基于ARMS3C2440的电子时钟设计.docx
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基于ARMS3C2440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Win CE、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);
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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);
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Fill_Circle(207,95,1);
Fill_Circle(206,100,1);
Fill_Circle(201,109,1);
Fill_Circle(197,113,1);
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Fill_Circle(170,128,1);
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Fill_Circle(145,127,1);
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Fill_Circle(131,121,1);
Fill_Circle(127,117,1);
Fill_Circle(123,113,1);
Fill_Circle(119,