单片机课程设计--电子时钟.doc

实验报告实验名称：电子时钟学院：电子信息工程学院班级：通信1103班学号：11211054姓名：陈胜彪指导老师：付文秀2013 12 15设计题目电子时钟一、 实验目的 1掌握单片机编程的流程，Keil软件的使用方法，以及程序的调试方式。2了解LED动态显示原理及动态显示程序设计方法。3学习8051定时器时间计时处理、按键扫描的设计方法。二、设计任务和要求 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，并可显示闹玲时间。 4 当闹玲时间到由P1.7控制蜂鸣器发出声响，并可通过按键使它停止。三、设计原理与分析步骤数码管的显示：在ZKS-03实验仪上共有4位共阳LED数码管，其标号分别为LED1LED4。为了节省MCU的I/O口，采用串行接口方式，它仅占用系统2个I/O口，一个用作数据线SDA，另一个用作时钟信号线CLK。4位共阳LED数码管与P87C52X2的连接如下图所示，其中，KD_Q0KD_Q7为LED显示器数据线即段码线，EBIT1EBIT4为LED显示器的位码扫描线，它们通过跳线选择器JP1与P1.3P1.6相连。由它们发送扫描信号，低电平有效，且任何时候仅有1位输出低电平。由于P1口的驱动能力有限，在此采用9012三极管来增加其驱动能力。由于采用共阳LED数码管，它的阴极分别通过限流电阻R20R27连接到控制端KD_Q0KD_Q7。这样控制8个发光二极管，就需要8个I/O口。但由于单片机的I/O口资源是有限的，因此常采用实验电路所示的串并转换电路来扩充系统资源。串并转换电路其实质是一个串入并出的移位寄存器，串行数据在同步移位脉冲CLK的作用下经串行数据线SDA把数据移位输出到KD_Q0KD_Q7端，这样仅需2根线就可以分别控制8个发光二极管的亮灭。LED动态显示的原理：数码管的动态显示利用视觉暂留作用，使人眼看到的是静态的显示，视觉暂留时间约为0.01秒，因而每次显示的时间间距要比较短。本实验选择的是每5毫秒显示一个比特。定时时间为t=（216 - EC78H）1us = 5000 * 1us = 5 ms（其中机器周期为1us）即延时5ms。T(213计数初值x)机器周期首先以串行方式由SDA口向LED显示器数据端口发送第一个8位数据，这时发送位码数据0BFH到P1口，此时由于P1.6位低电平而其他口都为高电平，因此只有LED1数码管显示该数码。这样就可以发送第二个数据，同时应使其对应的位码为低电平且保证其他位为高电平。依次类推，对各显示器进行扫描，显示器分时轮流工作。虽然每次只有一个显示器显示，但由于人的视觉暂留现象我们仍会感觉所有的显示器都在同时显示。它的优点是硬件电路简单，占用的I/O口较少，但其传送速度相对较慢。 由数码管显示原理，数码管上显示的数字对应一个八位的二进制数，09一共十个，把这些数存到程序存储器TABLE表中， DPTR作为指针，用R1R4分别存储实际的时和分的数字，寄存器存储的数字作为偏移量，这样就把实际的数字和数码管中显示的数字对应起来了。软件设计部分：1.闹铃设置：通过P3.2，P3.4和3.5分别控制闹铃，分和时的设置，与逻辑开关连接，低电平有效，当P3.2口变成低电平时，进入闹铃设置，当P3.2变成高电平时回到主程序。2.时间设定：通过P3.3，P3.4和3.5分别控制时间，分和时的设置，与逻辑开关连接，低电平有效，当P3.3口变成低电平时，进入时间设置，当P3.3口变成高电平时回到主程序。3.蜂鸣：用四个地址50H-53H存储闹铃时间的偏移量，判断当前的时间R1-R4与闹铃时间50H-53H是否完全一样，相同时驱动闹铃，实验板上的蜂鸣器是交流驱动的，因此当到达闹铃时刻时，给P1.7口几个脉冲，频率控制在人耳可以听到的范围内。I/O口的说明：1）P1口用来控制数码管的显示，其中未用到的P1.2作为秒脉冲输出口，P1.7控制蜂鸣器。2）P3口中的P3.2控制闹铃设定，与逻辑开关相连，低电平有效；3）P3.3控制时间设定，与逻辑开关相连，低电平有效；4）P3.4控制设定中的分钟的设定，与逻辑开关相连，低电平有效；5）P3.5控制设定中的小时的设定，与逻辑开关设定，低电平有效寄存器说明：R0作为秒计数寄存器；R1作为分的低位的偏移量存储的寄存器；R2作为分的高位的偏移量存储的寄存器；R3作为时的低位的偏移量存储的寄存器；R4作为时的高位的偏移量存储的寄存器。R5，R6，R7用来设定循环的次数；DPTR用来作为TABLE表地址的指针.硬件设计部分：数码管显示的电路实验仪上已连接好，我们只需通过跳线选择器JP1将单片机的P1口的控制线与数码管显示电路相连，即将JP1中的P10、P11、P13、P14、P15、P16接至A位；P1.7控制蜂鸣器并且连接至C位。P1.2口作为秒脉冲输出端，不接入跳线，将P1.2口连到LED数码管，P3.2，P3.3，P3.4，P.5都与逻辑开关相接。四、实验电路图五、实验程序延时子程序 DELAY: MOV TH1,#0ECH MOV TL1,#78H CLR TF1 SETB TR1 WAIT: JNB TF1,WAIT RETR0=60R0清零R1=9实验程序：ORG 4000HMAIN: CLR EA ;程序初始化 CLR PSW.3 ;选择寄存器组0 CLR PSW.4 ;PSW.4和PSW.3同时为零,则为寄存器0组 MOV TMOD,#10H ;定时器1，方式1，定时方式 MOV 50H,#00H ;闹铃初始时间 08:00 MOV 51H,#00H ;分别对应分的低、高位，时的低、高位 MOV 52H,#08H ;时的低位 MOV 53H,#00H ;时的高位 MOV R0,#00H ;设置时间初值 07:59 MOV R1,#09H ;分别对应分的低、高位，时的低、高位 MOV R2,#05H ;分的高位 MOV R3,#07H ;时的低位 MOV R4,#00H ;时的高位 CLR TF1 ;清标志START: ACALL ALARM ;判断是否闹铃 MOV R5,#02H ;两层外循环，每层循环500msSTART1: MOV R7,#20 ;20次内循环，20*25ms=500msSTART2: ACALL DELAY ;调用延时 5ms ACALL DISPLAY ;调用延时 20ms M0: JB P3.2,M1 ;是否设闹铃，查询3.2口，为一转到M1，为0设置闹铃 ACALL SETALARM ;调用设置闹铃子程序 M1: JB P3.3,M2 ;是否设时间 ACALL SETCLOCK ;调用设置时间子程序 M2: DJNZ R7,START2 ;R7=20减1循环 CPL P1.2 ;每500ms给P1.2一个正负交替的电平信号 DJNZ R5,START1 ;R5为2，循环两次后为1s INC R0 ;R0加1 CJNE R0,#60,START ;判断R0为60,跳转 MOV R0,#00H ;R0清零 M3: CJNE R1,#09H,L1 ;时间逻辑，如果为23：59分，则全部清零 CJNE R2,#05H,L2 ;分的十位为5 CJNE R4,#02H,L3 ;时的十位为5 CJNE R3,#03H,L4 ;时的个位为9 MOV R1,#00H ;将分的个位清零 MOV R2,#00H ;将分的十位清零 MOV R3,#00H ;将时的个位清零 MOV R4,#00H ;将时的十位清零 AJMP START ;绝对转移到START L1: INC R1 ;上面的几个分支,分的个位加一 AJMP START ;绝对转移到START L2: INC R2 ;分的十位加一 MOV R1,#00H ;分的个位置0 AJMP START ;绝对转移到START L3: CJNE R3,#09H,L4 ;时的个位为9跳转 INC R4 ;时的十位加一 MOV R3,#00H ;将时的个位清零 MOV R2,#00H ;将分的十位清零 MOV R1,#00H ;将分的个位清零 AJMP START ;绝对转移到START L4: INC R3 ;时的个位加一 MOV R2,#00H ;将分的十位清零 MOV R1,#00H ;将分的个位清零 AJMP START ;绝对转移到STARTDISPLAY: MOV DPTR,#TABLE ;显示子程序，把TABLE的首地址送给DPTR MOV A,R1 ;将偏移量给A MOVC A,A+DPTR ;将对应地址中的量给A ACALL BIT1 ;显示第一个字节，也就是分的低位 MOV A,R2 ;显示第二个字节，分的高位 MOVC A,A+DPTR ;将对应地址中的量给A ACALL BIT2 ;显示第二个字节，分的高位 MOV A,R3 ;显示第三个字节，时的低位 MOVC A,A+DPTR ;将对应地址中的量给A ACALL BIT3 ;显示第三个字节，时的低位 MOV A,R4 ;显示第四个字节，时的高位 MOVC A,A+DPTR ;将对应地址中的量给A ACALL BIT4 ;显示第四个字节，时的高位 RET BIT1: MOV R6,#08H ;显示第一个字节（分的低位）的子程序 LOOP1: RLC A ;A带进位左移，移出的最高位存到C中 MOV P1.0,C ;把C的值给P1.0口 CLR P1.1 ;在P1.1产生一个上升沿，将P1.0的值输入 SETB P1.1 ;置位 DJNZ R6,LOOP1 ;8次循环，输入第一个字节8段的值 CLR P1.3 ;给P1.3一个低电平,点亮对应的数码管 ACALL DELAY ;延时 5ms SETB P1.3 ;置位 RET BIT2: MOV R6,#08H ;显示第二个字节（分的高位）的子程序 LOOP2: RLC A ;A带进位左移，移出的最高位存到C中 MOV P1.0,C ;把C的值给P1.0口 CLR P1.1 ;在P1.1产生一个上升沿，将P1.0的值输入 SETB P1.1 ;置位 DJNZ R6,LOOP2 ;8次循环，输入第一个字节8段的值 CLR P1.4 ;给P1.4一个低电平,点亮对应的数码管 ACALL DELAY ;延时 5ms SETB P1.4 ;置位 RET BIT3: MOV R6,#08H ;显示第三个字节（时的低位）的子程序 LOOP3: RLC A ;A带进位左移，移出的最高位存到C中 MOV P1.0,C ;把C的值给P1.0口 CLR P1.1 ;在P1.1产生一个上升沿，将P1.0的值输入 SETB P1.1 ;置位 DJNZ R6,LOOP3 ;8次循环，输入第一个字节8段的值 CLR P1.5 ;给P1.5一个低电平,点亮对应的数码管 ACALL DELAY ;延时 5ms SETB P1.5 ;置位 RET BIT4: MOV R6,#08H ;显示第四个字节（时的高位）的子程序 LOOP4: RLC A ;A带进位左移，移出的最高位存到C中 MOV P1.0,C ;把C的值给P1.0口 CLR P1.1 ;在P1.1产生一个上升沿，将P1.0的值输入 SETB P1.1 ;置位 DJNZ R6,LOOP4 ;8次循环，输入第一个字节8段的值 CLR P1.6 ;给P1.6一个低电平,点亮对应的数码管 ACALL DELAY ;延时 5ms SETB P1.6 ;置位 RET ALARM: MOV A,R1 ;闹铃判断子程序，判断闹铃是否与时间各位相等 CJNE A,50H,RETURN ;分别判断，若不等则跳出 MOV A,R2 ;把分的十位给A CJNE A,51H,RETURN ;判断分的十位是否相等,若不等则跳出 MOV A,R3 ;把时的个位给A CJNE A,52H,RETURN ;判断时的个位是否相等,若不等则跳出 MOV A,R4 ;把时的时位给A CJNE A,53H,RETURN ;判断时的十位是否相等,若不等则跳出 MOV R6,#03H ;预置循环次数三次 MING: ;若各位都相等，则驱动闹铃，激活蜂鸣器 SETB P1.7 ;P1.7控制蜂鸣器，置位 ACALL DELAY ;延时 5ms CLR P1.7 ;P1.7清零 ACALL DELAY ;再延时5ms，使频率为100赫兹，可调 DJNZ R6,MING ;循环三次 RETURN:RET TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H RET ;将数码管中显示的09分别对应的数存入TABLE开始的一段程序存储器中SETALARM:MOV 40H,R1 ;闹铃设定子程序，保存当前时间 MOV 41H,R2 ;把分的十位保存在41H MOV 42H,R3 ;把时的个位保存在42H MOV 43H,R4 ;把时的十位保存在43H MOV R1,50H ;将初始设定的闹铃时间赋给偏移量R1R4 MOV R2,51H ;将分的十位的闹铃时间给偏移量R1 MOV R3,52H ;将时的个位的闹铃时间给偏移量R2 MOV R4,53H ;将时的十位的闹铃时间给偏移量R3 ACALL DISPLAY ;显示闹铃时间 KS: JB P3.4,LK0 ;闹铃设置逻辑，当P3.4口为低电平时，设定分(LK0为DISPLAY子程序） CJNE R1,#09H,LL0 ;当分的个位不为9时,跳转到子程序LL0 MOV R1,#00H ;清零分的个位 CJNE R2,#05H,LL1 ;当分的十位不为5时,跳转到子程序LL1 MOV R2,#00H ;当为59分时，清零 AJMP LK0 ;绝对转移到LK0 LL1: INC R2 ;分的十位加一 AJMP LK0 ;绝对转移到LK0 LL0: INC R1 ;分的个位加一 LK0: ACALL DISPLAY ;设定一次显示一次时间 JB P3.5,LK1 ;P3.5口为低电平时，设定时（LK1为子程序） CJNE R4,#02H,KK0 ;当时的十位不为2时,跳转到子程序KK0 CJNE R3,#03H,KK1 ;当时的个位不为3时,跳转到子程序KK1 MOV R3,#00H ;当时为23时，清零 MOV R4,#00H ;清零时的十位 AJMP LK1 ;绝对转移到LK1 KK1: INC R3 ;时的个位加一 AJMP LK1 ;绝对转移到LK1 KK0: CJNE R3,#09H,KK1 ;当时的个位不为9时,跳转到子程序KK1 MOV R3,#00H ;将时的个位清零 INC R4 ;时的十位加一 AJMP LK1 ;绝对转移到LK1 LK1: ACALL DISPLAY ;设定结束，显示设定时间 JNB P3.2,KS ;当控制闹铃设置的P3.2口变为高电平时，退出设定 MOV 50H,R1 ;保存闹铃时间 MOV 51H,R2 ;将分的十位保存到51H MOV 52H,R3 ;将时的个位保存到52H MOV 53H,R4 ;将时的十位保存到53H MOV R1,40H ;恢复时间 MOV R2,41H ;将分的十位还回给R2 MOV R3,42H ;将时的个位还回给R3 MOV R4,43H ;将时的十位还回给R4 ACALL DISPLAY ;显示时间 RET SETCLOCK:JB P3.4,MN0 ;用P3.4口设定分，原理同闹铃设定，低电平有效 CJNE R1,#09H,MM0 ;当分的个位不为9时,跳转到子程序MM0 MOV R1,#00H ;将分的个位清零 CJNE R2,#05H,MM1 ;当分的十位不为5时,跳转到子程序MM1 MOV R2,#00H ;将分的十位清零 AJMP MN0 ;绝对转移到MN0 MM1: INC R2 ;分的十位加一 AJMP MN0 ;绝对转移到MN0 MM0: INC R1 ;分的个位加一 MN0: ACALL DISPLAY ;调用显示子程序 JB P3.5,MN1 ;用P3.5口设定时，低电平有效 CJNE R4,#02H,NN0 ;当时的十位不为2时,跳转到子程序MN0 CJNE R3,#03H,NN1 ;当时的个位不为3时,跳转到子程序MN1 MOV R3,#00H ;将时的个位清零 MOV R4,#00H ;将时的十位清零 AJMP MN1 ;绝对转移到MN1 NN1: INC R3 ;时的个位加一 AJMP MN1 ;绝对转移到MN1 NN0: CJNE R3,#09H,NN1 ;当时的个位不为9时,跳转到子程序MN1 MOV R3,#00H ;将时的个位清零 INC R4 ;时的十位加一 AJMP MN1 ;绝对转移到MN1 MN1: ACALL DISPLAY ;调用显示子程序 JNB P3.3,SETCLOCK ;若P3.3口仍处于低电平，继续处于时间设定状态 RET DELAY: MOV TH1,#0ECH ;5ms延时子程序 MOV TL1,#78H ;赋初值60536，实现5000次计数，历时5ms CLR TF1 SETB TR1 WAIT: JNB TF1,WAIT RET END六、实验连接图七、实验调试八、实验程序写入九、实验误差分析由于实验程序中过多地使用软件定时，使用查询方式定时，而不是采用中断方式，所以在实验程序执行过程中，语句执行占用了一些时间，所以导致时间计算上存在误差，在数码显示时也存在一些不理想的因素。以下为各程序段的误差分析。1， 程序开始就判断闹铃时间是否到，子程序中判断时间大约为3us到12us，若响铃，就还会有每秒30ms的延时，即30ms加12us.2， 判断P3.2和P3.3口需要4us，但如果进入设置时间，则时间计时停止，不计入误差。而每个1s里面的两次循环里有3us*2=6us的误差。1秒结束到判断秒数是否为60中还有3us，所以共13us.3， 显示子程序延时，因为有四个字节的显示，除去4个5ms的延迟，误差粗略估计为：2us + 6us * 4 = 26us.4， 如果秒数等于60，则进入时间逻辑，根据各位数字的不同情况，产生5us33us的误差。综上所述： 若不响闹铃且秒不到60，误差