CN104267639B - 一种时钟系统、计数器及任务处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种时钟系统、计数器及任务处理方法。所述时钟系统包括控制系统和外部时钟装置；所述控制系统包括：控制器和第一振荡源；所述控制器用于根据所述第一振荡源输出的振荡信号生成第一时钟信号；所述外部时钟装置用于生成第二时钟信号，并将所述第二时钟信号输出至所述控制器；其中所述第二时钟信号的精度大于所述第一时钟信号的精度。可见本发明通过精度更高的第二时钟信号提高了执行任务时的定时精确性，还通过第一时钟信号保证了一般任务的执行。此外本发明在生成精度更高的第二时钟信号时不再依赖于控制器，因此即使控制器处理能力较差，也不会影响提高时钟的精度，从而本发明实现了采用处理能力较低的控制器即能提高时钟的精度。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其是涉及一种时钟系统、计数器及任务处理方法。
背景技术
在计数等精确控制等领域中，经常需要控制器定时执行某些任务，而如何提供一种精度较高的时钟系统，以使得该任务的定时精确，是保证实现精确控制的关键因素。
目前大部分控制器都具有自带的时钟系统，例如单片机自带的石英晶体等。然而这种时钟系统由于硬件等限制，往往精度很低，从而也会影响在执行任务时的定时精确性。
并且出于成本的考虑，目前在选择控制器时一般选择处理能力较差的控制器，因此如何能够实现，采用处理能力较低的控制器即能提高时钟的精度，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种时钟系统、计数器及任务处理方法，以实现采用处理能力较低的控制器即能提高时钟的精度。
为此，本发明解决技术问题的技术方案是：
本发明提供了一种时钟系统，包括控制系统和外部时钟装置；
所述控制系统包括：控制器和第一振荡源；所述控制器用于根据所述第一振荡源输出的振荡信号生成第一时钟信号；
所述外部时钟装置用于生成第二时钟信号，并将所述第二时钟信号输出至所述控制器；
其中所述第二时钟信号的精度大于所述第一时钟信号的精度。
优选地，所述外部时钟装置包括：专用时钟芯片和第二振荡源；
所述专用时钟芯片用于根据所述第二振荡源输出的振荡信号输出所述第二时钟信号。
优选地，所述外部时钟装置还包括：瓷片电容；
所述瓷片电容连接在所述专用时钟芯片和所述第二振荡源之间，以对所述第二振荡源输出的振荡信号进行滤波处理。
优选地，所述外部时钟装置包括：有源晶体。
优选地，所述外部时钟装置还包括：第一电阻；
所述第一电阻连接在所述有源晶体与所述控制器之间，以对有源晶体输出的所述第二时钟信号进行滤波处理。
优选地，所述第一振荡源包括：RC振荡电路或者石英晶体。
本发明还提供了一种计数器，包括上述任一时钟系统；
所述控制器还用于，在接收到计数指令时，将所述第二时钟信号作为时钟源以进行计数操作。
优选地，所述计数器还包括：传感器；
所述控制器用于将所述第二时钟信号作为时钟源以进行计数操作包括：
所述控制器用于将所述第二时钟信号作为时钟源以控制所述传感器采集数据，并根据所述传感器采集的数据进行计数操作。
本发明还提供了一种任务处理方法，所述方法用于上述任一时钟系统；所述方法包括：
所述控制器接收任务处理指令；
所述控制器判断所述指令是否指示执行高精度任务；
如果是，所述控制器将所述第二时钟信号作为时钟源，以执行所述指令指示的任务。
优选地，所述高精度任务包括：计数任务、或者实时处理任务。
优选地，所述方法还包括：
若判断所述指令是否指示执行高精度任务的判断结果为否时，所述控制器将所述第一时钟信号作为时钟源，以执行所述指令指示的任务。
通过上述技术方案可知，本发明提供的时钟系统包括控制系统和外部时钟装置，因此不仅能够由控制系统提供内部时钟信号，即由控制器根据第一振荡源输出的振荡信号生成的第一时钟信号，而且还能由外部时钟装置提供精度更高的外部时钟信号，即第二时钟信号。因此即通过精度更高的第二时钟信号提高了执行任务时的定时精确性，例如在执行高精度任务时可以采用第二时钟信号，还通过第一时钟信号保证了一般任务的执行。此外，本发明中在生成精度更高的第二时钟信号时不再依赖于控制器，因此即使控制器处理能力较差，也不会影响提高时钟的精度，从而本发明实现了采用处理能力较低的控制器即能提高时钟的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的时钟系统的实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的外部时钟装置的一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的外部时钟装置的另一种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的时钟系统的实施例二的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的时钟系统的实施例三的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的计数器的一种实施例的结构示意图；
图7为图6所示的计数器的一种优选的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的任务处理方法的一种实施例的流程示意图。
具体实施方式
目前大部分控制器都具有自带的时钟系统，例如单片机自带的石英晶体等。然而这种时钟系统由于硬件等限制，往往精度很低，从而也会影响在执行任务时的定时精确性。
并且出于成本的考虑，目前在选择控制器时一般选择处理能力较差的控制器，比如单核的单片机，因此如何能够实现，采用处理能力较低的控制器即能提高时钟的精度，是目前亟待解决的问题。
此外，自带的时钟系统通常还存在以下问题：
大部分控制器在进行精确控制时常会有发热情况，如智能手机处理器会有明显的发热；同时，由于外界环境温度变化，而控制器自带的时钟系统对外界环境温度非常敏感。而这些内外温度变化都会影响时钟系统的精确度。
另外，出于成本的考虑，目前大部分控制器都是单核处理器，所使用的也往往是单核操作系统，而对于单核处理器来讲，任务的定时执行仅仅利用软件层面的RTOS(RealTime Operating System，即实时操作系统)，而硬件方面并不具备这种性能。特别是传统的低速单片机、低成本ARM内核处理器等，所自带的时钟系统并不能精确地定时执行某项任务，而软件层面的定时系统也往往达不到精度需求。
而在本发明实施例中，提供一种时钟系统、计数器及任务处理方法，以实现采用处理能力较低的控制器即能提高时钟的精度。
并且本发明实施例提供的时钟信号，还具有受内外温度影响较小的优点，进一步提高了精度。此外，本发明实施例提供的时钟系统，通过硬件直接处理定时任务，而不是通过软件层面实现，进一步提高了精度。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供了时钟系统的实施例一。本实施例的时钟系统包括：控制系统101和外部时钟装置102。
控制系统101包括：控制器1011和第一振荡源1012；控制器1011用于根据第一振荡源1012输出的振荡信号生成第一时钟信号。因此实际上第一振荡源1012的输出端连接控制器1011的第一组时钟信号输入管脚。
控制器1011指的是具有控制功能的装置，包括单片机、ARM、FPGA、DSP等。其中控制器1011可以包括时钟单元，由时钟单元根据第一振荡源1012输出的振荡信号生成第一时钟信号。
第一振荡源1012指的是能够生成振荡信号的装置。在本发明实施例中，第一振荡源1012包括在控制系统101的内部，一般输出精度较低的振荡信号，因此一般包括石英晶体或者RC振荡电路。
外部时钟装置102用于生成第二时钟信号，并将第二时钟信号输出至控制器1011。因此外部时钟装置102的输出端连接控制器1011的第二组时钟信号输入管脚。其中第二时钟信号的精度大于第一时钟信号的精度。
通过上述技术方案可知，本实施例提供的时钟系统包括控制系统101和外部时钟装置102，因此不仅能够由控制系统101提供内部时钟信号，即由控制器1012根据第一振荡源1012输出的振荡信号生成的第一时钟信号，而且还能由外部时钟装置102提供精度更高的外部时钟信号，即第二时钟信号。因此不仅通过精度更高的第二时钟信号提高了执行任务时的定时精确性，例如在执行高精度任务时可以采用第二时钟信号，而且通过第一时钟信号保证了一般任务的执行。此外，本发明中由外部时钟装置102生成精度更高的第二时钟信号，而不再依赖于控制器1011，因此即使控制器1011处理能力较差，比如即使为8位低速单片机，也不会影响提供精度更高的第二时钟信号，可见本发明通过采用处理能力较低的控制器即能实现提高时钟的精度。
可见，本发明实施例的关键就在于克服控制器自带时钟系统精度不高的缺点，能够同时提供内、外两种不同精度的时钟信号，即采用了一种双时钟的方案，其中精度较高的第二时钟信号用于执行高精度任务，从而保证关键任务的定时准确性，精度较低的第一时钟信号用于执行一般任务，从而保证一般任务的正常执行。
同时，本发明实施例还具有以下优点：
由于外部时钟装置本身受内外温度影响较小，因此使得提供的第二时钟信号也具有受内外温度影响较小的优点，进一步提高了时钟精度。
此外，本发明实施例中较高精度的第二时钟信号由外部时钟装置提供，即通过硬件直接处理定时任务，而不是通过软件层面实现，进一步提高了精度。
在本发明实施例中，通过外部时钟装置提供了精度较高的第二时钟信号，其中外部时钟装置的具体结构可以有多种形式，本发明实施例对此不加限定。下面仅举例说明两种优选方式。
第一种方式，如图2所示，外部时钟装置可以包括专用时钟芯片1021和第二振荡源1022。
其中专用时钟芯片1021用于根据第二振荡源1022输出的振荡信号输出第二时钟信号。
专用时钟芯片指的是主要用于提供时钟信号的时钟芯片。例如包括型号为DS1307的时钟芯片。相比于控制器自带的时钟，本发明实施例中可以通过专用时钟芯片，生成精度更高的时钟信号。其中专用时钟芯片一般都具有温度补偿等功能。
第二振荡源1022用于向专用时钟芯片提供用于产生时钟的振荡信号。其中，第二振荡源1022可以为RC振荡电路或者石英晶体。一般来说，第二振荡源的精度可以与第一振荡源的精度相当甚至大于第一振荡源的精度，例如，第二振荡源输出的振荡信号的频率小于或者等于第一振荡源输出的振荡信号的频率。
此时外部时钟装置还可以包括：瓷片电容；该瓷片电容连接在专用时钟芯片1021和第二振荡源1022之间，以对第二振荡源1022输出的振荡信号进行滤波处理。
第二种方式，如图3所示，外部时钟装置包括：有源晶体1023。
由于第一振荡源用于提供控制器自带的时钟，一般为RC振荡电路或者石英晶体，因此第一时钟信号精度一般比较低。而有源晶体1023由于器件本身的特性，相比于RC振荡电路或者石英晶体能够输出精度更高的时钟信号。因此在本发明实施例中还可以采用有源晶体直接作为外部时钟装置。
此时外部时钟装置还可以包括：第一电阻；该第一电阻连接在有源晶体1023与控制器1011之间，以对有源晶体1023输出的第二时钟信号进行滤波处理。
需要说明的是，第一种方式由于采用了专用时钟芯片，因此相比于第二种方式精度更高，但是第二种方式则能够省去额外的时钟芯片，不仅安装更加简便，而且进一步降低了成本。
下面通过两个实施例分别说明这两种方式的优选具体电路。首先通过下面一个实施例说明第一种方式，即外部时钟装置包括专用时钟芯片和第二振荡源。
请参阅图4，本发明实施例提供了时钟系统的实施例二。在本实施例中，以控制器具体为单片机为例加以说明。本实施例的时钟系统包括：控制系统401和外部时钟装置402。
控制系统401包括：单片机4011、第一振荡源4012和电阻4013。
第一振荡源4012的两个输出端连接单片机4011的第一组时钟信号输入管脚，通过这两个输出端输出振荡信号至单片机4011。在第一振荡源4012的两个输出端之间还并联有电阻4013，该电阻能够对第一振荡源4012输出的振荡信号进行滤波处理，例如滤除振荡信号中的高频噪声。第一振荡源4012可以为RC振荡电路或者石英晶体。
单片机4011用于根据第一振荡源4012输出的振荡信号生成第一时钟信号。其中具体可以为单片机中的时钟单元生成第一时钟信号。
外部时钟装置402包括专用时钟芯片4021、第二振荡源4022、瓷片电容4023、电阻4024、电阻4025和电阻4026。其中电阻4024、电阻4025为上拉电阻。
在本实施例中以专用时钟芯片4021具体为型号为DS1307Z的时钟芯片为例加以说明。第二振荡源4022的两个输出端连接专用时钟芯片4021的时钟管脚(即X1、X2管脚)，通过这两个输出端向专用时钟芯片4021提供用于产生时钟的振荡信号。第二振荡源的两个输出端还并联瓷片电容4023，该瓷片电容能够对第二振荡源4022输出的振荡信号进行滤波处理，例如滤除振荡信号中的干扰信号以及外界环境噪声。其中，第二振荡源4022可以为RC振荡电路或者石英晶体。优选地，第二振荡源4022输出的振荡信号的频率小于或者等于第一振荡源4012输出的振荡信号的频率。
专用时钟芯片4021的VCC管脚由电源模块提供专用时钟芯片4021的稳定工作电源，一般电源模块用于提供+5V电源电压。专用时钟芯片4021的VBAT管脚(图中未示出)一般还由+3V锂电池或者其他电源供电。
专用时钟芯片4021的SQW/OUT管脚通过电阻4026连接单片机的第二组时钟信号输入管脚，其中专用时钟芯片4021根据第二振荡源4022输出的振荡信号生成第二时钟信号，并将第二时钟信号通过SQW/OUT管脚输出至单片机4011。第二时钟信号的精度大于第一时钟信号的精度。电阻4026用于滤除来自专用时钟芯片4021的时钟信号中的噪声，保证高频或者低频信号传输至单片机4011的准确性。
专用时钟芯片4021的SDA管脚和SCL管脚连接单片机4011，分别用于与单片机4011之间传输串行数据和串行时钟。
专用时钟芯片4021的SDA管脚和SCL管脚还分别通过电阻4024、电阻4025连接到电源模块，电阻4024、电阻4025可以为精度较高的精密电阻，从而保证专用时钟芯片4021和单片机4011之间传输数据的可靠性。
下面通过一个实施例说明第二种方式，即外部时钟装置包括有源晶体。
请参阅图5，本发明实施例提供了时钟系统的实施例三。在本实施例中，以控制器具体为单片机为例加以说明。本实施例的时钟系统包括：控制系统501和外部时钟装置502。
控制系统501包括：单片机5011、第一振荡源5012和电阻5013。
第一振荡源5012的两个输出端连接单片机5011的第一组时钟信号输入管脚，通过这两个输出端输出振荡信号至单片机5011。在第一振荡源5012的两个输出端之间还并联有电阻5013，该电阻能够对第一振荡源5012输出的振荡信号进行滤波处理，例如滤除振荡信号中的高频噪声。第一振荡源5012可以为RC振荡电路或者石英晶体。
单片机5011用于根据第一振荡源5012输出的振荡信号生成第一时钟信号。其中具体可以为单片机中的时钟单元生成第一时钟信号。
外部时钟装置502包括有源晶体5023。
有源晶体5023的VCC管脚连接电源模块，由电源模块提供有源晶体5023的稳定工作电源。
有源晶体5023的输出端通过电阻5024连接单片机5011的第二组时钟信号输入管脚。电阻5024用于滤除来自有源晶体5023的信号中的噪声，保证高频或者低频信号传输至单片机5011的准确性。有源晶体5023通过该输出端向单片机输出第二时钟信号，第二时钟信号的精度大于第一时钟信号的精度。
可见在上述两个实施例中，单片机根据第一振荡源输出的振荡信号生成了第一时钟信号，并且获取到专用时钟芯片或者有源晶体输出的第二时钟信号，因此能够实现根据这两种精度不同的时钟信号，完成精度要求不同的任务。例如处理一些高精度任务，比如计数任务时将第二时钟信号作为时钟源，在这种情况下本申请实施例中的时钟系统实际上是计数器的组成部分，下面通过一个实施例加以说明。
如图6所示，本发明实施例还提供了计数器的一种实施例，本实施例的计数器包括本申请实施例中提供的时钟系统的任一实施例。例如图6以图1所示的时钟系统为例加以说明，即时钟系统包括控制系统101和外部时钟装置102。
控制系统101包括：控制器1011和第一振荡源1012；控制器1011用于根据第一振荡源1012输出的振荡信号生成第一时钟信号。
外部时钟装置102用于生成第二时钟信号，并将第二时钟信号输出至控制器1011。其中第二时钟信号的精度大于第一时钟信号的精度。
控制器1011还用于在接收到计数指令时，将外部时钟装置102输出的第二时钟信号作为时钟源以进行计数操作。
可见在本实施例的计数器，能够利用外部时钟装置102输出的精度更高的第二时钟信号进行计数操作，从而保证了计数操作的精确性。并且还可以在接收到一般任务(例如按键、显示任务)的指令时，将第一时钟信号作为时钟源以完成该任务，从而还保证了一般任务的正常执行。本申请实施例中的计数器可以具体为粒子计数器。
其中控制器1011在进行计数操作时，可以是控制传感器采集数据，并根据采集的数据进行计数操作。具体如图7所示，本实施例的计数器还包括：传感器103。
控制器1011用于将第二时钟信号作为时钟源以进行计数操作包括：
控制器1011用于将第二时钟信号作为时钟源以控制传感器103定时采集数据，并根据传感器103定时采集的数据进行计数操作。
例如，计数器可以用于测量某监测管道，经过的流体中污染物的浓度P。
其中S为监测管道的横截面积，V为流体的流速，T为测量时间，N为测量时间T内的流体的污染物的含量，由控制器1011控制传感器103采集。其中控制器1011在控制传感器103采集测量时间T内的流体的污染物的含量N时，将第二时钟信号作为时钟源，也就是利用第二时钟信号计算出测量时间T，因此保证了测量时间T的精确性，从而保证了污染物的浓度P的精确性。
下面通过一个实施例说明利用本申请实施例中的时钟系统进行任务处理的方法。
如图8所示，本申请实施例还提供了任务处理方法的一种实施例，本实施例的方法用于本申请实施例中提供的时钟系统的任一实施例中。
本实施例的方法包括：
S801：控制器接收任务处理指令。该指令具体可以由用户触发。
S802：控制器判断任务处理指令是否指示执行高精度任务，如果是，执行S803。
在本申请实施例中，可以预先设置高精度任务列表，从而根据判断任务处理指令所指示的任务是否处于该列表中，实现判断该指示的任务是否属于高精度任务。例如，高精度任务可以包括一些需要定时精度较高的任务，例如计数任务或者定时处理任务，而一般任务，例如包括按键、显示任务则不包括在该高精度任务列表中。
S803：控制器将外部时钟装置输出的第二时钟信号作为时钟源，以执行任务处理指令指示的任务。
在本实施例中，当判断出当前需要执行高精度任务，则将精度较高的第二时钟信号作为时钟源，从而保证该高精度任务的定时精确性。
若步骤S802的判断结果为否，则可以由控制器将控制器生成的第一时钟信号作为时钟源，以执行任务处理指令指示的任务。例如当需要执行按键、显示等任务时，则利用精度较低的第一时钟信号即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种时钟系统，其特征在于，包括控制系统和外部时钟装置；
所述控制系统包括：控制器和第一振荡源；所述控制器用于根据所述第一振荡源输出的振荡信号生成第一时钟信号；
所述外部时钟装置用于生成第二时钟信号，并将所述第二时钟信号输出至所述控制器；
其中所述第二时钟信号的精度大于所述第一时钟信号的精度；
控制器还用于接收任务处理指令，判断任务处理指令是否指示执行高精度任务，如果是，并且所述任务处理指令为计数指令，将所述外部时钟装置输出的第二时钟信号作为时钟源以控制传感器采集数据，如果否，由控制器将控制器生成的第一时钟信号作为时钟源，以执行任务处理指令指示的任务。
2.根据权利要求1所述的时钟系统，其特征在于，所述外部时钟装置包括：专用时钟芯片和第二振荡源；所述专用时钟芯片用于根据所述第二振荡源输出的振荡信号输出所述第二时钟信号。
3.根据权利要求2所述的时钟系统，其特征在于，所述外部时钟装置还包括：瓷片电容；
所述瓷片电容连接在所述专用时钟芯片和所述第二振荡源之间，以对所述第二振荡源输出的振荡信号进行滤波处理。
4.根据权利要求1所述的时钟系统，其特征在于，所述外部时钟装置包括：有源晶体。
5.根据权利要求4所述的时钟系统，其特征在于，所述外部时钟装置还包括：第一电阻；
所述第一电阻连接在所述有源晶体与所述控制器之间，以对有源晶体输出的所述第二时钟信号进行滤波处理。
6.根据权利要求1所述的时钟系统，其特征在于，所述第一振荡源包括：RC振荡电路或者石英晶体。
7.一种计数器，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的时钟系统；
所述控制器还用于，在接收到计数指令时，将所述第二时钟信号作为时钟源以进行计数操作。
8.根据权利要求7所述的计数器，其特征在于，所述计数器还包括：传感器；
所述控制器用于将所述第二时钟信号作为时钟源以进行计数操作包括：
所述控制器用于将所述第二时钟信号作为时钟源以控制所述传感器采集数据，并根据所述传感器采集的数据进行计数操作。
9.一种任务处理方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1至6任意一项所述的时钟系统；所述方法包括：
所述控制器接收任务处理指令；
所述控制器判断所述指令是否指示执行高精度任务；
如果是，并且所述任务处理指令为计数指令，所述控制器将所述第二时钟信号作为时钟源，以控制传感器采集数据；
如果否，由控制器将控制器生成的第一时钟信号作为时钟源，以执行任务处理指令指示的任务。
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| CN104267639A (zh) | 2015-01-07 |
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