電腦鐘的設(shè)計(jì)與制作

1、長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)課題名稱(chēng) 電腦鐘的設(shè)計(jì)與制作 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 09 電氣大專(zhuān)班 學(xué)生姓名 任 韶 杰 指導(dǎo)教師 史 曙 光 2011年 6月19日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班級(jí)：09電氣大專(zhuān)班設(shè) 計(jì) 課 題電腦鐘的設(shè)計(jì)與制作指 導(dǎo) 教 師史曙光學(xué)生姓名任韶杰設(shè)計(jì)起止時(shí)間2011年5月3日-2011年6月19日共五周畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)將前面所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，鍛煉獨(dú)立設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試應(yīng)用系統(tǒng)的能力，深入領(lǐng)會(huì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試方法和系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)過(guò)程。進(jìn)一步熟悉單片機(jī)特性，掌握單片機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件對(duì)硬件的控制功能，熟練掌握MCS-51單片機(jī)

2、指令系統(tǒng)的應(yīng)用及程序設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)環(huán)境。畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求要求利用單片機(jī)設(shè)計(jì)制作電腦鐘。具體指標(biāo)如下：1、自動(dòng)計(jì)時(shí)，由6位LED顯示器顯示時(shí)、分、秒。2、具備校準(zhǔn)功能，可以直接由09數(shù)字鍵設(shè)置當(dāng)前時(shí)間。3、具備定時(shí)啟鬧功能。4、一天時(shí)差不超過(guò)1鈔鐘。擬定的工作進(jìn)度（以周為單位）1、第一周確定課題，收集資料；2、第二周初步確定控制方案；3、第三至六周完成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容；4、第七周完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)工作。任務(wù)下達(dá)人（簽字）：史曙光 日期：2011年5月3日任務(wù)接受人（簽字）：任韶杰 日期：2011年5月3日信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)表指導(dǎo)教師對(duì)設(shè)計(jì)及說(shuō)明書(shū)的評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽字： 年 月

3、 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組意見(jiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)及答辯評(píng)語(yǔ)答辯小組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日備注畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)答辯小組組長(zhǎng)簽字年 月 日目錄摘 要1第一章 概 述21.1 單片機(jī)的發(fā)展21.2 單片機(jī)的應(yīng)用3第二章 總體方案42.1計(jì)時(shí)方案42.2鍵盤(pán)/顯示方案5第三章 顯示電路介紹63.1數(shù)碼管簡(jiǎn)介63.2 數(shù)碼管工作原理63.3顯示種類(lèi)63.4 數(shù)碼管字形編碼7第四章 硬件設(shè)計(jì)84.1電路原理圖84.2系統(tǒng)工作流程8第五章 軟件設(shè)計(jì)115.1系統(tǒng)資源分配115.2軟件流程11第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)心得體會(huì)26摘 要時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類(lèi)的朋友，但隨著時(shí)間的推移，科

4、學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù),這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘?，F(xiàn)今，高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)，分，秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工

5、作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對(duì)時(shí)間精度要求不高的場(chǎng)合；二是用專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對(duì)時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法。第一章 概 述1.1 單片機(jī)的發(fā)展1971年微處理器研制成功不久，就出現(xiàn)了單片微型計(jì)算機(jī)即單片機(jī)，但最早的單片機(jī)是1位的，處理能力有限。單片機(jī)的發(fā)展可分為4個(gè)階段： 第一階段（1974-1976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。因?yàn)槭芄に囅拗?，單片機(jī)采用單片的形式而且功能比較簡(jiǎn)單。例如

6、美國(guó)仙童公司生產(chǎn)的F8單片機(jī)，實(shí)際上只包括了8位CPU、64個(gè)字節(jié)的RAM和2個(gè)并行接口。 第二階段（1976-1978）：低性能單片機(jī)階段。以INTEL公司制造的MCS-48系列單片機(jī)為代表，該系列單片機(jī)片內(nèi)集成有8位CPU、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行I/O接口、RAM和ROM等。但是最大的缺點(diǎn)就是無(wú)串行接口，中斷處理比較簡(jiǎn)單而且片內(nèi)RAM和ROM容量較小且尋址范圍不大于4KB。第三階段（1978-1983）：高性能單片機(jī)階段。這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行接口，多級(jí)中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。這類(lèi)單片機(jī)的典

7、型代表是INTEL公司的MCS-51系列的8051、Motorola公司的6801和ZILOG公司的Z8等。由于這類(lèi)單片機(jī)的性能價(jià)格比高，所以直到現(xiàn)在仍被廣泛使用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機(jī)。 第四階段（1983年至今）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展以16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是：一方面發(fā)展16位單片機(jī)、32位單片機(jī)及專(zhuān)用型單片機(jī)；另一方面不斷完善8位高檔單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，增加其片內(nèi)器件，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要。16位單片機(jī)的典型產(chǎn)品，如早期Intel公司生產(chǎn)的MCS-96系列單片機(jī)，片內(nèi)帶有多通道10位逐次逼近比較式A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出部件，實(shí)時(shí)處理的能力很強(qiáng)；再如近

8、幾年IT公司推出的MSP430系列微功耗的16位單片，更是降低了功耗，可采用1.8-3.6V電壓供電，并集成了更豐富的片內(nèi)資源。而32位單片機(jī)除了具有更高的集成度外，其晶振已達(dá)20MHZ，這使32位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機(jī)增快許多，性能比8位、16位單片機(jī)更加優(yōu)越，也能處理較復(fù)雜的圖形和聲音數(shù)據(jù)。1.2 單片機(jī)的應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化：在自動(dòng)化技術(shù)中，無(wú)論是過(guò)程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測(cè)控技術(shù)，都離不開(kāi)單片機(jī)。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化將發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，在這種集機(jī)械、為電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)中，工業(yè)自動(dòng)化也發(fā)展到了一個(gè)新的高度，出現(xiàn)了無(wú)人工廠、機(jī)械人作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)化工廠等

9、，不僅將人從繁重的、重復(fù)的和危險(xiǎn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)解放了出來(lái)，還大大的提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。智能儀器儀表：目前對(duì)儀器儀表的自動(dòng)化和智能化要求越來(lái)越高。在自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器儀表中，單片機(jī)應(yīng)用十分普及單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小體積，易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化和多功能方面發(fā)展。消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品：該應(yīng)用主要應(yīng)用在家電領(lǐng)域。目前家電領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是不斷提高其智能化程度。例如，電子游戲機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、微波爐、手機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)、IC卡、汽車(chē)電子設(shè)備等。在這些電子產(chǎn)品中應(yīng)用單片機(jī)后，其功能和性能大大提高、并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。通信方面

10、：較高檔的單片機(jī)都具有通信接口，因此為單片機(jī)在通信設(shè)備中的應(yīng)用創(chuàng)造了很好的條件。例如，在微波通信、短波通信、載波通信、光纖通信、程控交換等通信設(shè)備和儀器中都能找到單片機(jī)的應(yīng)用。武器裝備：在現(xiàn)代化的武器裝備中，如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚(yú)雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機(jī)在其中發(fā)揮重要作用。終端及外部設(shè)備控制：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端、以及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備如打印機(jī)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等，在這些設(shè)備中都使用了單片機(jī)。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)日新月異更新，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入。第二章 總體方案2.1計(jì)時(shí)方案方案一：采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。

11、針對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能的普遍要求，各大芯片生產(chǎn)廠家陸續(xù)推出了一系列的實(shí)時(shí)集成電路，如DS1287、DS12887、DS1320等。這些實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片具備年、月、日、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能，計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的更新每秒自動(dòng)進(jìn)行一次，不需要程序干預(yù)。計(jì)算機(jī)可以通過(guò)中斷或查詢(xún)方式讀取計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，因此計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)需占用CPU的時(shí)間，程序簡(jiǎn)單。此外，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計(jì)時(shí)功能：具有可編程方波輸出功能，可用作實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的采樣信號(hào)等；有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片內(nèi)部還帶有非易失性RAM，可用來(lái)存放需長(zhǎng)期保存但有時(shí)也需要變更的數(shù)據(jù)。由于功能完善，精度高，軟件程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，且計(jì)時(shí)不

12、用占用CPU時(shí)間，因此，在工業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中多采樣用這一類(lèi)專(zhuān)用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。方案二：軟件控制。當(dāng)今單片機(jī)廠商琳瑯滿(mǎn)目，產(chǎn)品性能各異。常用的單片機(jī)有很多種：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺(tái)灣Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國(guó)三星公司的KS57C系列4位單片機(jī)、臺(tái)灣義隆的EM-78系列等。我們最終選用了ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位

13、單片機(jī)，片內(nèi)含8Kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8051產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。所以我們最終選用AT89C51單片機(jī)。利用MCS-51內(nèi)部的定時(shí)、計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，切可以使我們?cè)诙〞r(shí)/計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到鍛煉與提高，因此本系統(tǒng)將采用軟件方法實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。2.2鍵盤(pán)/顯示方

14、案對(duì)于實(shí)時(shí)時(shí)鐘而言，顯示顯然是另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。通常有兩種顯示方式：動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。方案一：串口擴(kuò)展，LED靜態(tài)顯示。如圖2.1(a)所示，該方案占用接口資源少，采用串口傳輸實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，顯示亮度有保證，但硬件開(kāi)銷(xiāo)大，電路復(fù)雜，信息刷新速度慢，比較適用于并行口資源較少的場(chǎng)合。 方案二：8155擴(kuò)展，LED動(dòng)態(tài)顯示。如圖2.1(b)所示，該方案硬件連接簡(jiǎn)單，但動(dòng)態(tài)掃描的顯示方式需要占用CPU較多的時(shí)間，在單片機(jī)沒(méi)有太多實(shí)時(shí)測(cè)控任務(wù)的情況下可以采用。串行口8031P1口移位寄存器LED1移位寄存器LED24×4鍵盤(pán)(a) 靜態(tài)顯示框圖80318155鍵盤(pán)顯示接口LED顯示4×

15、;4鍵盤(pán)(b) 動(dòng)態(tài)顯示框圖圖2.1 顯示方式框圖本系統(tǒng)選擇動(dòng)態(tài)顯示方式。第三章 顯示電路介紹3.1數(shù)碼管簡(jiǎn)介數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字0 9、字符A F及小數(shù)點(diǎn)“·”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖3.1（a）所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖3.1（b）和圖3.1（c）所示。（a） 外型結(jié)構(gòu)；（b） 共陰極；（c）共陽(yáng)極圖3.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.2 數(shù)碼管工作原理由于我們采用的是共陰極數(shù)碼管所以介紹共陰極數(shù)碼管的工作原理如下。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳

16、接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。3.3顯示種類(lèi)靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽(yáng)極）。每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)字段分別與一個(gè)8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來(lái)，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時(shí)間少

17、，編程簡(jiǎn)單，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制，但其占用的接口線(xiàn)多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。 動(dòng)態(tài)顯示動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱(chēng)為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線(xiàn)相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位的I/O口控制；各位的位選線(xiàn)（公共陰極或陽(yáng)極）由另外的I/O口線(xiàn)控制。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示

18、間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時(shí)，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時(shí)間。3.4 數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。共陰極LED顯示字型碼如表3-1所示：顯示字符共陰極顯示字符共陰極03FH96FH106HA77H25BHB7CH34FHC39H466HD5EH56DHE79H67DHF71H707H87FH表3-1 LED顯示字型碼表第四章 硬件設(shè)計(jì)4.1電路原理圖電腦鐘電路的核心是89C51單片機(jī)，其內(nèi)部帶有4KB的FLASHR

19、OM，無(wú)須外擴(kuò)展存儲(chǔ)器；電腦時(shí)鐘沒(méi)有大量的運(yùn)算和暫存數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的128B片內(nèi)RAM已能滿(mǎn)足要求，也不必?cái)U(kuò)展片外RAM。系統(tǒng)配備6位LED顯示和4×3鍵盤(pán)，采用8155作為鍵盤(pán)/顯示接口電路。利用8155的A口作為6位LED顯示的位選接口，其中PA0PA5分別對(duì)應(yīng)位LED0LED5，B口則作為段選口，C口的3位為鍵盤(pán)輸入口，對(duì)應(yīng)02行，A口同時(shí)用作鍵盤(pán)的列掃描口。由于采用共陰極數(shù)碼管，因此口輸出低電平選中相應(yīng)的位，而B(niǎo)口輸出高電平點(diǎn)亮相應(yīng)的段。P1.0接蜂鳴器，低電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫啟鬧。由圖4.1可見(jiàn)，8155的地址分配如下：由控制寄存器：8000H，定義為PORTA口：8001H，定

20、義為PORTAB口：8002H，定義為PORTBC口：8003H，定義為PORTC如果使用本書(shū)配備的實(shí)驗(yàn)板實(shí)現(xiàn)該電腦鐘，需將8511地址改變?yōu)榭刂萍拇嫫鳎?400HA口：4401HB口：4402HC口：4403H并通過(guò)引出的P1口外接一個(gè)蜂鳴器電路，或是用P1口上的發(fā)光二極管模擬鬧鐘功能。需要指出的是，實(shí)驗(yàn)板使用的是8031芯片，使用外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器EPROM2764，因此其EA腳必須接地。原理圖如圖4.1所示。4.2系統(tǒng)工作流程本電腦鐘具備以下功能：（1） 時(shí)鐘顯示：6位LED從左到右依次顯示時(shí)、分、秒，才用24小時(shí)計(jì)時(shí)（2） 鍵盤(pán)功能：采用4×3鍵盤(pán)，包括：圖4.1原理圖09 數(shù)字

21、鍵，鍵號(hào)為00H09HC/R鍵 時(shí)間設(shè)定/啟動(dòng)計(jì)時(shí)，鍵號(hào)為0AHALM鍵鬧鐘設(shè)置/啟鬧/停鬧鍵，鍵號(hào)為0BH其工作流程如下：（1） 時(shí)間顯示：上電后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入時(shí)鐘顯示，從00:00:00開(kāi)始計(jì)時(shí)，此時(shí)可以設(shè)定當(dāng)前時(shí)間。（2） 時(shí)間調(diào)整：按下C/R鍵，系統(tǒng)停止計(jì)時(shí)，進(jìn)入時(shí)間設(shè)定狀態(tài)，系統(tǒng)保持原有顯示，等待鍵入當(dāng)前時(shí)間。按下09數(shù)字鍵可以順序設(shè)置時(shí)、分、秒，并在相應(yīng)LED管上顯示設(shè)置值，直至6位設(shè)置完畢。系統(tǒng)將自動(dòng)由設(shè)定后的時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)顯示。（3） 鬧鐘設(shè)置/啟鬧/停鬧：ALM鍵，系統(tǒng)繼續(xù)計(jì)時(shí)，顯示00:00:00，進(jìn)入鬧鐘設(shè)置狀態(tài)，等待鍵入啟鬧時(shí)間。按下09數(shù)字鍵可以順序進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)間設(shè)置，

22、并在相應(yīng)LED管上顯示設(shè)置值，直至6位設(shè)置完畢。這將啟動(dòng)定時(shí)啟鬧功能，并恢復(fù)時(shí)間顯示。定時(shí)時(shí)間到，蜂鳴器鳴叫，直至重新按下ALM鍵停鬧，并取消鬧鐘設(shè)置。第五章 軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)資源分配為方便閱讀程序，先對(duì)系統(tǒng)的資源分配加以說(shuō)明。(1)定時(shí)器：定時(shí)器0用作時(shí)鐘定時(shí)，按方式1工作，每隔100ms溢出中斷一次。(2)片內(nèi)RAM及標(biāo)志位的分配與定義見(jiàn)表5-1。地址功能名稱(chēng)初始化值30H35H顯示緩沖區(qū)，小時(shí)、分、秒（高位在前）DISP0DISP500H3CH3FH計(jì)時(shí)緩沖區(qū)，時(shí)、分、秒、100msHOUR,MIN,SEC,MSEC00H40H42H鬧鐘值寄存區(qū)，時(shí)、分、秒AHOUR,AMIN,ASE

23、CFFH50H7FH堆棧區(qū)PSW.5計(jì)時(shí)允許位（1：禁止，0：允許）F00PSW.1鬧鐘標(biāo)志位（1：正在響?hù)[，2：未響?hù)[）F10表5-1電子鐘控制軟件片內(nèi)RAM及標(biāo)志位分配表5.2軟件流程根據(jù)上述工程流程，軟件設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)功能模塊：（1） 主程序：初始化與鍵盤(pán)監(jiān)控。（2） 計(jì)時(shí)：為定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序，完成刷新計(jì)時(shí)緩沖區(qū)的功能。（3） 時(shí)間設(shè)置與鬧鐘設(shè)置：由鍵盤(pán)輸入設(shè)置當(dāng)前時(shí)間與定時(shí)啟鬧時(shí)間。（4） 顯示：完成6位動(dòng)態(tài)顯示。（5） 鍵盤(pán)掃描：判斷是否有鍵按下，并求取鍵號(hào)。（6） 定時(shí)比較：判斷啟鬧時(shí)間到否？如時(shí)間到，則啟動(dòng)蜂鳴器鳴叫。（7） 其它輔助功能子程序，如鍵盤(pán)設(shè)置、拆字、合字、

24、時(shí)間合法性檢測(cè)等。下面分模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)：（1）主程序模塊MAIN：流程圖如圖5.1所示。NYYYN開(kāi)始定義堆棧區(qū)8155、定時(shí)器0、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、鬧鐘標(biāo)志位初始化是C/R鍵調(diào)用定時(shí)比較程序停鬧清零鬧鐘標(biāo)志請(qǐng)用鍵掃描子程序是ALM鍵鬧鐘標(biāo)志位=1地址指針指向鬧鐘值寄存區(qū)調(diào)用時(shí)間設(shè)置/鬧鐘定時(shí)程序地址指針指向計(jì)時(shí)緩沖區(qū)圖5.1 主程序流程圖（2）計(jì)時(shí)程序模塊CLOCK:流程圖如圖5.2所示。如前所述，系統(tǒng)定時(shí)采用定時(shí)器與軟件循環(huán)相結(jié)合的方法。定時(shí)器0每隔100ms溢出中斷一次，則循環(huán)中斷10次延時(shí)時(shí)間為1s，上述過(guò)程重復(fù)60次為1分，分計(jì)時(shí)60次為1小時(shí)，小時(shí)計(jì)時(shí)24次則時(shí)間重新回到00:00:0

25、0：。設(shè)系統(tǒng)使用6MHz的晶振，定時(shí)器0工作在方式1，則100ms定時(shí)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器初值可由下式計(jì)算得到：定時(shí)時(shí)間=（216-定時(shí)器0初值）×（12/fosc)時(shí)間校正重裝定時(shí)器0初值循環(huán)次數(shù)減1滿(mǎn)10次秒單位加160秒到秒單位清零分單位加160分到分單位清零小時(shí)單位加1小時(shí)單位清零24小時(shí)到打、到恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)因此，定時(shí)器0初值=3CB0H，即TH0=3CH,TL0=0B0H當(dāng)系統(tǒng)使用其它頻率的晶振時(shí)，可以由上式計(jì)算相應(yīng)的定時(shí)器0初值，也可以改變定時(shí)時(shí)間。例如當(dāng)系統(tǒng)晶振為12MHz時(shí)，同樣的初值對(duì)應(yīng)的定時(shí)時(shí)間為50ms,則循環(huán)中斷次數(shù)為20次時(shí)，延時(shí)時(shí)間為1s.這里有兩個(gè)問(wèn)題需

26、要特別重視。NNNYY第一，定時(shí)器溢出產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU并不一定立即響應(yīng)中斷，而可能需要延遲一個(gè)中斷響應(yīng)時(shí)間之后才能響應(yīng)中斷，中斷響應(yīng)時(shí)間大約38個(gè)機(jī)器周期。顯然，這將在定時(shí)時(shí)間中加入額外的延時(shí)時(shí)間，導(dǎo)致計(jì)時(shí)誤差。為了保證計(jì)時(shí)精度，必須采取措施經(jīng)行補(bǔ)償。我們采用增大重裝的定時(shí)器0初值的方法來(lái)減少定時(shí)器0定時(shí)時(shí)間。具體應(yīng)調(diào)整為多大，一般需要通過(guò)調(diào)試來(lái)確定。經(jīng)測(cè)試，定時(shí)器0重裝初值設(shè)為3CB7H3CBFH可以滿(mǎn)足精度要求。Y第二，時(shí)間是按十進(jìn)制遞增，而MCS-51單片機(jī)只有二進(jìn)制加法指令，因此用加法指令計(jì)時(shí)必須進(jìn)行二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。N（3）時(shí)間設(shè)置程序和鬧鐘定時(shí)程序模塊MODIFY：流程圖如圖5.3

27、所示。Y圖5.2 計(jì)時(shí)程序流程圖將鍵盤(pán)輸入的6位時(shí)間值合并為3位壓縮BCD碼（時(shí)、分、秒）送入及時(shí)緩沖區(qū)和鬧鐘寄存區(qū)，作為當(dāng)前及時(shí)起始時(shí)間和鬧鐘計(jì)時(shí)時(shí)間。該該模塊的入口為計(jì)時(shí)緩沖區(qū)或鬧鐘值寄存取得首地址，置入R1忠程序調(diào)用一個(gè)鍵盤(pán)設(shè)置子程序KEYIN（如圖5.4所示將鍵入的6 位時(shí)間值送入鍵盤(pán)設(shè)置緩沖區(qū)，然后用合字子程序COMB將鍵盤(pán)設(shè)置緩沖區(qū)中的6位BCD碼合并為3位壓縮BCD碼，送入計(jì)時(shí)緩沖區(qū)或鬧鐘值寄存區(qū)。該程序同時(shí)作為時(shí)間之合法性檢測(cè)程序，若鍵盤(pán)輸入的小時(shí)值大于23，分和秒值大于59，則不合法，將取消保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)用鍵盤(pán)設(shè)置子程序ACALL KEYIN調(diào)用合字程序ACALL COMB恢復(fù)現(xiàn)

28、場(chǎng)返回圖5.3 時(shí)間設(shè)置/鬧鐘定時(shí)流程圖圖5.4 鍵盤(pán)設(shè)置子程序流程圖YN保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)用鍵盤(pán)掃描程序ACALL KEYSCAN顯示緩沖區(qū)首地址送R0鍵盤(pán)輸入次數(shù)送R7鍵號(hào)送R0顯示緩沖區(qū)地址加1INC R0循環(huán)次數(shù)減1循環(huán)次數(shù)到恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回YY掃描鍵盤(pán)有鍵按下NN調(diào)用顯示程序調(diào)用定時(shí)比較程序有鍵按下求取鍵號(hào)返回調(diào)用顯示程序調(diào)用定時(shí)比較程序調(diào)用顯示程序調(diào)用定時(shí)比較程序圖5.5 鍵盤(pán)掃描流程圖本次設(shè)置，清零重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。 （4）鍵盤(pán)掃描程序模塊KEYSCAN流程圖如圖5.5所示。判斷是否有鍵按下，無(wú)鍵按下則循環(huán)等待；有鍵按下則求取鍵號(hào)并將鍵號(hào)送入A累加器返回。程序中的去抖延時(shí)和循環(huán)等待延時(shí)都用DIS

29、PLAY子程序來(lái)代替，從而保證隨時(shí)刷新顯示。（5） 顯示程序模塊DISPLAY：流程圖如圖5.5所示。將顯示緩沖區(qū)中的6位BCD碼用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。為此，必須首先將3字節(jié)計(jì)時(shí)緩沖區(qū)中的時(shí)、分、秒壓縮BCD碼拆分為6字節(jié)（時(shí)、分、秒的十位、個(gè)位分別占有一字節(jié)）BCD這一功能由拆字子程序SEPA來(lái)實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，當(dāng)按下時(shí)間或鬧鐘設(shè)置鍵后，在6位設(shè)置完成之前，應(yīng)顯示鍵入的數(shù)據(jù)，而不顯示當(dāng)前時(shí)間。為此，我們?cè)O(shè)置了一個(gè)計(jì)時(shí)顯示允許標(biāo)志位F0，在時(shí)間/鬧鐘設(shè)置期間F0=1，不調(diào)用SEPA，即調(diào)用SEPA 刷新顯示緩沖區(qū)的前提條件是F0=0。圖5.6 顯示流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)允許顯示計(jì)時(shí)時(shí)間動(dòng)態(tài)掃描顯示返回

30、調(diào)用拆字程序NY（6）定時(shí)比較程序模塊ALARM：流程圖如圖5.7所示。將當(dāng)前時(shí)間（計(jì)時(shí)緩沖區(qū)的值）與預(yù)設(shè)的啟鬧時(shí)間（鬧鐘設(shè)置寄存區(qū)的值）比較，二者完全相同時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器鳴叫，并置位鬧鐘標(biāo)志位。返回后，待重新按下ALM鍵停鬧，并清零鬧鐘標(biāo)志。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)鬧鐘值與計(jì)時(shí)值秒單位相等鬧鐘值與計(jì)時(shí)值分單位相等啟鬧鬧鐘標(biāo)志置位鬧鐘值與計(jì)時(shí)值小時(shí)單位相等圖5.7 定時(shí)比較流程圖返回NNNYYY（7）拆字程序SEPA與合字程序COMB：如前所述，拆字程序的功能是將3字節(jié)計(jì)時(shí)緩沖區(qū)中的時(shí)、分、秒壓縮BCD碼拆分為6字節(jié)（時(shí)、分、秒的個(gè)位、十位分別占有一字節(jié)）位壓縮BCD碼送入計(jì)時(shí)緩沖區(qū)或鬧鐘值寄存區(qū)，同時(shí)

31、檢測(cè)時(shí)間值得合法性。下面給出各模塊的源程序。;*主程序*ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP CLOCKORG 0030HPORT EQU 8000HPORTA EQU 8001HPORTB EQU 8002HPORTC EQU 8003HDISP0 EQU 30HDISP1 EQU 31HDISP2EQU 32HDISP3EQU33HDISP4EQU34HDISP5EQU35HHOUREQU3CHMINEQU3DHSECEQU3EHMSECEQU3FHAHOUREQU40HAMINEQU41HASECEQU42HF1BITPSW.1MAIN:MOVSP,#50H;設(shè)

32、置堆棧區(qū)MOVXDPTR,#PORTMOVA,#03HMOVXDPTR,A;8155初始化CLRF1;清零鬧鐘標(biāo)志位CLRF0；允許計(jì)時(shí)顯示MOVAHOUR,#0FFHMOVAMIN,#0FFHMOVASEC,#0FFHMOVR7，#10HMOVR0，#DISP0CLRALOOP:MOVRO,AINCR0DINZR7，LOOP;設(shè)置初值MOVTMOD,#01HMOVTL0，#0B0HMOVTH0，#3CH;定時(shí)器0初始化，定時(shí)時(shí)間100msSETBTR0;啟動(dòng)定時(shí)器SETBEASETBET0;開(kāi)中斷BEGIN:ACALLALARM;調(diào)用定時(shí)比較ACALLKEYSCAN;調(diào)用鍵盤(pán)掃描CJNEA,

33、#0AH,NEXT1;是CLRRET鍵否CLRTR0;是則暫時(shí)停止計(jì)時(shí)MOV R1，#HOUR;地址指針指向計(jì)時(shí)緩沖區(qū)首地址AJMP MODNEXT1:CJNEA,#0BH,BEGIN;是ALARM鍵否JB F1，NEXT2;鬧鐘正在鬧響否MOV R1，#AHOUR;地址指針指向鬧鐘值寄存區(qū)首地址MOD:SETBF0 ;置位時(shí)間設(shè)置/鬧鐘定時(shí)標(biāo)志，禁止顯示計(jì)時(shí)時(shí)間ACALLMODIFY ;調(diào)用時(shí)間設(shè)置/鬧鐘定時(shí)程序SETBTR0 ;重新開(kāi)始計(jì)時(shí)AJMPBEGINNEXT2：SETBP1.0;鬧鐘正在響?hù)[，停鬧 CLRF1;清零鬧鐘標(biāo)志 AJMPBEGIN;*時(shí)間設(shè)置/鬧鐘定時(shí)模塊MODIFY*

34、MODIFY: ACALL KEYIN ;調(diào)用鍵盤(pán)設(shè)置子程序ACALL COMB ;調(diào)用合字子程序 RET鍵盤(pán)設(shè)置子程序KEYIN:KEYIN: PUSH PSW PUSH ACC SETB RS1 ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) MOV R0，#DISP0 ;R0指向顯示緩存區(qū)首地址 MOV R7，#06H ;設(shè)置鍵盤(pán)輸入次數(shù)L1： CLR RS1 ACALL KEYSCAN ;調(diào)用鍵盤(pán)掃描程序取按下的鍵號(hào) SETB RS1 CJNE A,#0AH, L2 ;鍵入數(shù)合法性檢測(cè)（是否大于9）L2： JNC L1 ;大于9，重新輸入 MOV R0，A ;鍵號(hào)送顯示緩沖區(qū) INC R0 DINZ R7，L1 ;6位時(shí)

35、間輸入完否，未完繼續(xù)，否則返回 POP ACC POP PSW CLR RS1 ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) ERT;*鍵盤(pán)掃描 子程序KEYSCAN*KEYSCAN: ACALL TEST ;判斷按鍵是否按下子程序TEST JNZ REMOV;有鍵按下調(diào)消抖延時(shí) ACALL DISPLAY ACALL ALARM AJMP KEYSCAN;無(wú)鍵按下繼續(xù)判斷是否按鍵REMOV: ACALL DISPLAY;調(diào)用顯示子程序延時(shí)消抖 ACALL ALARM ACALL TEST;再判是否有鍵按下 JNZ LIST;有鍵按下轉(zhuǎn)逐列掃描 ACALL DISPLAY ACALL ALARM AJMP KEYSCAN;無(wú)按

36、鍵按下繼續(xù)判斷是否按鍵LIST: MOV R2， #OFEH;首列掃描字送R2 MOV R3, #00H;首列鍵號(hào)送R3LINE0：MOV DPTR, #PORTA ;DPTR指針指向8155的A口 MOV A, R2;首列掃描字送R2 MOVX DPTR, A;首列掃描字送8155的A口 MOV DPTR, #PORTC;DPTR指針指向8155的C口 MOVX A, DPTR ;讀入C口地行狀態(tài) JB ACC.0, LINE1;第0行鍵無(wú)鍵按下轉(zhuǎn)第1行 MOV A, #00H ;第0行有鍵按下，行首鍵號(hào)送A AJMP TRYK;求鍵號(hào)LINE1: JB ACC.1, LINE2 ;第1行鍵

37、無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)第2行 MOV A, #04H ;第1行有鍵按下，行首鍵號(hào)送A AJMP TRYK ;求鍵號(hào)LINE2: JB ACC.2, NEXT ;第2行鍵無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)第3行 MOV A, #08H ;第2行有鍵按下，行首鍵號(hào)送A AJMP TRYK ;求鍵號(hào)NEXT: INC R3 ;掃描下一列 MOV A, R2 ;列掃描字送A JNB ACC.3, EXIT;4列掃描完，重新進(jìn)行下一輪掃描 RL A ;4列未掃描完，掃描字左移掃描下一列 MOV R2, A ;掃描字送A AJMP LINE0 ;轉(zhuǎn)向掃描下一列EXIT： AJMP KEYSCAN ;等待下一次按鍵TRYK: ADD A,

38、 R3 ;按公式計(jì)算鍵碼，求得鍵號(hào) PUSH ACC ;鍵號(hào)入棧保護(hù)LETK: ACALL TEST ;等待按鍵釋放 JNZ LETK ;按鍵未釋放，繼續(xù)等待 POP ACC ;按鍵釋放，鍵號(hào)出棧 RET ;鍵盤(pán)掃描結(jié)束，返回TEST: MOV DPTR, #PORTA ;DPTR指針指向8155的A口 MOV A, #00H MOVX DPTR, A;全掃描字00H送8155的A口 MOV DPTR, #PORTC ;DPTR指針指向8155的C口 MOVX A, DPTR;讀入C口行狀態(tài) CPL A;A取反，以高電平表示有鍵按下 ANL A, #07H;屏蔽高5位 RET;*顯示子程序DI

39、SPLAY*DISPLAY: JB F0， DISP ;允許時(shí)間顯示標(biāo)志F0=1轉(zhuǎn)DISP ACALL SEPA ;否則調(diào)用SEPA刷新顯示緩沖區(qū)DISP： PUSH PSW ;動(dòng)態(tài)掃描顯示子程序 PUSH ACC SETB RS0 MOV DPTR, #PORTA MOV A, #0FFH MOVX DPTR, A;關(guān)顯示 MOV R0，#DISP0 MOV R7, #00H MOV R6, #06H MOV R5,#0FEHDIS1: MOV DPTR, #TAB MOV A, R0 MOVC A, A+DPTR MOV DPTR, #PORTB MOVX DPTR, A MOV DPTR

40、, #PORTA MOV A, R5 MOVX DPTR, AHRE: DJNZ R7， HERE INC R0 MOV A, R5 DJNZ R6， DIS1 CLR RS0 POP ACC POP PAW RETTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH, 6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ;共陰極字形碼表;*合字子程序COMB*COMB: MOV R0, #DISP1 ;R0指向顯示緩沖區(qū)小時(shí)低位 ACALL COMB1 ;合字 CJNE A, #24H,CHK ;小時(shí)大于24否CHK: JNC EXIT1 ;大于2

41、4則取消本次設(shè)置，推出 MOV R1， A ;否則小時(shí)送計(jì)時(shí)緩沖區(qū)/鬧鐘值寄存區(qū)小時(shí)單元 INC R1 MOV R0，#DISP3 ;R0指向顯示緩沖區(qū)分低位 ACALL COMB1 CJNE A, #60H, CHK1CHK1：JNC EXIT1 MOV R1， A INC R1 MOV R0，#DISP5 ;R0指向顯示緩沖區(qū)秒低位 ACALL COMB1 CJNE A, #60H, CHK2CHK2：JNC EXIT1 MOV R1,A RETEXIT1: AJMP MAIN ;輸入不合法退出，重新清零計(jì)時(shí)COMB1: MOV A, R0 ANL A, #0FH ;取出低位 MOV 43

42、H, A ;暫存于43H單元 DEC R0 ;指向高位 MOV A, R0 ANL A, #0FH SWAP A ;高位送高4位 ORL A, 43H ;高低位合并 RET;*拆字子程序SEPA* SEPA: PUSH PSW PUSH ACC SETB RS0 MOV R0，#DISP5 ;指向顯示緩沖區(qū)秒低位 MOV A, SEC ACALL SEPA1 MOV A,MIN ACALL SEPA1 MOV A, HOUR ACALL SEPA1 POP ACC POP PSW CLR RS0 RETSEPA1: MOV 44H, A ;暫存44H ANL A, #0FH ;取出低位 MOV R0, A ;送顯示緩沖區(qū)低位 DEC R0 ;指向顯示緩沖區(qū)高位 MOV A, 44H ANL A, #0F0H ;取出高位 SWAP A ;