单片机课程设计实验报告-基于单片机的数字时钟-含完整实验代码

单片机课程设计报告

基于单片机的数字时钟

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一、前言

利用实验板上的4个LED数码管，设计带有闹铃、秒表功能的数字时钟。

功能要求：

a) b) c) d)计时并显示（LED）。由于实验板上只有4位数码管，可设计成显示“时分”和显示“分秒”并可切换。

时间调整功能。利用4个独立按钮，实现时钟调整功能。这4 个按钮的功能为工作模式切换按钮（MODE），数字加（INC），数字减（DEC）和数字移位（SHITF）。

定闹功能。利用4个独立按钮设定闹钟时间，时间到以蜂鸣器响、继电器动作作为闹铃。

秒表功能。最小时间单位0.01秒。

二、硬件原理分析

1.电源部分

电源部份采用两种输入接口（如上图）。

a)外电源供电，采用2.1 电源座，可接入电源DC5V，经单向保护D1接入开关

S1。

b) USB 供电，USB供电口输入电源也经D1单向保护，送到开关S1。

注：两路电源输入是并连的，因此只选择一路就可以了，以免出问题。

S1 为板子工作电源开关，按下后接通电源，提供VCC 给板子各功能电路。电路采用两个滤波电容，给板子一个更加稳定的工作电源。LED为电源的指示灯，通电后LED灯

亮。

2.蜂鸣器

蜂鸣器分为有源和无源两种，有源即两引脚有一个直流电源就可以长鸣，无源则需要一个1K左右的脉冲才可以蜂鸣，因此对于按键的提示音及报警蜂鸣使用有源来得方便。有源也可以当无源使用，而无源则不能当有源使用，当然用有源蜂鸣器作音乐发声会失真厉害。

如上图：单片机P15输出高低电平经R21连接三极管B 极，控制三极管的导通与截止，从而控制蜂鸣器的工作。低电平时三极管导通，蜂鸣器得电蜂鸣，高电平时三极管截止，蜂鸣器失电关闭蜂鸣。

3.数码管

电路使用一个四位共阳型数码管，四个公共阳级由三极管放大电流来驱动，三极管由

P10-P13控制开与关。数码管的阴级由P0口经过电阻限流连接。

例如，要十位的数码管工作，P12输出0，使三极管Q12导通，8脚得电，当P0口相

应位有输出0时，点亮相应的LED灯组合各种字符数字。

4.独立键盘

如上图，由六个按键组成，每个按键的一端连接IO口，另一端直接连接GND（0电位）。六个按键分别接入P37-P32，只要按下按键，相应位的IO口位将被拉为低电平（0），程序可以判断相应位是否为0来确认按键己按下。

5.动态显示

动态显示驱动电路是单片机应用中最常用的显示方式。

动态显示接口电路是把所有显示器的8个笔划段的同名段连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O 线控制。CPU 向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM 端。

在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人眼的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。

动态扫描显示必须由CPU不断地调用显示程序，才能保证持续不断的显示。在实际工作中，当然不可能只显示，这样在两次调用显示程序之间的时间间隔就不一定了，如果时间间隔比较长，就会使显示不连续。

三、 软件设计

主程序

开始

否

mode=0?

否

mode=1?

否

mode=2?

否

mode=3?

否

mode=4?

是

是

是

是

是

将按键 1 设定为功能选择键，每按一次按键 1，进入相应的功能模式。

功能选择mode

显示分秒 子程序

显示时分 子程序

时间调整 子程序

闹钟 子程序

秒表 子程序

●分秒显示

分秒显示模式下，数码管显示时钟时间的分和秒。当按键1 按下后，进入下一模式。

●时分显示

时分显示模式下，数码管显示时钟时间的时和分。当按键1 按下后，进入下一模式。

时间调整

按键2

按键3

按键4

按键2

按键3

按键4

按键4

按键2

按键3

按键4

按键2

按键3

时间调整模式下，仅调整时钟的时、分。

数码管闪烁的为当前调整的位子，按键 2 为加，按键 3 为减，按键 4 为移位键。

时间调整

时 十位调整

时 个位调整

分 十位调整

分 个位调整

时 十位 加一

时 十位 减一

时 个位 加一

分 十位 加一

分 个位 加一

时 个位 减一

分 十位 减一

分 个位 减一

闹钟

按键2

按键3

按键4

按键2

按键3

按键4

按键2

按键3

按键4

按键2

按键3

按键5

否

时钟时间到 达闹钟时间

是

结束

闹钟

时 十位调整

时 个位调整

分 十位调整

分 个位调整

时 十位 加一

时 十位 减一

时 个位 加一

分 十位 加一

分 个位 加一

时 个位 减一

分 十位 减一

分 个位 减一

确认闹钟时间

蜂鸣器工作

闹钟模式下，可设置闹钟的时、分。

数码管闪烁的为当前调整的位子，按键2为加，按键3为减，按键4为移位键。

当闹钟时间调整完毕之后，按下按键5，确认闹钟时间。随后等待时钟时间到达闹钟时间。时钟时间到达闹钟时间后，蜂鸣器工作。

秒表

秒表模式下，按下按键4，秒表开始计时；再次按下按键4，秒表暂停。

按下按键2或按键3，秒表清零。

四、软件调试

在软件调试过程中碰到了很多问题。其中比较重要的几个问题如下：

1、时钟调整子程序中，时、分的十位数、个位数加减不符合常识。比如在加减时，小时可以达到27、28等数值，而这是不符合常识的。

在查看代码后发现，可以在加、减过程中设置if函数判断当前所处位置，调整当前数值所能达到的最大值或最小值。

修改后代码如下：

加

else if(keyval==0xbf)//按键2

{

if(pos==0)

{

dispbuf[pos]++;

if(dispbuf[pos]==3)

{

dispbuf[pos]=0;

}

}

else if(pos==1)

{

if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)

{

dispbuf[pos]++;

dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;

}

if(dispbuf[0]==2)

{

dispbuf[pos]++;

if(dispbuf[pos]>=4)

{

dispbuf[pos]=0;

}

}

}

else if(pos==2)

{

dispbuf[pos]++;

if(dispbuf[pos]==6)

{

dispbuf[pos]=0;

}

}

else if(pos==3)

{

dispbuf[pos]++;

dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;

}

}

减

else if(keyval==0xdf)//按键3

{

if(pos==0)

{

if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=2;

else dispbuf[pos]--;

}

else if(pos==1)

{

if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)

{

if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;

else dispbuf[pos]--;

}

if(dispbuf[0]==2)

{

if(dispbuf[pos]>=4&&dispbuf[pos]<=9)

{

dispbuf[pos]=3;

}

else if(dispbuf[pos]==0)

{

dispbuf[pos]=3;

}

else

{

dispbuf[pos]--;

}

}

}

else if(pos==2)

{

if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=5;

else dispbuf[pos]--;

}

else if(pos==3)

{

if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;

else dispbuf[pos]--;

}

}

2、秒表模式下，无法很好地区分当前计时所达到的具体数值。在秒的个位数位子设置一个小数点，使秒表的显示更加直观。

修改后代码如下：

在程序开始处，添加如下代码：

unsigned char code segtab_dot[]=

{0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//带小数点的数码管代码

在void t0int(void)interrupt 1using 1之中添加如下代码：

if(mode==4&&P1==0xfd)//秒表处显示小数点的if语句

{

P0=segtab_dot[dispbuf[dispindex]];

}

else

{

P0=segtab[dispbuf[dispindex]];

}

3、在秒表运行一遍后，进入其他模式操作完毕，再次进入秒表模式下发现秒表无法清零。检查代码后发现，在闹钟模式下，进入秒表模式时，未对秒表清零。

修改后代码如下：

模式进入秒表模式

if(keyval==0x7f)//1号按键

{

mode=4;

old_ss=0;

old_ms=0;

miaobiao_ss=old_ss;

miaobiao_ms=old_ms;

dispbuf[0]=miaobiao_ss/10;

dispbuf[1]=miaobiao_ss%10;

dispbuf[2]=miaobiao_ms/10;

dispbuf[3]=miaobiao_ms%10;

clocksing=0;

}

附完整实验代码：

/*********************************************************************** 基于单片机的数字时钟

功能：时钟、闹钟、秒表

模式0：时钟显示模式-分、秒

模式0下，数码管显示时钟时间-分、秒。

按键说明：

按键1：选择下一模式。

模式1：时钟显示模式-时、分

模式1下，数码管显示时钟时间-时、分。

按键说明：

按键1：选择下一模式。

模式2：时钟调整模式

模式2下，调整时钟时间，仅调整时、分时间。

按键说明：

按键1：选择下一模式。

按键2：增加选中数码管的数值。

按键3：减少选中数码管的数值。

按键4：移位键，按键选择下一数码管。

模式3：闹钟模式

模式3下，设置闹铃时间之后，等时钟到达相应时间，发出铃声。

按键说明：

按键1：选择下一模式。

按键2：增加选中数码管的数值。

按键3：减少选中数码管的数值。

按键4：移位键，按键选择下一数码管。

按键5：设置闹铃时间后，按键确认，数码管显示当前时钟时间。

模式4：秒表模式

模式4为秒表模式，可记录0-59秒。最小时间单位为0.01秒。

按键说明：

按键1：选择下一模式。

按键2：清除秒表当前数值。

按键3：清除秒表当前数值。

按键4：开始、暂停秒表。

***********************************************************************/

#include

unsigned char dispbuf[4]={0,0,0,0};

unsigned char code segtab[]=

{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//不带小数点的数码管代码

unsigned char code segtab_dot[]=

{0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//带小数点的数码管代码

unsigned char code bittab[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};

unsigned char dispindex;

unsigned char mode;

unsigned char pos;

unsigned char keyval;

unsigned char hh,mm,ss;

unsigned char miaobiao_ms=0,miaobiao_ss=0;//秒表

unsigned char old_ms,old_ss;//保存秒表时间

unsigned char clock_hh,clock_mm;//用于存放所设闹钟时间

unsigned int clock_shanshuo;//用于控制闹钟调整时间时是否闪烁0：闪烁1：不闪烁

sbit clocksing=P1^5;//闹钟所用蜂鸣器

unsigned int cnt; //用于10ms转1s计数

unsigned char cnt1;//用于10ms转0.5s处计数（用于闪烁）

unsigned char cnt2;//用于秒表处计时

unsigned char keyscan(void);

void delay(unsigned int t);

void keypro(void);

bit flash;

/******************主函数******************/

void main(void)

{

TMOD=0x11;

TH0=(0-2000)/256;

TL0=(0-2000)%256;

ET0=1;

TR0=1;

TH1=(0-2000)/256;

TL1=(0-2000)%256;

ET1=1;

TR1=0; //秒表先不开

EA=1;

mode=0;

hh=02;

mm=03;

ss=15;

while(1)

{

if(mode==3)

{

if(hh==clock_hh)

{

if(mm==clock_mm)

{

clocksing=0;

}

}

else

{

clocksing=1;

}

}

else

{

clocksing=1;

}

if(keyscan()==0xff) continue;

keypro();

}

}

/******************键扫描程序******************/ unsigned char keyscan(void)

{

P3=0xff;

keyval=P3;

if(keyval==0xff)

{

return 0xff;

}

delay(10000);

if(keyval!=P3)

{

return 0xff;

}

else

{

while(P3!=0xff);

return keyval;

}

}

/******************时钟中断及显示程序******************/ void t0int(void)interrupt 1 using 1

{

TH0=(0-2000)/256; //2ms

TL0=(0-2000)%256;

P0=0xff;

P1=0xff;

P1=bittab[dispindex];

if(mode==4&&P1==0xfd)//秒表处显示小数点的if语句

{

P0=segtab_dot[dispbuf[dispindex]];

}

else

{

P0=segtab[dispbuf[dispindex]];

}

if((dispindex==pos)&&(flash==1)&&(mode==2||(mode==3&&clock_shanshuo==0))) //闪烁控制程序

{

P0=0xff;

P1=0xf0;

}

dispindex++;

dispindex=dispindex&0x03;

cnt++;

cnt1++;

if(cnt1>=250) //0.5ms闪烁

{

cnt1=0;

flash=~flash;

}

if(cnt>=500) //2ms*500=1s

{

cnt=0;

ss++;

if(ss>=60)

{

ss=0;

mm++;

if(mm>=60)

{

mm=0;

hh++;

ii(hh>=24)

{

hh=0;

}

}

}

if(mode==0)

{

dispbuf[0]=mm/10;

dispbuf[1]=mm%10;

dispbuf[2]=ss/10;

dispbuf[3]=ss%10;

}

else if(mode==1||(mode==3&&clock_shanshuo==1))

{

dispbuf[0]=hh/10;

dispbuf[1]=hh%10;

dispbuf[2]=mm/10;

dispbuf[3]=mm%10;

}

}

}

/******************按键选择，进入不同模式******************/ void keypro(void)

{

switch(mode)

{

case 0://显示分秒

if(keyval==0x7f)

{

mode=1;

dispbuf[0]=hh/10;

dispbuf[1]=hh%10;

dispbuf[2]=mm/10;

dispbuf[3]=mm%10;

}

break;

case 1://显示时分

if(keyval==0x7f)

{

mode=2;

dispbuf[0]=hh/10;

dispbuf[1]=hh%10;

dispbuf[2]=mm/10;

dispbuf[3]=mm%10;

}

break;

case 2://时间调整(只调整时分)

调整模式进入闹钟模式if(keyval==0x7f) //按键1

{

mode=3;

clock_hh=0;

clock_mm=0;

clock_shanshuo=0;

hh=dispbuf[0]*10+dispbuf[1];//保存调整后的时间

mm=dispbuf[2]*10+dispbuf[3];dispbuf[0]=clock_hh/10;

//显示闹钟的初始时间 dispbuf[1]=clock_hh%10;

dispbuf[2]=clock_mm/10;

dispbuf[3]=clock_mm%10;

TR0=1;

}

else if(keyval==0xbf)//按键2 加

{

if(pos==0)

{

dispbuf[pos]++;

if(dispbuf[pos]==3)

{

dispbuf[pos]=0;

}

}

else if(pos==1)

{

if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)

{

dispbuf[pos]++;

dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;

}

if(dispbuf[0]==2)

{

dispbuf[pos]++;