北交单片机课设电子时钟.docx
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北交单片机课设电子时钟
单片机课程设计
实验课程单片机原理与应用
实验名称电子时钟
姓名
学号
指导教师戴胜华
完成时间2014.6.8
一、设计要求
利用JD51开发板上的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，并可显示闹玲时间。
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。
4.实现秒表功能（百分之一秒显示）。
二、设计目的
通过电子时钟综合设计，学会利用8051定时器时间计时处理功能，了解按键扫描及控制LED数码管显示原理，掌握单片机和按键以及LED数码管硬件电路设计及控制程序的设计方法。
思考按键消除抖动、LED动态显示与静态显示的特点，从而提高自身解决实际问题的能力。
三、设计原理
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。
四、proteus仿真设计及描述
仿真电路图：
全速执行后，按下sw2进入时钟调整，sw3调整小时，sw4调整分，调好后按sw2确定。
按下sw3进入闹铃时间调整，sw3调整小时，sw4调整分，调好后按sw2确定。
按下sw1进入秒表，按下sw3开始计时，sw1暂停，sw3继续，sw2重新开始计时，sw4退出，返回时钟模式。
五、设计方案及思路
1乐曲的音调与节拍
（1）音调由不同频率的方波产生，音调与频率的关系如下表所示。
要产生音频方波，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用计时器计时此半周期时间，每当计时到后就将输出方波的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚得到此频率的方波。
在ZKS-03实验仪上，产生方波的I/O脚选用P1.7，通过跳线选择器JP1将单片机的P1.7与蜂鸣器的驱动电路相连。
这样P1.7输出不同频率的方波，蜂鸣器便会发出不同的声音。
（2）音乐的节拍是由延时实现的，如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒。
只要设定延时时间，就可求得节拍的时间。
延时作为基本延时时间，节拍值只能是它的整数倍。
音调
1
2
3
4
5
6
7
I
频率
262
294
330
349
392
440
494
523
X
F921
F9E1
FA8C
FAD8
FB68
FBE9
FC5B
FC8F
注：
频率以HZ为单位
表1音调和发音频率及定时器初值X的对应
每个音节相应的定时器初值x可按下法计算。
其中，f是音调频率，晶振fosc=11.0592Mhz。
2定时器的使用及时间延迟
首先对定时器进行初始化
图1TMOD控制寄存器
各控制位说明如下：
GATE：
门控位
GATE＝0，TR=1启动计数（软件启动）；
GATE＝1，TR=1且INT=1启动计数（硬件启动）。
C/T：
定时或计数方式选择位。
C/T＝0，定时工作方式；C/T＝1,计数工作方式。
M1M0：
工作方式选择位。
M1M0＝00，方式0：
13位计数（TL0-4、TH0-7）
M1M0＝01，方式1：
16位计数（TL0-7、TH0-7）
M1M0＝10，方式2：
8位计数,有自动装入功能。
M1M0＝11，方式3：
T0分为两个8位计数器,TL0可工作为定时或计数方式,TH0只能工作为定时方式。
图2SCON控制寄存器
SCON各控制位说明如下：
TR0/TR1：
启动计数。
1启动计数；为0停止计数。
TF0/TF1：
计数溢出。
计数结束时为1。
曲调值
DELAY
调4/4
125ms
调3/4
187ms
调2/4
250ms
表2各节拍延时时间对应关系
3蜂鸣器电路
蜂鸣器有交流和直流两种。
直流蜂鸣器驱动简单，一旦在引脚上加入直流电源它就会发出一定频率的声音，此时声音的音调和音量是固定的；而交流蜂鸣器在这方面则显得较灵活，输入声音信号的频率和音长是可控的，因此输出的声响将更逼真、更悦耳。
本实验仪有一个交流蜂鸣器，由于一般I/O口的驱动能力有限，因此不用它直接驱动蜂鸣器，它与P87C52X2的连接方式如下图所示。
Buzzer通过一个跳线与P1.7相连，P1.7输出不同频率的方波信号，蜂鸣器就会发出不同的声音。
如果控制输出信号的频率和音长，蜂鸣器则会发出悦耳的音乐。
图3（交流）蜂鸣器驱动电路
六、软件设计流程及描述
1、计时模块
利用单片机定时器0完成计时功能。
定时器0计时中断程序每隔1ms中断一次并当作一个计数，每中断一次计数加1，当计数1000次时，则表示1s到了，秒变量加1。
当秒变量达到60时，秒变量清零同时分变量加1。
分变量达到60时，分变量清零同时时变量加1。
当时变量达到24时，时变量清零。
由于实验要求由LED闪动做秒显示，因此每隔0.5s即计数500次时，P1.1（驱动LED灯）取反一次，从而实现LED灯闪动一次为1s，秒变量加1。
该模块流程图如下：
2、显示模块
为在各位LED上分别显示不同的字符，需要采用循环扫描显示的方法，即在某一时刻只选通一条位选线，并输出该位的字段码，其余位则处于关闭状态。
可见，各位LED显示的字符并不是同时出现的，但由于人眼的视觉暂留及LED的余辉，可以达到同时显示的效果。
程序流程图如下：
采用动态显示时，需要确定LED各位显示的保持时间。
由于LED从导通到发光有延时，时间太短会造成发光微弱，显示不清晰；如果显示时间太长，则会占用较多的CPU时间。
3、按键判断及处理程序
按键的闭合与否，反映在电压上就是呈现出高电平或低电平。
由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开的瞬间，电压信号伴随有一定时间的抖动，抖动时间与按键的机械特性有关，一般是5~10ms。
为了保证CPU确认一次按键动作，既不重复也不遗漏，必须消除抖动的影响。
通过软件消除抖动的方法为：
在程序执行过程中检测到有按键按下时，调用一段延时（约10ms）子程序，然后判断该按键的电平是否仍然保持在闭合状态，如果是，则确认有键按下。
按键判断流程图如下：
按键处理流程图如下：
4、主函数流程图
七、实验源程序
C语言：
#include"reg52.h"
#defineucharunsignedchar
sbitCE573=P2^5;
sbitBUZZER=P2^4;
sbitKEY1=P3^2;
sbitKEY2=P3^3;
sbitKEY3=P3^4;
sbitKEY4=P3^5;
codeunsignedchardigseg[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
//0123456789
codeunsignedcharsegsel[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//数码管段选
intsum=0;
ints=40;//当前时间秒
intmi=0;//当前时间分
inth=0;//当前时间时
inta;
intb;
intk;
intx,y,z,x1,x2;
intswt=1;
intswt2=1;
intmin=1;//闹钟分
inthour=0;//闹钟时
intm=1;
unsignedcharbeat;
codeunsignedsong[]={0X54,0XC4,0X12,0X32,0X34,0X52,0X52,0X52,0X52,0X42,0X32,
0X34,0XC1,0XC2,0X52,0XC2,0X12,0X32,0X34,0X11,0X12,0X31,0X12,0XC2,0X78,0X72,
0X52,0X52,0X42,0X32,0X42,0X52,0X11,0XC1,0XC4,0XC1,0XC1,0XC1,0XC1,0X12,0X32,//音乐宁夏
0X32,0X12,0X42,0X42,0X44,0XC2,0X12,0X32,0X42,0X52,0X72,0X72,0X82,0X41,0X51,
0X42,0X48,0X42,0X12,0X3C,0X72,0X62,0X3C,0X72,0X62,0X3C,0X72,0X62,0x21,0x31,
0x41,0x51,0x61,0x71,0x81,0x91,0x61,0x71,0x81,0x91,0X3F,0X3F,0X54,0XC2,0XC2,
0X42,0XC2,0XC4,0X34,0X32,0X42,0X52,0XC2,0XC4,0XD2,0XC2,0X12,0X22,0X38,0X12,
0X22,0X32,0X42,0X48,0xFF};
codeintnote[]={0x0000,0xFB03,0xFB8E,0xFC0B,0xFC43,0xFCAB,0xFD08,0xFD32,0xFD81,0xFDC7,0xFE05,0xFE21,0xFE55,0xFE83,0xFE99,0xFEC0};
unsignedcharhi_note,low_note;
voiddelay（）;
voidinitmpu（void）
{
TMOD=0x11;//定时器0和1都以方式一计数
TL0=0xff;
TH0=0xdb;
TL1=0xFF;
TH1=0xDB;
PCON=0x00;
IE=0x8f;//开放所有中断
}
voidDelay（intm）//延时程序
{
while（--m）;
}
voidDelay1（intm）//延时程序用来播放音乐
{intgg,mm;
for（;m>0;m--）
{for（gg=180;gg>0;gg--）
for（mm=125;mm>0;mm--）;}
}
voidprt（inthour,intmin）//数码管显示子程序
{
inta,b,c,d;
a=hour/10;
b=hour%10;
c=min/10;
d=min%10;
{
P2=segsel[0];
P0=digseg[a];
Delay（100）;
P2=segsel[1];
P0=digseg[b];
Delay（100）;
P2=segsel[2];
P0=digseg[c];
Delay（100）;
P2=segsel[3];
P0=digseg[d];
Delay（100）;
}
}
voidtest_beep（charn）//测试蜂鸣器
{
chari;
for（i=0;i{
BUZZER=0;
Delay（10000）;
BUZZER=1;
Delay（5000）;
}
}
charcheck_K3（void）//按键去抖
{
if（KEY3==0）
{
Delay（2000）;
{
if（KEY3==0）
{
return1;
}
}
}
return0;
}
charcheck_K4（void）//按键去抖
{
if（KEY4==0）
{
Delay（2000）;
{
if（KEY4==0）
{
return1;
}
}
}
return0;
}
charkey1_flag=0;
charkey2_flag=0;
voidext_int0（）interrupt0//外部中断0
{
EA=0;
Delay（4000）;
key1_flag=1;
EA=1;
}
voidext_int1（）interrupt2//外部中断1
{
EA=0;
Delay（4000）;
key2_flag=1;
EA=1;
}
voidtime（）interrupt1//计时器0计数器中断程序，用于确定当前时间
{
EA=0;
x1++;
TR0=0;
swt=1;
TL0=0xff;//一秒
TH0=0xdb;
TR0=1;
if（x1==100）
{x1=0;
s++;
if（P1==0xfe）//LED闪烁表示一秒
P1=0xff;
else
P1=0xfe;
}
if（s==60）
{
s=0;
m=1;
mi++;
}
if（mi==60）
{
mi=0;
h++;
}
if（h==24）
h=0;
EA=1;
}
voidtime2（）interrupt3//计数器1中断程序，用于播放音乐
{
TR1=0;
TL1=low_note;
TH1=hi_note;
TR1=1;
BUZZER=~BUZZER;
}
voidsinging（）
{
unsignedchartemp;
intii=0;
while
（1）
{
prt（h,mi）;//显示当前时间
temp=song[ii];//读出乐谱的一个byte
if（temp==0）
{//如果是0就表示音乐结束
TR1=0;//停止计时计数器1
return;//返回
}
beat=temp&0x0f;//取出低阶的4位，这是拍子
temp=（temp>>4）&0x0f;//取出高阶4位当成音符的频率
if（temp==0）
TR1=0;//如果拍子是0就表示休止符
else{
hi_note=note[temp]>>8;//根据音符的频率得到Timer1计数值
low_note=note[temp]&0x00FF;
TR1=1;//启动计时计数器1
}
Delay1（beat）;//延迟拍子的时间
TR1=0;//计时器1停止计数
BUZZER=1;
ii++;
if（key2_flag）//按2键退出闹铃
{
key2_flag=0;
P2=0xff;
m=0;
TR1=0;
BUZZER=1;
break;
}
}
}
main（）
{
initmpu（）;
TR0=1;//定时器0开始工作
while
（1）//不断刷新程序
{
prt（h,mi）;//显示当前时间
if（key1_flag）//以中断方式响应按键，秒表
{
key1_flag=0;//去除外部中断1标志位
P2=0xff;
test_beep
（1）;//驱动蜂鸣器
a=0;
b=0;
while
（1）//不断刷新程序
{
prt（0,0）;
if（check_K3（））
{
P2=0xff;
break;//key3再次按下，开始计时
}
}
test_beep
（1）;
while
（1）
{
if（swt&&swt2）
{
swt=0;
a++;
if（a==60）
{
a=0;
b++;
}
}
prt（b,a）;
if（key1_flag==1）//key1再次按下停止计数
{
P2=0xff;
key1_flag=0;
test_beep
（1）;
swt2=0;
}
if（check_K3（））//按下key3再次计数
{
P2=0xff;
key1_flag=0;
test_beep
（1）;
swt2=1;
}
if（check_K4（））//按下key4跳出程序
{
P2=0xff;
Delay（8000）;
test_beep
（1）;
break;
}
if（key2_flag==1）
{
key2_flag=0;
a=0;
b=0;
P2=0xff;
test_beep
（1）;
}
}
}
elseif（key2_flag）//调整当前时间
{
P2=0xff;
key2_flag=0;
test_beep（3）;
while
（1）
{
prt（h,mi）;
if（check_K3（））//调时
{
h++;
P2=0xff;
test_beep
（1）;
if（h==24）
h=0;
Delay（10000）;
}
if（check_K4（））//调分
{
mi++;
P2=0xff;
test_beep
（1）;
if（mi==60）
{
mi=0;
h++;
}
if（h==24）
h=0;
Delay（10000）;
}
if（key2_flag）//再按2键退出调时
{
P2=0xff;
key2_flag=0;
test_beep（3）;
Delay（10000）;
break;
}
}
}
elseif（check_K3（））//设置闹钟时间
{
P2=0xff;
test_beep（3）;
while
（1）
{
prt（hour,min）;//显示当前闹铃时间
if（check_K3（））
{
P2=0xff;
hour++;
test_beep
（1）;
if（hour==24）
hour=0;
Delay（10000）;
}
elseif（check_K4（））
{
P2=0xff;
min++;
test_beep
（1）;
if（min==60）
{
min=0;
hour++;
}
if（hour==24）
hour=0;
Delay（10000）;
}
if（key2_flag）//按2键退出
{
key2_flag=0;
P2=0xff;
test_beep（5）;
Delay（10000）;
break;
}
}
}
elseif（check_K4（））//观看当前秒单位
{
test_beep
（1）;
k=1000;
while（k--）
{
prt（0,s）;
}
P1=0xff;
}
if（（h==hour）&&（min==mi））//响铃
{
while（m）
{
singing（）;
}
}
}
}
汇编：
ORG0000H
AJMPMAIN;
ORG000BH
AJMPT0INT;
ORG0013H
CJNER5,#00H,SAL;stopthealarm
AJMPEXINT1;
SAL:
AJMPST;
ST:
MOV43H,#01H;
ORG001BH
AJMPT1INT;
ORG0050H
MAIN:
MOV79H,#00H;
MOV7AH,#00H;
MOVSP,#60H;
MOVDPTR,#DESG;
MOVR2,#20D;
MOVR4,#00H;
MOVR5,#00H;
MOV45H,#00H;
MOV46H,#02H;
SETBEA;
SETBEX1;
SETBET0;
SETBET1;
SETBIT1;
MOVTMOD,#61H;T0astimer,T1ascounter
MOVTL1,#0FFH;
MOVTH1,#0FFH;
SETBTR1;
ACALLADJ;-------------------------------------------------clockinitialize
ACALLBEEP;
MOVR4,#00H;
ACALLALADJ;-----------------------------------------------alarminitialize
ACALLEXC;
ACALLBEEP;
MOVR5,#01H;marktheendofaladj;
MOVTL0,#00H;
MO
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