在計時過程中，系統(tǒng)利用89C51自身的計時器T0作為時鐘基準，計時器中斷的準確度直接關系到整個系統(tǒng)的精度，因此獲取精確的定時時鐘信號成為該系統(tǒng)的關鍵。MCS-51單片機內(nèi)有2個可編程的16位定時器／計數(shù)器，在本系統(tǒng)設計中采用AT89C51的定時器T0，并工作在方式l下，晶振頻率為12MHz。
1 T0定時中斷
定時器／計數(shù)器T0工作方式1的電路邏輯結構如圖2所示。TO定時特性功能寄存器由TL0(低8位)和TH0(高8位)構成。特殊功能寄存器TMOD控制定時寄存器的工作方式；TCON則用于控制定時器T0和T1的啟動和停止計數(shù)，同時管理定時器TO和T1的溢出標志等。程序開始時需對TL0和TH0進行初始化編程，以定義它們的工作方式，并控制T0和T1的計數(shù)。在系統(tǒng)的設計中，計時單位以s為基準，并要求日誤差≤10 s，如果用循環(huán)去做，無法滿足精度要求。選用12 MHz的晶體可得到lμs的精度，經(jīng)分析確定使用定時器0的方式l。這個方式下 定時器0是16位定時器，也就是最大定時值為jFFFFH，12 MHz晶體的每個定時周期為1 μs，最多可以定時FFFFH×1 μs=65635 μs，即使使用最大值也無法一次定時1 s，設計中使用1次定時20 ms，50次定時中斷得到1 s。20 ms定時中斷的定時值為：FFFFH-20 ms／l μs=B1DFH[1].
2 程序測試與調(diào)整
在Keil uVision3平臺下利用C語言實現(xiàn)如下代碼：
#include<reg52．h>
#define uehar unsigned char
uehar data MScond=0; ／／ms
uchar data Scond=0; ／／s
uchar data Minure=0； ／／rain
uchar data Hollr=0; ／／h
void main(void){
EA=1； ／／允許CPU中斷
ET0=1； ／／定時器0中斷打開
TMOD=0xl; ／／設定時器0為方式1
TH0=0xBl：
TL0=0xDF~ ／／設定時值為20 000 μs(20 ms)
TR0=1； ／／開始定時
while(1);
}
void Time0(void)interrupt 1 using 1
{TH0=0xBl； ／／20 ms斷點 (1)
TL0=0xDF； ／／設定時值
MScond=MScond+1 ;
if(MScond==50)
{MScond=0;
Scond=Scond+1;
if(Seond==60)
{Scond=0;
Minute=Minute+1； ／／分斷點 (2)
if(Minute==60)
{Minute=0；
Hour=Hour+1； ／／d,時斷點 (3)
if(Hour==24)
{Hour=0;}}}}
首先調(diào)試每20 ms中斷時的精度，在選項中設定調(diào)試晶振為12 MHz，在(1)處設置一個斷點再運行，這時記錄下每次中斷時的時間，如圖3所示。在初始化中費時為551 μs，每一次中斷時間應該考慮該項的影響。在實際處理中可以利用兩次中斷時間的差來作為定時器的中斷時間間隔。
通過測試，得到第一次為0．020 568 00 s，第二次為0．040 580 00 s，第三次為0．060 59Z 00 s?？梢钥闯?，每中斷一次會比定時值長了12 μs。如果將斷點設定在(2)處，并通過Logic Analyzer tool，得到分鐘第一次中斷的時間為60．036 57 s，第二次中斷的時間為120．072 57 s，則每分鐘的實際時間為60．036 s。再將斷點設定在(3)處，得到小時第一次中斷的時間為3 602．160 576 s，第二次中斷的時間為7 204．320 576 s，可以得到小時的實際時間為3 602．16 s，如圖4所示。
為什么會產(chǎn)生這些誤差呢?通過對中斷程序的匯編源碼進行分析，實際上中斷程序入堆棧時使用了兩條語句：PUSH ACC和PUSH PSW。執(zhí)行人棧指令花費了4個機器周期，加上重新對TH0和TL0的加載又用去2個機器周期，計數(shù)值加1花費了2個機器周期，中斷返回約4個機器周期共約12個機器周期。為了消除這些因素的影響，需要在對T0設置計數(shù)值時減去12個機器周期，將計算得到的初始值B1DFH加上12(0CH)得到：B1DFH+12=B1EBH作為新的定時器初值，修改后的程序為：
#include<reg52．h>
#define uchar unsigned char
uchar data MScond=0;／／ms
uehar data Seond=0； ／／s
uchar data Minute：0； ／／rain
uchar data Hour=0; ／／h
void main(void){
EA=1； ／／允許CPU中斷
ET0=1; ／／定時器0中斷打開
TMOD=Oxl; ／／設定時器0為方式1
TH0=0xBl;
TL0=OxEB; ／／設定時值為20 000 μs(20 ms)減去12 μs
TR0=1; ／／開始定時
while(1);
void Time0(void)interrupt 1 using 1
{TH0=0xBl; ／／20 ms斷點 (1)
TL0=0xDF‘ ／／設定時值
MSeond=MScond+1：
if(MSeond==50)
{MScond=0；
Seond=Seond+1 ;
if(Scond==60)
{Scond=0;
Minute=Minute+1;／／分斷點 (2)
if(Minute==60)
{Minure=0；
Hour=Hour+1； I／d,時斷點 (3)
if(Hour==24)
{Hour=0;}}}}
重新調(diào)試程序，仍然在選項中設定調(diào)試晶振為12 MHz，重新測試20 ms定時器的實際時間，在(1)處設置一個斷點后運行，重新記錄下每次中斷時的時間，如圖5所示。初始化時間為556 μs，為消除其影響，使用兩次中斷時間間隔來作為定時器實際獲得的基準時鐘。
得到第一次中斷時的時間為0．020 556。O s，第二次為O．040 556 000 s，第三次為0．060 556。O s，可以看出每次中斷間隔剛好20 ms。如果將斷點設定在(2)處，并通過Logle Analyzer tool，得到第一次中斷時時間為60．000 57 s，第二次為120．000 57 s，間隔剛好60 s。將斷點設定在(3)處，得到第一次中斷的時間為3 600．000 578 s，第二次中斷時間為7 200．000 578 s，時間間隔為3 600 s，測試結果如圖6所示，完全可以滿足系統(tǒng)設計的需要。
3 總結
通過對定時器的誤差分析和校正，可以提高系統(tǒng)的精確度。當然，上面的分析是在軟環(huán)境下理想晶振頻率下實現(xiàn)的，在現(xiàn)實中會因晶振偏差等因素而造成誤差[2]。在該測試中，主程序沒有進行其他處理，而在日歷設計中還要涉及到計時器T1的中斷來完成對掃描顯示電路的處理，還包括外部中斷對時鐘進行了調(diào)整，加上一些鬧鐘功能，這必然會對T0的定時精確性產(chǎn)生影響。另外，當中斷程序中語句越多，占用的機器周期也越多，因此在設計中應充分利用Keil uVIsion3的分析工具，通過多次調(diào)整計數(shù)初值以獲取精確的時鐘信號，這對于要求精確時鐘信號的應用具有重要的意義。
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