北京交大单片机课程设计电子时钟.docx
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北京交大单片机课程设计电子时钟
单片机应用课程设计
实验课程题目：
电子时钟
班级：
通信0604
姓名
电子时钟
（一）实验目的
学习8051定时器时间计时处理、按键扫描及LED数码管显示的设计方法。
（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“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，并可显示闹铃时间。
当闹玲时间到蜂鸣器发出声响，按停止键使可使闹铃声停止。
（三）工作原理及设计思路
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50ms中断一次并当作一个计数，每中断一次计数加1，当计数20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。
其显示电路如图1
图1
闹铃声由交流蜂鸣器产生，当P1.7输出不同频率的方波，.蜂鸣器便会发出不同的声音。
（四）程序设计分析：
1、定时计数的误差分析
主要误差来源及补偿：
[1]、硬件电路在线路手工焊接时可能存在虚焊，或者有接触不良的情况，以及外界环境的影响，硬件误差影响可能成为最后原因。
[2]、采用11.0592MHz晶振计算定时计数初值时存在小数舍入误差公式：
定时器/计数器采用工作方式1，定时器T0、T1溢出周期为50ms,计算得到N=19456=4C00H,TH0=4CH,TL0=00H.若仍采用理论上的12MHz计算初值，则有：
N1=3CB0H，那么用11.0592MHz，N1不变，益出周期约为54.25ms，每次溢出比实际的要慢4.3ms，那么一秒钟要慢85ms，从而影响24h比实际的要慢122min。
修正后误差处理通软件实现，最终的时钟误差测得值为3-5s。
补偿方法：
1）、精确定时计数时可采用12MHz的晶振。
2）、用软件补偿，通用方法如下：
MCS-51单片机的中断响应延迟时间，取决于其它中断服务程序是否在进行，或取决于正在执行的是什么样的指令。
单中断系统中的中断响应时间为3～8个机器周期。
无论是哪一种原因引起的误差，在精确定时的应用场合，必须考虑它们的影响，以确保精确的定时控制。
根据定时中断的不同应用情况，应选择不同的精确定时编程方法。
以定时器T1工作在定时方式1为例，晶振频率为12MHz。
在定时器溢出中断得到响应时，停止定时器计数，读出计数值（反映了中断响应的延迟时间），根据此计数值算出到下一次中断时，需多长时间，由此来重装载和启动定时器。
例如定时周期为1ms，则通常定时器重装载值为-1000（0FC18H）。
下面的程序在计算每个定时周期的精确重装载值时，考虑了由停止计数（CLRTR1）到重新启动计数（SETBTR1）之间的7个机器周期时间。
程序中#LOW（-1000+7）和#HIGH（-1000+7）是汇编符号，分别表示-1000+7=0FC1FH这个立即数的低位字节（1FH）和高位字节（0FCH）。
CLREA；禁止所有中断
CLRTR1；停止定时器T1
MOVA，#LOW（-1000+7）；期望数的低位字节
ADDA，TL1；进行修正
MOVTL1，A；重装载低位字节
MOVA，#HIGH（-1000+7）；对高位字节处理
ADDCA，TH1
MOVTH1，A
SETBTR1；重启动定时器
SETBEA；重开中断
……
；本次设计的软件误差补偿
CLR ET0 ；关T0中断允许
CLR TR0 ；关闭定时器T0
MOV A,#0C0H ；中断响应时间同步修正
ADD A,TL0 ；低8位初值修正
MOV TL0,A ；重装初值（低8位修正值）
MOV A,#4CH ；高8位初值修正
ADDC A,TH0 ；
MOV TH0,A ；重装初值（高8位修正值）
SETB TR0 ；开启定时器T0
2、按键消除抖动的设计分析
由于键的按下与释放是通过机械触点的闭合与断开来实现的，因机械触点的弹性作用，在闭合与断开的瞬间均有一个抖动过程，所以键闭合与断开会产生如附图所示的电压波形，抖动时间一般在5~10ms。
这个抖动对判断键是否按下或释放有较大影响，因此必需消除键的抖动，只有这样，才能可靠地判断键的状态。
在单片机应用系统中，消除抖动有硬件和软件两种方法。
硬件去抖动方法主要有利用R-S触发器和滤波器电路，如图所示。
软件去抖动通常是程序检测到键被按下时，延时10ms后再检测键是否仍然闭合，若是则确认是一次真正的闭合，否则就忽略次此按键。
本次设计时采用的软件消抖程序
CLOSE:
JB P3.2,CLOSE ；无按键按下，等待。
LCALL DISPLAY ；有键按下，调显示子程序延时消抖
JB P3.2,CLOSE ；是干扰返回CLOSE等待
3、数码管及其限流电阻的选用
数码管共阳型和共阴型的外型相同，共阴极是把所有的发光二极管的阴极俩在一起，通常接地，通过控制每一只的阳极电平来使其发光或者熄灭。
阳极为高电平发光，为低电平熄灭。
共阳极是把所有的阳极连在一起，通常接高电平（+5V），通过控制每一只的阴极电平使其发光或者熄灭，阴极为低电平发光，为高电平熄灭。
为了保证发光二极管经久耐用而不被烧毁，需要外接限流电阻。
取值一般是流经的电流在10~20mA，由于高亮度数码管的使用，电流还可以取得小一些。
发光二极管开启电压，红色在1.6~1.8V之间，绿色约为2.0V。
设导通电压为=1.6V，正向电流为5~20mA，限流电阻R取值在170~680，考虑单片机本身的驱动能力很大，实际设计取值560。
4、数码管显示技术-----动态显示技术
在多位LED显示时，为了降低成本和功耗，将所有位的段选线并联起来，由一个8位口控制，由另一个端口进行显示位的控制。
但是，由于段选是公用的，要让各位数码管显示不同的字符，就必须采用扫描方式，即动态扫描显示方式。
首先从段选线上送出字段码，再控制位选线，字符就显示在指定位置上，持续1~5ms时间，然后关闭所有显示；接下来又送出新的字段码，按照上述过程又显示在新的位置上，直到每一位数码管都扫描完为止，即为一个扫描周期。
由于人的视觉停留效应，因此当扫描周期小到一定程度时，人就感觉不出字符的移动或闪烁，觉得每位数码管到一直在显示，达到一种稳定的视觉效果。
动态扫描显示的扫描方式有程序控制和定时中断扫描两种。
程序控制扫描方式要占用许多CPU时间，在计算机的任务较重时，难以得到好的效果，所以在实际中常采用定时中断扫描方式，这种方式是每隔一定时间（如1ms）显示一位数码管，假设有4位数码管，显示扫描周期为4ms,显示效果十分良好。
本次设计采用这种方法。
5、主要程序设计分析
（1）主程序 设计中采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当P3.2端口或者P3.3端口开关按下时，转入调整时间或者调整闹钟功能程序。
（2）显示子程序
数码管显示的数据存放在内存单元70H-75H中,其中70H~71H存放秒数据,72H~73H存放分数据,74H~75H存放时数据,每一地址单元内均为十进制BCD码。
由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。
显示时，先取出70H~75H某一地址中的数据，然后查的对应的显示段码从P0口输出。
P2口将对应的数码管选中，就是显示该地址单元的数据值。
（3）定时器T0中断服务程序
定时器T0用于时间计时。
定时溢出中断周期设为50ms，中断累计20次（即1s）时对秒计数单元进行加1操作。
时间计数单元地址分别在70H~71H（s）、76H~77H（min）、78H~79H（h），闹钟计数单元地址在：
7AH~7BH（min）、7CH~7DH（h）、7EH单元存放“熄灭符”数据（#0AH）。
在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60进位。
（4）T1中断服务程序
T1中断服务程序应用于指示调整单元数字的亮闪。
在时间调整状态下，每过0.3秒，将对应单元的显示数据换成熄灭符数据（#0AH）。
这样，在调整时间时，对应调整单元的显示数据就会间隔闪亮。
（5）调时功能程序
调时功能程序的设计方法是：
按下按键，若按下时间小于1秒，进入省电状态（数码管不亮，时钟不停），否则进入调分状态，等待操作，此时计时器停止走动。
当再次按下按钮时，若按下的时间小于0.5秒，则时间加1分钟；若按下时间大于0.5秒，则进入小时调整状态。
在小时调整状态下，当按键按下的时间大于0.5秒时退出调整状态，时钟继续走动。
闹钟调整与调时思路基本相同。
（五）具体程序：
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;SST89E58RD时钟程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;定时器T0、T1溢出周期为50MS，T0为秒计数用，T1为调整时闪烁用，
;P3.2为调整按钮，p0口为字符输出口，采用共阳显示管。
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;中断入口程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;
ORG0000H;程序执行开始地址
LJMPSTART;跳到标号START执行
ORG0003H;外中断0中断程序入口
RETI;外中断0中断返回
ORG000BH;定时器T0中断程序入口
LJMPINTT0;跳至INTTO执行
ORG0013H;外中断1中断程序入口
RETI;外中断1中断返回
ORG001BH;定时器T1中断程序入口
LJMPINTT1;跳至INTT1执行
ORG0023H;串行中断程序入口地址
RETI;串行中断程序返回
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;主程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;
START:
MOVR0,#70H;清70H-7EH共11个内存单元
MOVR7,#0FH;
CLEARDISP:
MOV@R0,#00H;
INCR0;
DJNZR7,CLEARDISP;
MOV20H,#00H;清20H（标志用）
MOV7EH,#0AH;放入"熄灭符"数据
MOVTMOD,#11H;设T0、T1为16位定时器
MOVTL0,#0B0H;50MS定时初值（T0计时用）
MOVTH0,#3CH;50MS定时初值
MOVTL1,#0B0H;50MS定时初值（T1闪烁定时用）
MOVTH1,#3CH;50MS定时初值
SETBEA;总中断开放
SETBET0;允许T0中断
SETBTR0;开启T0定时器
MOVR4,#14H;1秒定时用初值（50MS×20）
START1:
LCALLDISPLAY;调用显示子程序
JNBP3.3,SETALARM1;P3.3口为0时转ALARM调整程序
JNBP3.2,SETMM1;P3.2口为0时转时间调整程序
TEST:
MOVA,78H;闹铃时间判断
SETBP1.1
CJNEA,7CH,START1
MOVA,79H
CJNEA,7DH,START1
MOVA,76H
CJNEA,7AH,START1
MOVA,77H
CJNEA,7BH,START1
CLRP1.1;指示灯
SJMPSTART1;P3.2口为1时跳回START1
SETMM1:
LJMPSETMM;转到时间调整程序SETMM
SETALARM1:
LJMPSETM;转到闹钟调整程序SETM
SJMPTEST
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;1秒计时程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;T0中断服务程序
INTT0:
PUSHACC;累加器入栈保护
PUSHPSW;状态字入栈保护
CLRET0;关T0中断允许
CLRTR0;关闭定时器T0
MOVA,#0B7H;中断响应时间同步修正
ADDA,TL0;低8位初值修正
MOVTL0,A;重装初值（低8位修正值）
MOVA,#3CH;高8位初值修正
ADDCA,TH0;
MOVTH0,A;重装初值（高8位修正值）
SETBTR0;开启定时器T0
DJNZR4,OUTT0;20次中断未到中断退出
ADDSS:
CPLP1.7
MOVR4,#14H;20次中断到（1秒）重赋初值
MOVR0,#71H;指向秒计时单元（70H-71H）
ACALLADD1;调用加1程序（加1秒操作）
MOVA,R3;秒数据放入A（R3为2位十进制数组合）
CLRC;清进位标志
CJNEA,#60H,ADDMM;
ADDMM:
JCOUTT0;小于60秒时中断退出
ACALLCLR0;大于或等于60秒时对秒计时单元清0
MOVR0,#77H;指向分计时单元（76H-77H）
ACALLADD1;分计时单元加1分钟
MOVA,R3;分数据放入A
SETBP1.5
CJNEA,#59H,FEN1
CLRP1.5
SETBP1.5
CLRP1.5
FEN1:
CLRC;清进位标志
CJNEA,#60H,ADDHH;
ADDHH:
JCOUTT0;小于60分时中断退出
ACALLCLR0;大于或等于60分时分计时单元清0
MOVR0,#79H;指向小时计时单元（78H-79H）
ACALLADD1;小时计时单元加1小时
MOVA,R3;时数据放入A
CLRC;清进位标志
CJNEA,#24H,HOUR;
HOUR:
JCOUTT0;小于24小时中断退出
ACALLCLR0;大于或等于24小时小时计时单元清0
OUTT0:
MOV72H,76H;中断退出时将分、时计时单元数据移
MOV73H,77H;入对应显示单元
MOV74H,78H;
MOV75H,79H;
POPPSW;恢复状态字（出栈）
POPACC;恢复累加器
SETBET0;开放T0中断
RETI;中断返回
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;闪动调时程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;T1中断服务程序，用作时间调整时调整单元闪烁指示
INTT1:
PUSHACC;中断现场保护
PUSHPSW;
MOVTL1,#0B0H;装定时器T1定时初值
MOVTH1,#3CH
JB11H,ALARM;判断当前是否为调闹钟DJNZR2,INTT1OUT;0.3秒未到退出中断（50MS中断6次）
MOVR2,#06H;重装0.3秒定时用初值
CPL02H;0.3秒定时到对闪烁标志取反
JB02H,FLASH1;02H位为1时显示单元"熄灭"
MOV72H,76H;02H位为0时正常显示
MOV73H,77H;
MOV74H,78H;
MOV75H,79H;
AJMPINTT1OUT
ALARM:
DJNZR2,INTT1OUT;0.3秒未到退出中断（50MS中断6次?
MOVR2,#06H;重装0.3秒定时用初值
CPL04H;0.3秒定时到对闪烁标志取反
JB04H,FLASH11;04H位为1时显示单元"熄灭"
MOV72H,7AH;04H位为0时正常显示
MOV73H,7BH;
MOV74H,7CH;
MOV75H,7DH;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
INTT1OUT:
POPPSW;恢复现场
POPACC;
RETI;中断退出
FLASH1:
JB01H,FLASH2;01H位为1时，转小时熄灭控制
MOV72H,7EH;01H位为0时，"熄灭符"数据放入分
MOV73H,7EH;显示单元（72H-73H），将不显示分数据
MOV74H,78H;
MOV75H,79H;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
FLASH2:
MOV72H,76H;01H位为1时，"熄灭符"数据放入小时
MOV73H,77H;显示单元（74H-75H），小时数据将不显示
MOV74H,7EH;
MOV75H,7EH;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
;
;
FLASH11:
JB01H,FLASH21;01H位为1时，转小时熄灭控制
MOV72H,7EH;01H位为0时，"熄灭符"数据放入分
MOV73H,7EH;显示单元（72H-73H），将不显示分数据
MOV74H,7CH;
MOV75H,7DH;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
FLASH21:
MOV72H,7AH;01H位为1时，"熄灭符"数据放入小时
MOV73H,7BH;显示单元（74H-75H），小时数据将不显示
MOV74H,7EH;
MOV75H,7EH;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;加1子程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;
ADD1:
MOVA,@R0;取当前计时单元数据到A
DECR0;指向前一地址
SWAPA;A中数据高四位与低四位交换
ORLA,@R0;前一地址中数据放入A中低四位
ADDA,#01H;A加1操作
DAA;十进制调整
MOVR3,A;移入R3寄存器
ANLA,#0FH;高四位变0
MOV@R0,A;放回前一地址单元
MOVA,R3;取回R3中暂存数据
INCR0;指向当前地址单元
SWAPA;A中数据高四位与低四位交换
ANLA,#0FH;高四位变0
MOV@R0,A;数据放入当削地址单元中
RET;子程序返回
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;清零程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;对计时单元复零用
CLR0:
CLRA;清累加器
MOV@R0,A;清当前地址单元
DECR0;指向前一地址
MOV@R0,A;前一地址单元清0
RET;子程序返回
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;时钟调整程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;当调时按键按下时进入此程序
SETMM:
cLRET0;关定时器T0中断
CLRTR0;关闭定时器T0
LCALLDL1S;调用1秒延时程序
JBP3.2,CLOSEDIS;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电）
MOVR2,#06H;进入调时状态，赋闪烁定时初值
SETBET1;允许T1中断
SETBTR1;开启定时器T1
SET2:
JNBP3.2,SET1;P3.2口为0（键未释放），等待
SETB00H;键释放，分调整闪烁标志置1
SET4:
JBP3.2,SET3;等待键按下
LCALLDL05S;有键按下，延时0.5秒
JNBP3.2,SETHH;按下时间大于0.5秒转调小时状态
MOVR0,#77H;按下时间小于0.5秒加1分钟操作
LCALLADD1;调用加1子程序
MOVA,R3;取调整单元数据
CLRC;清进位标志
CJNEA,#60H,HHH;调整单元数据与60比较
HHH:
JCSET4;调整单元数据小于60转SET4循环
LCALLCLR0;调整单元数据大于或等于60时清0
CLRC;清进位标志
AJMPSET4;跳转到SET4循环
CLOSEDIS:
SETBET0;省电（LED不显示）状态。
开T0中断
SETBTR0;开启T0定时器（开时钟）
CLOSE:
JBP3.2,CLOSE;无按键按下，等待。
LCALLDISPLAY;有键按下，调显示子程序延时削抖
JBP3.2,CLOSE;是干扰返回CLOSE等待
WAITH:
JNBP3.2,WAITH;等待键释放
LJMPSTART1;返回主程序（LED数据显示亮）
SETHH:
CLR00H;分闪烁标志清除（进入调小时状态）
SETHH1:
JNBP3.2,SET5;等待键释放
SETB01H;小时调整标志置1
SET6:
JBP3.2,SET7;等待按键按下
LCALLDL05S;有键按下延时0.5秒
JNBP3.2,SETOUT;按下时间大于0.5秒退出时间调整
MOVR0,#79H;按下时间小于0.5秒加1小时操作
LCALLADD1;调加1子程序
MOVA,R3;
CLRC;
CJNEA,#24H,HOUU;计时单元数据与24比较
HOUU:
JCSET6;小于24转SET6循环
LCALLCLR0;大于或等于24时清0操作
AJMP
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