 PC机 YB4360型示波器 SS1792D型可跟踪直流稳定电源 M890C+数字万用表 EE1642B型函数信号发生器/计数器 伟福G6W型仿真器 MCS-51编程器 TDGC-015/0.5型调压变压器 TM—6801A温度表
5．3 测试数据 ① 温度测量数据 我们选取四个特定温度点进行测量：0℃、室温、体温和100℃。将温度传感器DS18B20放入分别放入冰水混合物和沸水中测量标定，显示示数分别为0℃和99.1℃。将传感器置于手掌中和实验室环境中进行测量，显示值分别为35.6℃和26.4℃（空调设定温度为27℃）。 ②市电频率测量数据（通过信号源产生）
频率计设定值 /Hz 本系统测量值 /Hz 测量误差 /Hz
40.01 40.48 0.47
44.08 44.64 0.56
48.01 48.60 0.59
49.00 49.45 0.45
50.00 50.45 0.45
51.00 51.65 0.65
55.00 55.70 0.70
57.00 57.71 0.71
60.00 60.74 0.64
③市电有效值测量数据（通过自耦变压器产生电压信号）
数字万用表测量值 /V 本系统测量值 /V 测量误差 /V
234 233 1
230 230 0
224 224 0
222 221 1
220 220 0
218 217 1
212 211 1
208 208 0
200 200 0
198 197 1
5．4测量误差分析及改善措施
① 整个系统板由手工焊接完成，其余器件在单面板上完成布局和布线，无法避免线路之间与外界的电磁干扰，从而会导致一定误差。
② 在频率测量时，我们采用测周法以提高精确度，并通过软件算法的合理优化，弥补了硬件上的不足，一定程度提高了精确度。
5．5、小结
这款多功能数字钟采用了现在广泛使用用的单片机技术为核心，软硬件结合，使硬件部分大为简化，提高了系统稳定性，并采用液晶显示、红外遥控装置和电压报警装置使人机交互简便易行。 为了提高数字钟的准确性，给于校准。
第辣章 数字钟设技及时间校准
用单片机来设计数字钟，软件实现各种功能比较方便。但因软件的执行需要一定的时间，所以就会出现误差。对比实际的时钟，查找出误差的来源，并作出调整误差的方法，使得误差近可能的小，使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内
6．1系统原理分析
系统设计中用到 89 C52 单片机的部分功能：包括内部定时器，键盘扩展，程序中断, 串口通信等。用一个四联体的共阴极八段显示器，可通过一个输入／输出口作为显示器数据发送端；另一个输入／输出口的四位作为显示器各位的片选信号，另四位作为键盘扩展口使用。采用一个频率为 11.0592 MHz 的晶振构成时钟电路。系统原理图如图 13 ：
图1 3系统原理图
6，2软件实现与流程
（1） 主程序
由于系统的主要功能都是有程序中断来完成的，主程序基本上没什么事可做，但因键盘扫描是通过程序查询的方式实现的，所以主程序只循环扫描键盘。主程序流程图如图14所示：
（2）定时和串口程序
定时和串口都是中断响应程序，它们的调用都是系统执行过程中采用中断事件触发产生(中断部分处理如图14所示)。定时中断是周期性发生的，而串口中断则须串口有数据传输才发生中断。定时程序是整个系统的核心代码，这段代码不光涉及到显示，还涉及到系统计时, 这段代码的优劣关系到整个系统的可靠性，后面还将详细讨论。为初步减小系统误差, 置定时初值一定要在程序开始就设置。
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