8 电子钟程序设计电子表是单片机简单系统最典型的案例，本节学习使用动态扫描的方式实现 6位数码管 组成的电子钟的设计方法，主要目的是让读者掌握结构化程序设计方法，了解利用数组变量 实现数码管数字显示技巧；并熟练掌握键盘的控制编程方式。本案例设计分阶段进行，首先使用定时器的方式，实现时钟的显示、调整，包括调整时 数字的闪动，调整范围的界定等问题。然后实现单闹钟的功能，包括定时时间的显示，所定 时间的调整，定时到时的响铃等功能。最后实现双闹钟的全部可调的设计目标。8.1 设计任务电子表使用 6 位数码管实现显示时分秒，实现双定闹。使用4 个键控制，按模式键以后 调整数字加减、闹钟开启。长按加减键，快速调整，停止闪烁。普通模式按下闹钟键显示定 时时间，闹铃时按下则停止闹铃。进入调整模式后 10 秒任意键没有操作，将返回到正常显 示模式。采用的电路见图8-1所示。六位数码管的段选连接在单片机的P0 口，位选连接在单 片机的P2 口，从右至左分别从P2.0到P2.5。键盘连接在P3.2到P3.5 口。蜂鸣器连接在单 片机的P1.7 口。IC STC89C51C1 30PC工MHz 19 C2 l!P Lr 1 w|_RHKIkC3 10 “18293031XTAL1XTAL2RESETPSENALEEAVCC丁345678P1.0 P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INTQP3.3/INT1P3.4/T0P3.57TTP3.6/WRP3.7/RDR?9 20SEVEN SEG361534331221 P2.02TP2.123 P2.224 P2.3 Tp2.4 互p.5 77I8-121314151617fl flfl fl MS.NOT1NOT2P2.5P2.4NOT3NOT4NOT5P2.0P2.3P2.2P2.1键名 KEY1闹铃键KEY2模式键KEY3力口键KEY4减键KEY1 KEY2 KEY3 KEY4图 8-1 硬件电路图8.2 系统功能分析此处以使用定时器中断计时的单时钟闹铃为例进行讲解，后附双时钟DS1302时钟的完 整程序，两程序结构相似，后者在功能上更为完整，走时更为准确，具有实用价值。在设计 中主要功能可以划分为键盘控制模块、显示时间输出、定时等部分内容。时间的计数要使用 定时器中断来实现。一、键盘控制 键盘控制是本设计中的重要部分，在键盘上实现全部的功能的调整，首先需要定义各个按键的主要功能，功能如表8-1所示。KEY2键负责调整模式的选择，带有去抖功能，每按 下一次，改变一次状态，前三次修改时间，后三次修改闹钟时间。 KEY3、KEY4 在对应的 模式下进行加或者减，也带有去抖功能。 KEY1 在正常显示时按下，显示所定闹钟的时间和 开启与否，在闹铃响起时，按下起到停止闹铃的作用。由于一直按下时显示所定闹钟时间， 故此键不能带有去抖功能。表8-1键盘功能控制显示定时调时时加,23后为0时减,0后23闹铃时停止闹铃调分分加,59后为0分减,0后59调秒秒加,59后为0秒减,0后59闹钟小时时加,23后为0时减,0后23闹钟分钟分加,59后为0分减,0后59定时开关打开关闭循环打开关闭循环按 下 功 能、显示时间输出显示终端为 6 位数码管，从左到右分别显示时分秒，小时、分钟和秒各占2 位数码管共6位。在定时状态下，只显示时分，右边第二位熄灭，右边第一位显示“F”表示闹铃关闭，“E”表示闹铃开启。在调整过程中，要求对应的调整位置以 0.5 的速度进行闪烁，以示区别。三、定时输出当到所定时间时，闹铃响起，按下KEY1,闹钟停止。在正常显示时间模式下按下，显 示定时时刻及状态。8.3设计流程 采用“自顶向下”的设计方法，根据对设计功能的分析，可以规划出本程序的主要框图 如图8-2 所示。由于使用结构化编程，程序层次清楚。程序开始运行以后，先进行初始化， 然后就不断的检查键盘按下与否，到中断产生时，就进行显示，计时，加载数据等操作。图 8-2 程序结构图一、变量声明 在程序中使用到多个变量，在编写程序前首先应对其进行定义。定义的内容主要包 括三个数组的定义，这三个数组主要是用在显示函数中；程序使用的变量定义；程序硬 件接口的定义三个部分。详细定义如下：#include unsigned char code LEDDATA=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0x8e,0x86;/数码管显示的代码表，后三个为灭灯、“F”、“E”unsigned char LEDBuffer6; unsigned char Second; unsigned char Minute; unsigned char Hour;unsigned char code LEDBITDATA=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,; /数码管扫描代码表/定义显示缓冲区数组/秒单元/分单元/时单元unsigned char Beepflag;/定时响铃标志unsigned char Minuterom;/定时分单元unsigned char Hourrom;/定时时单元unsigned char SETFlag=0;/模式标志unsigned char second_tick;/闪动标志unsigned char Time;/超时计数unsigned char ALMFlag;/定时开启标志sbit SET_KEY=P3T;/模式键sbit DOWN_KEY=P3A4;/加计数键sbit UP_KEY=P3A5;/减计数键sbit ALM_KEY=P3A2;/显示定时时间按键sbit Beep=P1A7;/蜂鸣器接口引脚/*/、主程序流程程序设计采用模块化设计方式后，在主程序里面仅包含程序初始化，键盘模块和中断几 个部分。程序开始运行以后，首先进入初始化阶段，在对定时器进行初始化操作后进入到 while 死循环内部，反复检查键盘是否有操作、闹铃是否打开。在这一过程中，定时器时间 到就进入中断服务函数，执行相应操作。对应的结构如图 8-3 所示。图 8-3 主程序流程 此部分对应的程序代码如下：void main(void) init();/初始化while(1) key();/调用键盘if(ALMFlag=1) if(Minute!=Minuterom) Beepflag=1; /定时和现在不同，关闭蜂鸣器 if(Hour=Hourrom)&(Minute=Minuterom)&(Beepflag=1) Beep=0;/时分相同并闹铃打开就响铃在定时部分，首先判断闹铃标志是否打开，只有当闹铃打开，小时、分钟都相等的 情况下，蜂鸣器开始工作。Beepflag作为标志用来使蜂鸣器在到时间响起时按下KEY1 使其复位，停止在这一分钟内继续鸣响。三、初始化模块 初始化的主要功能是指定定时器的工作方式，装载初值，打开中断。该模块的工作 流程如图 8-4 所示。指定定时器工作方式装载初值启动TO允许TO中断打开总中断图 8-4 初始化流程void init() TMOD=0x01;TH0=(65536-2000)/256;TL0=(65536-2000)%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;/T0 初始化方式 1,定时 /TH0,TL0 装入定时 2mS 的初值启动TO工作允许TO溢出中断/CPU 开中断中断时间和机器周期单位为微秒，机器周期是单片机振荡周期 12 倍，如果单片机的晶 体振荡频率为 f ，则机器周期T 12丄f 由于执行定时器初始化相关语句和晶体振荡频率误差会影响定时器精度，实际预置数需 要进行调试调整。在本程序中，机器周期为1微秒，要求2000微秒即2毫秒中断1次， Timer0 计数最大 为Oxffff,定时器预置数值按下面公式计算：预置数16=(2 定时器位中断时间/机器周期10161O三、显示模块 显示部分主要作用是把显示暂存区的内容传输到数码管上。由于是6 位数码管，因此必 须要使用动态扫描的方式，动态扫描的方式有多种，在本例中是通过建立暂存区来实现，建 立暂存区的目的就是使显示模块独立出来，如何显示内容在编程的其他部分不用过多考虑只需要把显示数据放入在暂存区内，起到数据传递的作用，基本的结构如图 8-5 所示。图 8-5 显示的基本模块在本模块中，核心的语句就是：P2= LEDBITDATALEDScanCount;/送出位选数据P0=LEDDATALEDBufferLEDScanCount;/送出段选数据LEDScanCount+;/扫描指针加计数if(LEDScanCount=6)LEDScanCount=0 ;/扫描完从头开始语句中LEDBuffer就是所说的暂存区，实际是一个数组。LEDScanCount相当于扫描计 数器，从0到5循环。LEDDATA为数码管的编码字符，LEDBITDATA是对应的数码管 选中编码。现以右端显示两位数为例进行说明，要显示的数据为“32”，把个位“2”放入LEDBuffer0，把十位“3”放入LEDBuffer。假设LEDScanCount初始为0。进入到该部 分后，首先送位选数据，LEDScanCount=0，也就是 LEDBITDATA0，LEDBITDATA0意 味着此数组中的第一个数即0xFE，也就是P2=0xFE=11111110由电路结构可知，使用的是 共阳型数码管通过反向器驱动，最后一位为“0”，取反后即可驱动数码管，因此最右边的数 码管被选中，位选功能已经实现。下面开始送段选数据，LEDScanCount=0,即LEDBuffer0， LEDBuffer0=2，故 P0=LEDDATA2=0xA4，就送出了段选数据。此时P2=0xFE=11111110P0=LEDDATA2=0xA4同理， LEDScanCount=1 时P2= LEDBITDATALEDScanCount;= LEDBITDATA1;= 0xFD=11111101;