电子时钟程序设计 单片机报告

《单片机原理实验》报告

               ——电子时钟程序设计

一 、实验目的

1、学习8051系列单片机[SSTE58RD]定时器时间计时处理

2、学习按键扫描电路的应用

3、掌握LED数码管动态显示的设计方法    

二、设计任务及要求 

利用实验平台上4个LED数码管， 设计带有闹铃功能的数字时钟，要求： 

1、 在4位数码管上显示当前时间，显示格式为“时时分分” ；

2、 由LED闪动做秒显示；

3、 利用按键可对时间及闹玲进行设置，并可显示闹玲时间。当闹玲时间到蜂鸣器发出声响，按停止键使可使闹玲声停止。 

三、实现功能概述

1、4位7段数码管上显示当前时间，显示格式为“时时 . 分分”，第三位小数点同时闪烁做秒显示； 

2、由红色LED闪动做秒显示； 

3、利用按键可对时间及闹铃时间进行设置，可显示闹铃时间。

4、闹铃时间到，蜂鸣器持续鸣响；

四、工作原理及设计思路 

1：利用单片机定时器完成计时功能，定时器0计时中断程序每隔5ms中断一次并当作一个计数，每中断一次计数加1，当计数200次时，则表示1s到了，秒变量加1，同理再判断是否1min钟到了，再判断是否1h到了。为了将时间在LED数码管上显示，可采用静态显示法和动态显示法，由于静态显示法需要数据锁存器等较多硬件，可采用动态显示法实现LED显示。 

闹铃声由交流蜂鸣器产生，电路如右图，当P1.7输出不同频率的方波，蜂鸣器便会发出不同的声音。 

图：蜂鸣器电路

2：硬件电路设计及描述

由于扩展了外部存储器， P0口只能作地址/数据总线，P2口只能作地址总线高8位，P3.7、P3.6作为外部数据存储器读写信号。P3.0、P3.1作为串行输入、输出接口，在仿真模式下完成与PC机的通信，故也不可用。

实验仪上单片机可用作I/O的口仅有：P1.0--P1.7 ，8位；P3.2、P3.3、P3.4、P3.5 ，4位。其中：P1.0 用作数据线SDA，P1.1用作时钟信号CLK，所以P1.0和P1.1应该接对应跳线的A位，即跳线的中间和下面相连。P1.3、P1.4、P1.5和P1.6是四个数码管的位扫描线，其中P1.6对应数码管W1，显示小时高位；P1.5对应数码管W2，显示小时低位；P1.4对应数码管W3，显示分钟高位；P1.3对应数码管W4，显示分钟低位。P1.7连接蜂鸣器电路，输出不同频率的方波，使其发出不同的声音。P1.2 用来控制秒的闪烁显示。故，P1.2也应该接对应跳线的A位。

其显示电路如下图：

P3.2、P3.3、P3.4、P3.5分别连接单刀双掷开关S1、S2、S3、S4，从而输入高低电平。将S2 S1 定义为功能模式选择开关；S3 定义为分钟数调整开关；S4 定义为小时数调整开关。

当S2 S1=00时，显示当前时间，不进行任何操作。

当S2 S1=01时， 显示当前时间，同时可进行时钟调整，若S3=1，分钟数持续加1，若S4=1，小时数持续加1。

当S2 S1=10时，显示闹钟时间，同时可进行闹钟调整，若S3=1，分钟数持续加1，若S4=1，小时数持续加1。

当S2 S1=11 时，显示当前时间，同时关闭闹钟

五、主要模块设计流程及描述

1主模块设计概述

2时钟走时中断服务模块

模块设计描述：

1进行各端口配置、程序初始化、开定时器0中断及启动计数

2循环调用时钟显示、响铃判断、按键判断子程序

3在调用子程序时，若定时器T0计满产生中断，则开始执行时钟走时中断服务程序

4若响铃开关打开，且闹铃时间到来，定时器T1计满产生中断，则执行闹钟响铃中断服务程序

3显示模块

本实验使用的数码管为4位共阳数码管，LED的公共阳极接高电平，某个阴极接低电平时，相应的段被点亮显示，为显示不同的字形，显示器各字段所加的电平是不同的，编码也随之不同，7段显示器的字形与共阳极时编码的对应关系如下表

4校时模块

校时模块主要是通过软件来实现的。校时模块可以调整时间和闹钟，这些通过按键扫描电路来判断。以闹铃校时为例，流程如下：

5计时模块

计时模块是通过定时器0来实现的。定时器1每5ms中断一次，达到200次中断则达到1s时间。计时模块流程图如下：

六、源程序代码及注释

注：首先将单片机用到的主要寄存器做下说明（如下）；

P1.2 作秒的闪烁控制位；

P1.7 作响铃控制电平；

P3.2    、P3.3 作模式选择键S2、S1；

P3.4     作分调整键S3（分钟数+1）；

P3.5     作时调整键S4（小时数+1）；

R0为计数5ms的次数；R1为秒数；R2为分钟数；R3为时钟数；

R4 在显示程序中作为向LED传递数据时的左移次数标志位；

R4 在音乐闹铃程序中读取TABLE中的数据；

R5作为节拍长度；

40H 作显示的分；41H 作显示的时；42H 作闹钟的分；43H 作闹钟的时；

63H、H 存放延时程序DELAY的延时数；

60H、61H 作定时器T1的初值。

;****************************** 主程序 *******************************************

S1        BIT    P3.2                            ;定义模式选择键S2、S1

S2        BIT    P3.3

S3        BIT    P3.4                            ;定义时调整键S4,分调整键S3

S4        BIT    P3.5

SDA    BIT    P1.0

CLK    BIT    P1.1

ORG    0000H

AJMP    MAIN

ORG        000BH                            ;T0的中断服务程序的入口地址

AJMP    TIMER                            ;跳转到时钟走时中断服务程序

ORG        001BH                             ;T1的中断服务程序的入口地址

AJMP    ALARM_OPEN                      ;跳转到闹钟响铃中断服务程序

ORG    0030H

MAIN:    MOV     40H,#00                  ;显示的分

        MOV     41H,#00                   ;显示的时

        MOV     42H,#58                   ;闹钟的分

        MOV     43H,#23                   ;闹钟的时

         MOV     R0,#00H                 ;寄存器清零（RO为计数5ms的次数，R1为秒数，

         MOV     R1,#00H                    ;R2为分钟数，R3为时钟数）

         MOV     R2,#00H

         MOV     R3,#00H

        MOV     TMOD,#11H             ;设置T0,T1处于工作方式1

        MOV     TH0,#0EEH              ;设置定时器的初值

         MOV     TL0,#00H

        SETB     EA                        ;允许总中断

        SETB    ET0                        ;允许T0,T1中断

         SETB     ET1                    

         SETB     TR0                        ;启动T0

LOOP:    LCALL     DISPLAY1                 ;调用显示程序

          LCALL     ALARM                    ;调用闹铃程序

          LCALL     MODE                      ;调用模式判断程序

          AJMP     LOOP

;************************************ 时钟显示部分 *******************************

DISPLAY1:

        MOV     DPTR,#TAB1

        MOV     A,41H

        MOV     B,#10

        DIV     AB

        LCALL     DISP1

        CLR     P1.6                        ;LED1数码管显示数码，即小时的高位

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.6        

        JB         P1.2,TD                    ;控制LED2数码管的小数点"dp"闪烁

        AJMP     TD1

TD:        MOV     A,B

        AJMP     TD2

TD1:    MOV     A,B

        ADD     A,#10

TD2:    LCALL     DISP1                    ;LED2数码管显示数码，即小时的低位

        CLR     P1.5

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.5  

        MOV     A,40H

        MOV     B,#10

        DIV     AB

        LCALL     DISP1

        CLR     P1.4                        ;LED3数码管显示数码，即分钟的高位

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.4    

        MOV     A,B

        LCALL     DISP1

        CLR     P1.3                        ;LED4数码管显示数码，即分钟的低位

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.3       

        RET

DISP1:    MOVC     A,@A+DPTR                ;LED串并转换口从P1.0接收

        MOV     R4,#08H                    ;R4记作左循环的次数

DUP1:    RLC     A                        ;A带进位左循环移位

        MOV     SDA,C

        CLR     CLK                    ;上升沿触发数据接收

        SETB     CLK

        DJNZ     R4,DUP1

        RET

;************************************ 闹钟显示部分 *******************************

DISPLAY2:

        MOV     DPTR,#TAB1

        MOV    A,43H

        MOV     B,#10

        DIV     AB

        LCALL     DISP2

        CLR     P1.6                        ;LED1数码管显示数码，即小时的高位

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.6

        MOV     A,B

        LCALL     DISP2

        CLR     P1.5                        ;LED2数码管显示数码，即小时的低位

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.5

        MOV     A,42H

        MOV     B,#10

        DIV     AB

        LCALL     DISP2

        CLR     P1.4                        ;LED3数码管显示数码，即分钟的高位

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.4

        MOV     A,B

        LCALL     DISP2

        CLR     P1.3                        ;LED4数码管显示数码，即分钟的低位

        LCALL     DELAY

        SETB     P1.3

        RET

DISP2:    MOVC     A,@A+DPTR                ;LED串并转换口从P1.0接收

        MOV     R4,#08H                    ;R4记作左循环的次数

DUP2:    RLC     A                        ;A带进位左循环移位

        MOV     SDA,C

        CLR     CLK                    ;上升沿触发数据接收

        SETB     CLK

        DJNZ     R4,DUP2

        RET

;******************************** 判断闹钟时间是否到来 *************************

ALARM:

        MOV     A,40H

        CJNE     A,#00H,MUSIC            ;整点闹铃

        LJMP    B2

MUSIC:    MOV     A,43H

          CJNE     A,41H,B1

          MOV     A,42H

          CJNE     A,40H,B1                ;音乐闹铃

        SETB    P1.7

        MOV     70H,#00H

NEXT:      MOV     A,70H

           MOV     DPTR,#TABLE            ;从TABLE中读取数据——声响时间

           MOVC     A,@A+DPTR

           MOV     R4,A                    ;将TABLE中读取的数据存放在R4

           JZ         END0

           ANL     A,#0FH

           MOV     R5,A                    ;R5作为节拍长度

           MOV     A,R4

           SWAP     A

           ANL     A,#0FH

           JNZ     SING

           CLR     TR1

           JMP     D1

SING:      DEC     A

           MOV     62H,A

           RL     A

           MOV     DPTR,#TABLE1            ;从TABLE1中读取数据——声调

           MOVC     A,@A+DPTR

           MOV     TH1,A                    ;设定TH1值

           MOV     61H,A

           MOV     A,62H

           RL     A

           INC     A

           MOVC     A,@A+DPTR

           MOV     TL1,A                    ;设定TL1值

           MOV     60H,A

           MOV     TH1,61H

           MOV     TL1,60H

           SETB     TR1

D1:        ACALL     DELAY0                    ;声音延时

           INC     70H

           JMP     NEXT

END0:     CLR     TR1

           JMP     MUSIC

DELAY0: 

MOV     R7,#2                    ;R5的值就是声响持续时间

D2:     MOV     R6,#214

D3:     MOV     R4,#245

           DJNZ     R4,$

           DJNZ     R6,D3

           DJNZ     R7,D2

           DJNZ     R5,DELAY0

           RET

B1:        CLR     TR1

          RET

B2:     MOV     61H,#0FEH

           MOV     60H,#033H

        MOV    TH1,61H

        MOV    TL1,60H                 ;方波频率设为1KHz

        SETB     TR1

;******************************** 闹钟响铃中断服务程序 ************************** 

ALARM_OPEN:    

        PUSH     ACC

           PUSH     PSW

           MOV     TH1,61H

           MOV     TL1,60H

           CPL     P1.7

           POP     PSW

           POP     ACC

           RETI

;******************************** 时钟走时中断服务程序 ***************************

TIMER:    MOV     TH0,#0ECH                ;重新对T0赋值,设置中断时间为5ms

          MOV     TL0,#78H

          MOV     40H,R2

          MOV     41H,R3

          INC     R0                        ;计数5ms的次数加1

          CJNE     R0,#200,BACK            ;不够200次，跳转到BACK

          CPL     P1.2                        ;够200次，P1.2翻转控制LED闪动一下

          MOV     R0,#00H                    ;计数5ms的次数清0，秒数加1

          INC     R1

         CJNE     R1,#60,BACK                ;不够60秒，跳转到BACK

          MOV     R1,#00H                    ;够60秒,秒数清0,分钟加1

          INC     R2

          CJNE     R2,#60,BACK                ;够60分钟，跳转到BACK

          MOV     R2,#00H                    ;够60分钟，分钟数清0，小时数加1

          INC     R3

          CJNE     R3,#24,BACK                ;够24小时，跳转到BACK

          MOV    R3,#00H                    ;够24小时，小时数清0

BACK:    RETI

;************************************ 按键判断部分 *******************************

MODE:    MOV     A,P3                    ;软件消抖后再判断

        LCALL     DELAY

        CJNE     A,P3,MODE

        ANL     A,#0CH                    ;对S2、S1的值判断

        CJNE     A,#00H,LOP1    

        AJMP     T_BACK                    ;模式为00，开T1中断

LOP1:    CJNE     A,#04H,LOP2    

        AJMP     T_CHANGE                ;模式为01，进行时间调整

LOP2:    CJNE     A,#08H,LOP3    

        AJMP     A_CHANGE                ;模式为10，进行闹铃调整

LOP3:    AJMP     A_CLOSE                ;模式为11，关闭闹钟

;............................. 时钟调整 ...............................

T_CHANGE:

        LCALL     DISPLAY1

        LCALL     DELAY1

        JNB     S3,T_HOUR                ;S3为0,判断S4

T_MIN:    MOV     R5,40H

        INC     R5                        ;S3为1,分钟数加1    

        CJNE     R5,#60,LOP4

        MOV     R5,#00H

LOP4:    MOV     40H,R5

        MOV     R2,40H

        AJMP    MODE

T_HOUR:

JNB     S4,MODE                ;S4为0，跳转到MODE

        MOV     R5,41H

        INC     R5                        ;S4为，小时数加1

        CJNE     R5,#24,LOP5

        MOV     R5,#00H

LOP5:    MOV     41H,R5

        MOV     R3,41H

        AJMP     MODE

;............................. 闹铃调整 ................................

A_CHANGE:

        LCALL     DISPLAY2

        LCALL     DELAY2

        JNB     S3,A_HOUR                ;S3为0,判断S4

A_MIN:    MOV     R5,42H

        INC     R5                        ;S3为1,分钟数加1

        CJNE     R5,#60,LOP6

        MOV     R5,#00H

LOP6:    MOV     42H,R5

        AJMP    MODE

A_HOUR:    

JNB     S4,MODE                ;S4为0,跳转到MODE

        MOV     R5,43H

        INC     R5                        ;S4为1,小时数加1

        CJNE     R5,#24,LOP7

        MOV     R5,#00H

LOP7:    MOV     43H,R5

        AJMP     MODE

;............................   返回   .................................

T_BACK:    

        SETB     ET1                        ;开T1中断

        RET

A_CLOSE:

        CLR     ET1                        ;关T1中断

        RET

;************************************ 延时程序 ********************************

DELAY:    

MOV     63H,#5H                    ;约2.78ms

D5:        MOV     H,#0FFH

          DJNZ     H,$

          DJNZ     63H,D5

          RET

;************************************ 延时程序1 ********************************

DELAY1:    

MOV     R7,#50H

D6:        LCALL     DISPLAY1

          DJNZ     R7,D6

          RET

;************************************ 延时程序2 ********************************

DELAY2:    

MOV     R7,#50H

D7:        LCALL     DISPLAY2

          DJNZ     R7,D7

          RET

;******************************** 数码管显示的字形表 ***************************

TAB1:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H    ;数字0~9，不带小数点"dp"

     DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H        ;数字0~9，带小数点"dp"

;********************************** 音乐的节拍表 *******************************

TABLE:     DB 82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,04H            

          DB 82H,01H,81H,94H,84H,0C4H,0B4H,04H

           DB 82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0B4H,0A4H,94H

           DB 0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,0B4H,04H

           DB 82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,94H

           DB 0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,0B4H,04H

           DB 82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0B4H,0A4H,94H

           DB 0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,0B4H,04H

           DB 00H

;*************************** 由音乐音符设置的T1计数值 **************************

TABLE1:    DW 260,440,524,580,684,777,820,8    ;音符计数值

           DW 968,65030,65058,65110,65157,65178,65217

END

七、实验过程

1：启动Keil，新建一个工程，然后选择芯片（Philips——P80/P87C52X2），设置工作环境，编写汇编语言程序，保存并添加至工程中，然后进行编译。

2：将P1.0、P1.1、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P3.0、P3.1的跳线接相应的A位，P1.7的跳线接相应的C位，拔掉其它不用的跳线。插好电源，插好通信线，打开实验仪电源开关，在实验上将工作模式开关SX拨到“LOAD”一档，按下复位开头RESET，然后启动DPFlash，单击“编程”，在弹出的窗口中选中“编程MON51”，再按“确定”，就将程序装载到单片机的Flash中。

关闭DPFlash。 

3：将实验台上的工作模式开关SX拨到“MON”位置，按下RESET复位开关，设置S0、S1、S3和S4的状态，再运行程序，拨动S0、S1、S3和S4对应的开头，检查电子时钟功能是否完整。多次调试、修改程序，直至能正常实现设计的功能为止。

下图为keil程序编译运行完的截图。

下图为DDFlash装载成功后的截图。

下图是任意设置的时间3：07的时候红色LED闪动做秒显示的对比效果截图：

八、实验总结

这次课程设计是对单片机课程所学知识的具体应用和学习效果检验，是软件与硬件的结合。在本次实验中，我遇到了很多问题，在一一解决之后我学到了很多东西，对知识的理解也更加深刻了。

通过本次实验，我重新复习了单片机的有关知识，做实验的时候几乎把课本翻了个遍，涉及到单片机结构原理、指令、定时器、中断、子程序调用、LED显示等等，几乎又复习了一遍课本。我对知识的认识有了一个质的提高，更深刻的认识到理论与实践之间的差距。

编写电子时钟程序时，我先上网搜集了相关资料，熟悉了一下类似实验的编程思想，也从中借鉴了一些好的做法，结合自己实验的要求来取舍，由于程序庞大，特别需要注意前后变量是否冲突，寄存器的使用是否合理等细节方面。在程序的编写过程中，经常遇到不是很确定的问题时就查找有关资料或者问同学。刚编写出程序时有几个错误，有标点符号的错误，有标号的错误，还有循环和跳转的错误等等。

通过程序的编写，我掌握了模块化设计程序的思想，通过电路板的调试，我可以把软件与硬件联系起来，认识到只有软件与硬件结合才能设计出简单实用的电路。以前也用数电的知识做过时钟电路，通过比较，可知用软件加硬件结合，能更加灵活的进行设计，调整和扩展也比较方便。在试验中，我也遇到了很多的问题，经过我的耐心调试之后，都一一解决了。

总之，通过这次实验，我对于单片机课程的理解和知识的掌握都得到了加深，这对我以后继续学习、科研都有很大的好处。