基于ARMS3C2440的电子时钟设计

计算机信息工程学院课程设计报告1目录一、设计功能..................................................2二、系统设计思路..............................................2三、详细设计..................................................31、硬件设计...................................................32、软件设计...................................................4四、调试结果与分析............................................6附录........................................................8参考文献.....................................................19计算机信息工程学院课程设计报告2一、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，计算机信息工程学院课程设计报告3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S3C2440处理器晶振电源控制程序RTCLCDLCD模块计算机信息工程学院课程设计报告4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、计算机信息工程学院课程设计报告54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，它可以自计算机信息工程学院课程设计报告6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；S3C2440LCD显示器LCD模块计算机信息工程学院课程设计报告7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