单片机综合实验报告电子时钟

一、实验内容：设计一个数字时钟，显示范围为00：00：00~23：59：59。

通过5个开关进行控制，其中开关K1用于切换时间设置（调节时钟）和时钟运行（正常运行）状态；开关K2用于切换修改时、分、秒数值；开关K3用于使相应数值加1调节；开关K4用于减1调节；开关K5用于设定闹钟，闹钟同样可以设定初值，并且设定好后到时间通过蜂鸣器发声作为闹铃。

选做增加项目：还可增加秒表功能（精确到0.01s）或年月日设定功能。

二、实验电路及功能说明1602显示器电路（不需接线）电子音响电路按键说明：按键键名功能说明K1切换键进入设定状态K2 校时依次进入闹钟功能是否启用，闹钟时,分秒,年,月,日及时间时,分,秒的设置,直到退出设置状态K3 加1键调整是否起用闹钟和调节闹钟时,分,秒,年,月,日,时间的时,分,秒的数字三、实验程序流程图：四、实验结果分析定时程序设计：单片机的定时功能也是通过计数器的计数来实现的，此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每经过1个机器周期的时间，计数器加1。

如果MCS-51采用的12MHz晶体，则计数频率为1MHz，即每过1us的时间计数器加1。

这样可以根据计数值计算出定时时间，也可以根据定时时间的要求计算出计数器的初值。

MCS-51单片机的定时器/计数器具有4种工作方式，其控制字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对特殊功能寄存器的编程，可以方便的选择定时器/计数器两种工作模式和4种工作方式。

定时器/计数器工作在方式0时，为13位的计数器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所构成。

TLX低5位溢出则向THX进位，THX计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFX.当定时器/计数器工作于方式1，为16位的计数器。

本设计师单片机多功能定时器，所以MCS-51内部的定时器/计数器被选定为定时器工作模式，计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期产生一个脉冲使计数器增1。

实时时钟实现的基本方法：这次设计通过对单片机的学习、应用，以A T89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它主要通过51单片机综合仿真实验仪实现，通过1602能够准确显示时间，调整时间，它的计时周期为24小时,从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。

主要实现功能为显示时间，时间校准调时(采用手动按键调时)，闹铃功能（设置定时时间，到点后闹铃发出响声）。

通过键盘可以进行校时、定时。

闹铃功能使用I/O 口定时翻转电平驱动的无源蜂鸣器。

本文主要介绍了工作原理及调试实现。

四个按键K1、K2、K3、K4、一个蜂鸣器。

1602显示时钟、跑表。

时钟的最小计时单位是秒，但使用定时器的方式1，最大的定时时间也只能达到131ms。

我们可把定时器的定时时间定为50ms。

这样，计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位：秒。

而计数20次可以用软件实现。

秒计时是采用中断方式进行溢出次数的累积，计满20次，即得到秒计时。

从秒到分，从分到时是通过软件累加并进行比较的方法来实现的。

要求每满1秒，则“秒”单元中的内容加1；“秒”单元满60，则“分”单元中的内容加1；“分”单元满60，则“时”单元中的内容加1；“时”单元满24，则将时、分、秒的内容全部清零。

实时时钟程序设计步骤：先对系统进行初始化，如：LCD1602初始化，DS1302初始化等，然后才能进入主显示模块，即可在LCD1602上看到相应的信息。

对于LCD1602的初始化，主要是对开启显示屏，清屏，设置显示初始行等操作。

DS1302的初始化主要是先开启写功能，然后写入一个初始值。

本系统采用的是LCD1602液晶显示器，由于其是本身带有驱动模块的液晶屏，所以对于LCD1602操作程序可分为开显示、设置显示初始行、写数据和清屏等部分。

LCD1602的写命令程序和写数据程序分别以子程序的形式写在程序里，以便主程序中的调用。

（1）选择工作方式，计算初值；（2）采用中断方式进行溢出次数累计；（3）计时是通过累加和数值比较实现的；（4）时钟显示缓冲区：时钟时间在方位数码管上进行显示，为此在内部RAM中要设置显示缓冲区，共6个地址单元。

显示缓冲区从左到右依次存放时、分、秒数值；（5）主程序：主要进行定时器/计数器的初始化编程，然后反复调用显示子程序的方法等待中断的到来；（6）中断服务程序：进行计时操作；（7）加1子程序：用于完成对时、分、秒的加操作，中断服务程序在秒、分、时加1时共有三种条调用加1子程序，包括三项内容：合字、加1并进行十进制调整、分字。

程序说明：按K1按键进入设定状态按K2,依次进入闹钟功能是否启用，闹钟时,分秒,年,月,日及时间时,分,秒的设置,直到退出设置状态按K3,调整是否起用闹钟和调节闹钟时,分,秒,年,月,日,时间的时,分,秒的数字LCD第二排中间显示小喇叭，表示启用闹钟功能，无则禁止闹钟功能（可在调整状态进行设置）正常状态,LCD上排最前面显示自定义字符,LCD下排最前面闪动"_"设置状态,LCD上排最前面显示"P",下排最前面在设置闹钟时间时显示"alarm_",其它状态显示"time"年代变化2000--2099,星期自动转换程序中有自定义字符写入在整个系统中，在单片机的30H、31H和32H中存储当前时间的小时、分钟和秒。

由于要用数码管显示当前的时间，必须用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存储当前时间的时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位和秒个位，方便显示。

本设计有由四个轻触按键组成的小键盘，这些按键可以任意改变当前的状态。

按功能移位键一次，表示当前要校对小时的十位；按第二次，表示当前校对的是小时的个位；按第三次，则表示校对的是分钟的十位；第四次，表示的校对的是分钟的个位。

按下数字“+”键和数字“-”键可在当前校对的数字上相应加上1或者减去1。

本设计采用查表方式，在程序里预先存储两个表格，即日常作息时间表和考试时间表，可以通过手动按键来选择所要执行的时间表。

并且用红、绿发光二极管来区别当前所执行的时间表。

系统开机后，按功能移位键就可以调整当前的时间，整个系统操作简单，功能明确。

显示数据时，先把要显示的数据送到数据缓冲区SBUF中，再从SBUF中显示。

串行口缓冲寄存器SBUF器是可直接寻址的专用寄存器。

在物理上，它对应着两个寄存器，一个发送寄存器，一个接收寄存器。

CPU写SBUF，就是修改发送寄存器；读SBUF，就是读接收寄存器。

接收器是双缓冲的，以避免在接收下一帧数据之前，CPU未能及时响应接收器的中断，没有把上一帧数据读走，而产生两帧数据重叠的问题。

对于发送器，为了保持最大的传输速率，一般不需要双缓冲，因为发送时CPU是主动的，不会产生写重叠的问题。

五、心得体会在享受我们成果之时,懂得的重要性与高难度性,所以为期一周的单片机课程设计没有浪费,我们从中学到了很多知识.,也让我们对单片机有了更深一步的了解.虽然最后结果是出来了,可这与老师的精心指导是分不开的。

通过对这程序的制作，是我对单片机的基本知识的使用更加熟练，同时也增加了我对单片机的一些认识，在作业完成过程中通过和同学的交流，也增加了合作的技巧。

通过查阅资料也学到了一些课本上没有的东西，拓宽了自己的知识面，增加了学好单片机的信心。

这次实训虽然其中会有些错误和失败，但总的来说是受益匪浅，在运用中发现问题，解决问题，就是最大的收获。

专心做自己的事，是一种乐趣；互相交流，是大家一起进步的必要过程；上网查阅资料，是获得所需信息的有效途径。

我想，这些练习和经验都将是我以后最宝贵的财富！附录：实验主程序及注释#include <reg51.h>#include <intrins.h>unsigned char code dis_week[]={"SUN,MON,TUE,WED,THU,FRI,SAT"} ;unsigned char code para_month[13]={0,0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5};//星期月参变数unsigned char data dis_buf1[16];//lcd上排显示缓冲区unsigned char data dis_buf2[16];//lcd下排显示缓冲区unsigned char data year,month,date,week;//年、月、日、星期unsigned char data armhour,armmin,armsec;//闹钟时、分、秒unsigned char data hour,min,sec,sec100; //时、分、秒、百分之一秒unsigned char data flag,vkey,skey;//设置状态计数标志、按键先前值、按键当前值bit alarm; //标识是否启用闹钟，1--启用，0--关闭sbit rs = P2^0; //LCD数据/命令选择端(H/L)sbit rw = P2^1; //LCD读/写选择端(H/L)sbit ep = P2^2; //LCD使能控制sbit PRE = P3^3; //调整键(AN3)sbit SET = P3^4; //调整键(AN4)sbit SPK = P3^6;void delayms(unsigned char ms); //延时程序bit lcd_busy(); //测试LCD 忙碌状态程序void lcd_wcmd(char cmd); //写入指令到LCD程序void lcd_wdat(char dat); //写入数据到LCD程序void lcd_pos(char pos); //LCD数据指针位置程序void lcd_init(); //LCD初始化设定程序void pro_timedate(); //时间日期处理程序void pro_display(); //显示处理程序void pro_key(); //按键处理程序void time_alarm(); //定时报警功能(闹钟)unsigned char scan_key(); //按键扫描程序unsigned char week_proc(); //星期自动计算与显示函数bit leap_year(); //判断是否为闰年void lcd_sef_chr(); //LCD自定义字符程序void update_disbuf(unsigned char t1,unsigned char t2[],unsigned char dis_h,unsigned char dis_m,unsigned char dis_s);//更新显示缓冲区函数// 延时程序void delay(unsigned char ms){ while(ms--){ unsigned char i;for(i = 0; i< 250; i++){_nop_(); //执行一条_nop_()指令为一个机器周期_nop_();_nop_();_nop_();}}}//测试LCD忙碌状态bit lcd_busy(){bit result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result =(bit)(P0&0x80); //LCD的D0--D7中,D7=1为忙碌,D7=0为空闲ep = 0;return result;}//写入指令到LCDvoid lcd_wcmd(char cmd){while(lcd_busy()); //当lcd_busy为1时,再次检测LCD忙碌状态,lcd-busy为0时,开始写指令rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();P0 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;}//写入数据到LCDvoid lcd_wdat(char dat){while(lcd_busy()); //当lcd_busy为1时,再次检测LCD忙碌状态,lcd-busy为0时,开始写数据rs = 1;rw = 0;ep = 0;P0 = dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;}//LCD数据指针位置程序void lcd_pos(char pos){lcd_wcmd(pos|0x80); //数据指针=80+地址码(00H~27H,40H~67H)}//设定二个自定义字符,(注意：LCD1602中自定义字符的地址为0x00--0x07,即可定义8个字符) //这里我们设定把一个自定义字符放在0x00位置（000）,另一个放在0x01位子（001）void lcd_sef_chr(){ //第一个自定义字符lcd_wcmd(0x40); //"01 000 000" 第1行地址 (D7D6为地址设定命令形式D5D4D3为字符存放位置(0--7)，D2D1D0为字符行地址(0--7)）lcd_wdat(0x1f); //"XXX 11111" 第1行数据（D7D6D5为XXX，表示为任意数(一般用000），D4D3D2D1D0为字符行数据(1-点亮，0-熄灭）lcd_wcmd(0x41); //"01 000 001" 第2行地址lcd_wdat(0x11); //"XXX 10001" 第2行数据lcd_wcmd(0x42); //"01 000 010" 第3行地址lcd_wdat(0x15); //"XXX 10101" 第3行数据lcd_wcmd(0x43); //"01 000 011" 第4行地址lcd_wdat(0x11); //"XXX 10001" 第4行数据lcd_wcmd(0x44); //"01 000 100" 第5行地址lcd_wdat(0x1f); //"XXX 11111" 第5行数据lcd_wcmd(0x45); //"01 000 101" 第6行地址lcd_wdat(0x0a); //"XXX 01010" 第6行数据lcd_wcmd(0x46); //"01 000 110" 第7行地址lcd_wdat(0x1f); //"XXX 11111" 第7行数据lcd_wcmd(0x47); //"01 000 111" 第8行地址lcd_wdat(0x00); //"XXX 00000" 第8行数据//第二个自定义字符lcd_wcmd(0x48); //"01 001 000" 第1行地址lcd_wdat(0x01); //"XXX 00001" 第1行数据lcd_wcmd(0x49); //"01 001 001" 第2行地址lcd_wdat(0x1b); //"XXX 11011" 第2行数据lcd_wcmd(0x4a); //"01 001 010" 第3行地址lcd_wdat(0x1d); //"XXX 11101" 第3行数据lcd_wcmd(0x4b); //"01 001 011" 第4行地址lcd_wdat(0x19); //"XXX 11001" 第4行数据lcd_wcmd(0x4c); //"01 001 100" 第5行地址lcd_wdat(0x1d); //"XXX 11101" 第5行数据lcd_wcmd(0x4d); //"01 001 101" 第6行地址lcd_wdat(0x1b); //"XXX 11011" 第6行数据lcd_wcmd(0x4e); //"01 001 110" 第7行地址lcd_wdat(0x01); //"XXX 00001" 第7行数据lcd_wcmd(0x4f); //"01 001 111" 第8行地址lcd_wdat(0x00); //"XXX 00000" 第8行数据}//LCD初始化设定void lcd_init(){lcd_wcmd(0x38); //设置LCD为16X2显示,5X7点阵,八位数据借口delay(1);lcd_wcmd(0x0c); //LCD开显示及光标设置(光标不闪烁,不显示"-")delay(1);lcd_wcmd(0x06); //LCD显示光标移动设置(光标地址指针加1,整屏显示不移动) delay(1);lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的显示内容delay(1);}//闰年的计算bit leap_year(){bit leap;if((year%4==0&&year%100!=0)||year%400= =0)//闰年的条件leap=1;elseleap=0;return leap;}//星期的自动运算和处理unsigned char week_proc(){ unsigned char num_leap;unsigned char c;num_leap=year/4-year/100+year/400;//自00年起到year所经历的闰年数if( leap_year()&& month<=2 ) //既是闰年且是1月和2月c=5;elsec=6;week=(year+para_month[month]+date+num_ leap+c)%7;//计算对应的星期return week;}//更新显示缓冲区void update_disbuf(unsigned char t1,unsigned char t2[],unsigned char dis_h,unsigned char dis_m,unsigned char dis_s){ dis_buf1[0]=t1; //dis_buf1[1]=0x20; //空格dis_buf1[2]=50; //'2'dis_buf1[3]=48; //'0'dis_buf1[4]=year/10+48;dis_buf1[5]=year%10+48;dis_buf1[6]=0x2d;dis_buf1[7]=month/10+48;dis_buf1[8]=month%10+48;dis_buf1[9]=0x2d; //'-'dis_buf1[10]=date/10+48;dis_buf1[11]=date%10+48;dis_buf1[12]=0x20;dis_buf1[13]=dis_week[4*week];dis_buf1[14]=dis_week[4*week+1];dis_buf1[15]=dis_week[4*week+2];dis_buf2[0]=t2[0];dis_buf2[1]=t2[1];dis_buf2[2]=t2[2];dis_buf2[3]=t2[3];dis_buf2[4]=t2[4];dis_buf2[5]=t2[5];dis_buf2[6]=t2[6]; //空格if (alarm)dis_buf2[7]=0x01; //alarm=1，显示闹钟启用标致（第二个自定义字符）elsedis_buf2[7]=0x20; //alarm=0，不显示闹钟启用标致dis_buf2[8]=dis_h/10+48;dis_buf2[9]=dis_h%10+48;dis_buf2[10]=0x3a; //':'dis_buf2[11]=dis_m/10+48;dis_buf2[12]=dis_m%10+48;dis_buf2[13]=0x3a;dis_buf2[14]=dis_s/10+48;dis_buf2[15]=dis_s%10+48;}//时间和日期处理程序void pro_timedate(){sec++;if(sec > 59){sec = 0;min++;if(min>59){min=0;hour++;if(hour>23){hour=0;date++;if(month==1||month==3||month==5||month==7||m onth==8||month==10||month==12)if (date>31) {date=1;month++;} //大月31天if(month==4||month==6||month==9||month==11)if (date>30) {date=1;month++;} //小月30天if (month==2){if( leap_year())//闰年的条件{if (date>29) {date=1;month++;}} //闰年2月为29天else{if (date>28) {date=1;month++;}} //平年2月为28天}if (month>12) {month=1;year++;}if (year>99) year=0;}}}week_proc();if (sec==armsec && min==armmin && hour==armhour){if (alarm)TR1=1; //闹钟启用时，报警时间到,启动Timer1}}//显示处理程序void pro_display(){ unsigned char i;lcd_pos(0x00);for (i=0;i<=15;i++){lcd_wdat(dis_buf1[i]);}lcd_pos(0x40);for (i=0;i<=15;i++){lcd_wdat(dis_buf2[i]);}}//Timer0中断处理程序,秒的产生void timer0() interrupt 1{TH0=0xD8;TL0=0xF0;sec100++;if(sec100 >= 100) //1秒时间(100*10ms=1000ms=1s){sec100 = 0;pro_timedate();//调用时间和日期处理程序}if (sec&0x01)//"__run__"闪一秒，停一秒update_disbuf(0x00,"",hour,min,sec); //0x00表示显示00位置的自定义字符elseupdate_disbuf(0x00,"__run__",hour,min,sec) ;pro_display(); //调用显示处理函数}//按键扫描程序unsigned char scan_key(){skey=0x00;//给变量vkey置初值skey|=PRE;//读取PRE键的状态skey=skey<<1;//将PRE键的状态存于skey的B1位skey|=SET;//读取SET键的状态,并存于skey的B0位return skey;//返回skey的键值(即PRE,SET的状态) }//外部中断INT0中断处理程序void int0() interrupt 0{TR0=0;//禁止Timer0IE=0;//禁止中断lcd_wcmd(0x0e);//显示光标"_",整个光标不闪烁alarm=1;update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,ar mmin,armsec); //更新显示数据，0x50表示要显示"P"pro_display();//调用显示处理程序lcd_pos(0x47);//使光标位于第一个调整项下flag=0;vkey=0x03;while(flag^0x0a){skey = scan_key();//扫描按键状态if (skey^vkey)//若skey与vkey相同,跳出循环,相异执行循环体{ delay(10);//去按键抖动skey = scan_key();//转回扫描按键状态if (skey^vkey)//若skey与vkey相同,跳出循环,相异执行循环体{ vkey=skey;//将skey的值付给vkeyif (skey==0x01) //PRE键按下{flag++; //调整标志位加1switch (flag) //将光标置于相应调整位置{case 1: lcd_pos(0x49);break; //光标置小时报警设置位置case 2: lcd_pos(0x4c);break; //光标置分钟报警设置位置case 3: lcd_pos(0x4f);break; //光标置秒时报警设置位置case 4: update_disbuf(0x50,"time_",hour,min,sec);pro_display();lcd_pos(0x05);break; //光标置年调整位置case 5: lcd_pos(0x08);break; //光标置月调整位置case 6: lcd_pos(0x0b);break; //光标置日调整位置case 7: lcd_pos(0x49);break; //光标置时调整位置case 8: lcd_pos(0x4c);break; //光标置分调整位置case 9: lcd_pos(0x4f);break; //光标置秒调整位置default:break;}}if (skey==0x02) //SET键按下{pro_key(); //转设置按键处理程序}}}}lcd_wcmd(0x0c);//设置LCD开显示及光标不闪烁,不显示"-"lcd_wcmd(0x01);//清除LCD的显示内容IE=0x8f;//CPU开中断,INT0,INT1,开中断TR0=1;//Timer0启动}//主程序,初始化及初值设定void main(){lcd_init(); //初始化LCDlcd_sef_chr(); //写入自定义字符号hour=0;min=0;sec=0; //开机时的时,分,秒显示armhour=0;armmin=0;armsec=0; //开机时的时,分,秒报警初值year= 5; month=1;date=1; //开机时的年,月,日,星期显示week_proc();alarm=1; //初始开机，启用闹钟IE = 0x8f;//CPU开中断,INT0,INT1,Timer0,Timer1开中断IP = 0x04; //设置INT0为中断最高优先级IT0=0;IT1=0; //外部INT0,INT1设置为电平触发方式（注意，触发不要选边沿方式，易误动）TMOD = 0x11;//Timer0,Timer1工作于模式1, 16位定时方式TH0 = 0xdc;TL0 = 0x00;//Timer0置10ms定时初值TH1 = 0xff;TL1 = 0x00;//Timer1置初值TR0 = 1;//Timer0启动TR1 = 0;while(1);}//设置按键处理程序void pro_key(){switch (flag){case 0:alarm=!alarm; //启用或关闭闹钟（alarm=1:启用,alarm=0:关闭)update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,ar mmin,armsec); //更新显示数据pro_display();//调用显示处理lcd_pos(0x47);break;//光标回到原调整位置case 1:armhour++;if (armhour>23) armhour=0;update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec); //更新显示数据pro_display();//调用显示处理lcd_pos(0x49);break;//光标回到原调整位置case 2:armmin++;if (armmin>59) armmin=0;update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec);pro_display();lcd_pos(0x4c);break;case 3:armsec++;if (armsec>59) armsec=0;update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec);pro_display();lcd_pos(0x4f);break;case 4:year++;if (year> 99) year= 0;week_proc(); //星期自动运算update_disbuf(0x50,"time_",hour,min,sec);pro_display();lcd_pos(0x05);break;case 5:month++;if (month>12) month=1;week_proc();//星期自动运算update_disbuf(0x50,"time_",hour,min,sec);pro_display();lcd_pos(0x08);break;case 6:date++;if(month==1||month==3||month==5||month==7||month==8||month==10||month==12)if (date>31) date=1;//大月31天if(month==4||month==6||month==9||month==11)if (date>30) date=1;//小月30天if (month==2){if(leap_year())//闰年的条件{if (date>29) date=1;} //闰年2月为29天else{if (date>28) date=1;}} //平年2月为28天week_proc();//星期自动运算update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);pro_display();lcd_pos(0x0b);break;case 7:hour++;if (hour>23) hour=0;update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);pro_display();lcd_pos(0x49);break;case 8:min++;if (min>59) min=0;update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);pro_display();lcd_pos(0x4c);break;case 9:sec++;if (sec>59) sec=0;update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);pro_display();lcd_pos(0x4f);break;default: break ;}} //Timer1中断处理程序,产生报警的声音void timer1() interrupt 3{TH1=0x80;TL1=0x00;SPK=~SPK;t++;}//外部中断INT1中断处理程序,停止报警声音void int1() interrupt 2{if(TR1)TR1=0;}。