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项目六 数字时钟的设计

项目六 数字时钟的设计. [ 项目学习目标 ]. 一、知识目标 1. 知道定时器 / 计数器的工作原理及 4 种工作方式。 2. 掌握数码管动态显示方法，理解键盘识别过程。 3. 知道程序分析的方法，可以绘制主程序流程图、中断程序及子程序的流程图，并能根据流程图编写程序。. 二、技能目标 1. 会利用定时器 / 计数器进行时间控制，会计算定时 / 计数初值。 2. 能理解二十四小时电子时钟程序并会调试。 3. 会用软件模拟方式调试程序。 4. 能正确建立单片机的软件环境，并可以正确进行硬件仿真，观察结果。. 任务一 60 秒秒表设计. 任务介绍

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项目六 数字时钟的设计

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  1. 项目六 数字时钟的设计 [项目学习目标] • 一、知识目标 • 1.知道定时器/计数器的工作原理及4种工作方式。 • 2.掌握数码管动态显示方法，理解键盘识别过程。 • 3.知道程序分析的方法，可以绘制主程序流程图、中断程序及子程序的流程图，并能根据流程图编写程序。

  2. 二、技能目标 • 1.会利用定时器/计数器进行时间控制，会计算定时/计数初值。 • 2.能理解二十四小时电子时钟程序并会调试。 • 3.会用软件模拟方式调试程序。 • 4.能正确建立单片机的软件环境，并可以正确进行硬件仿真，观察结果。

  3. 任务一 60秒秒表设计 • 任务介绍 • 用单片机的定时/计数器T0产生一秒的定时时间，作为秒计数时间，当一秒产生时，秒计数加1，秒计数到60时，自动从0开始，秒计数用数码管显示。数码管采用动态显示方式，由P0口接8个数码管的八段，即JD12，P2口接8个数码管的位选段，即JD11。

  4. 活动1：了解定时器/计数器相关概念 • 89S51单片机内部定时器/计数器是由两个16位的（加1）定时器/计数器T0、T1和两个特殊功能寄存器TMOD与TCON组成。 • T0、T1又可分成四个独立的8位计数器即TH0、TL0、TH1、TL1，用于存放定时器/计数器的初值。 • TMOD为工作方式寄存器，主要用来设置定时器/计数器的工作方式； • TCON为控制寄存器，主要用来控制定时器/计数器的启动与停止。

  5. 一、预置数计数法 • 溢出：89S51单片机的计数器都是16位的，最大计数范伟是0~65535，当计数到65536时将产生溢出。 • 任意定时和计数的实现： • 计数：要计5000个脉冲，就先放60535个，再来5000个，正好到65535个。 • 定时：若每个脉冲是1us，则计满65536个脉冲需时65.536毫秒，如果只要计时10ms，即定时10000us，则只要在计数器里预先放进55536就可以了。 例：若定时时间为50ms，可以先定时10ms，计5遍即可，其预置常数仍为（65535-10000）。 • 点睛 • 1.89S51有两个16位的定时/计数器，T0和T1。 • 2.这两个定时/计数器本质上都是计数器：对外部事件脉冲计数就作为计数器使用，对内部的机器周期计数就作为定时器使用。 • 3.这两个定时/计数器都是加法计数器，计满后就会溢出，溢出时产生中断标志。

  6. 二、工作方式控制寄存器TMOD（89H） • TMOD用于控制T0 和T1 的工作方式，其组成见表6-1-1所示。TMOD被分成了两部分，每部分4位，分别控制T1和T0。

  7. 1.工作方式选择位：M1 、M0 • M1、M0用来选择工作方式，共有四种工作方式，对应不同的计数范围，如表6-1-2所示。

  8. 2.计数/定时方式选择位： • =0，设置为定时工作方式，对内部机器脉冲计数，作定时器用。 • =1，设置为计数工作方式，对外部事件脉冲计数，作为计数器用，负跳变有效。 • Tips • 一个定时/计数器同一时刻要么作定时用要么作计数用，不能同时使用。

  9. 3.门控位：GATE • GATE=0，只要用指令对TR0（或TR1）置１就可以启动定时器。 • GATE=1，只有在（或）引脚为１，且用指令对TR0（或TR1）置１才能启动定时器工作。 • 例：使用定时器T0，并使T0工作在方式1。 MOV TMOD #00000001B 或MOV TMOD #001H 若要选择定时器T1，并使之工作在方式1，应如何设置TMOD？

  10. 三、定时/计数器控制寄存器TCON（88H） • TCON用于控制定时器的启动、停止以及反映定时器的溢出和中断情况，其组成见表6-1-3所示。TCON也被分成两部分，高4位用于定时/计数器，低4位则用于中断。

  11. 四、计数寄存器 • TH0、TL0是T0的两个8位计数器，TH1、TL1是T1的两个8位计数器，并且高8位存放在TH中，低8位存放在TL中。计数寄存器是用来存放计数值得，预置初值也是放在这个寄存器中的。

  12. 五、定时/计数器中断 • AT89S51单片机中共有3类5个中断源，即两个外中断INT0与INT1（由P3.2和P3.3引入）、2个定时中断（定时器T0、定时器T1）和一个串行中断。 • 每个中断源对应一个中断标志位，当某个中断源有中断请求时，相应的中断标志位置1，外中断和定时中断源的中断标志位在控制寄存器TCON中

  13. 中断允许控制寄存器IE，用来控制中断的允许或禁止，如表6-1-4所示中断允许控制寄存器IE，用来控制中断的允许或禁止，如表6-1-4所示

  14. 六、定时/计数器中断的应用步骤 1.初始化 （1）确定工作方式，并写入TMOD特殊功能寄存器中。MOV TMOD,……。 （2）将计算出的定时或计数初始值装入TL0、TH0中。 MOV TH0，…… MOV TL0，…… （3）启动定时/计数器工作。 （4）启动定时/计数器：SETB TR0 （5）开中断：SETB ET0 SETB EA

  15. 2.提供中断入口地址 • 5个中断源的入口地址见表6-1-5所示，单片机根据中断入口地址，寻找中断处理程序。

  16. 3.编写中断服务程序 • 保护现场、恢复现场。 • 重新赋初值（工作方式2除外）。

  17. 活动2：学习相关指令 一、中断返回指令 • RET用于子程序返回，而RETI用于中断程序返回。 二、判位变量转移指令 • 1.JB bit，rel • 指令说明：若bit位的值为“1”，则转移到标号rel处执行，否则就顺序执行。 • 2. JNB bit，rel • 指令说明：该指令与上条指令相反，若bit位的值为“0”，则转移到标号rel处执行，否则就顺序执行。

  18. 三、除法指令 • 指令格式：DIV AB • 功能是将A中的8位无符号整数除以B中的8位无符号整数，所得的整数部分放在A中，余数放在B中。 • 如果原来B中的内容为0，则A和B中的内容不定，并使标志位OV=1，表明除法没有意义。 • 例如：（A）=06H,(B)=04H,执行指令DIV AB后，A中的值为01H，B中的值为02H。

  19. 活动3：任务分析 一、硬件电路

  20. 电路分析： • 通过单片机的P0口输出字形码给JD12，控制数码管显示某一字形。数码管的公共端JD11由单片机的P2口输出的字位码控制。硬件电路连接后，数码管显示的字形是由单片机P0口输出的字形码确定，而哪个数码管点亮是由单片机P2口输出的字位码确定的。

  21. 二、任务分析 • 本任务是60秒秒表计时设计，可分为两部分完成。 • 1.时钟部分 • 为了能够精确计时，采用单片机内部的定时器来进行定时，一旦设定的定时时间到，则产生中断申请，单片机CPU去处理，实现时间的计数。这部分功能主要是通过软件编程实现。 2.数码管部分 • 使用显示子程序进行2位数码管的动态扫描，在子程序中加入延时和消隐，实现字符稳定显示。

  22. 三、程序流程图 1. 主程序流程图

  23. 2. 时钟程序流程图

  24. 四、程序设计 • 1.存储单元分配 • 30H单元：秒计数单元 31H单元：5ms计数单元

  25. 2.主程序设计 START: MOV SECOND,#00H ;秒计数初始化 MOV TCOUNT,#00H ;5ms计数初始化 MOV TH0,#0ECH ；定时器T0的初始化 MOV TL0,#78H MOV TMOD,#01H ；设置T0工作方式 SETB EA ；开启T0中断并启动T0 SETB ET0 SETB TR0 SJMP $

  26. CONV: MOV A,SECOND ；转换秒为BCD码，并查表转换为七段码 MOV B,#10 ；将转换得到的秒十位和秒个位七段码分别送P0 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR MOV P2,# 0FD H ;开启秒十位显示数码管 MOV P0,A ；显示秒十位数 LCALL DELAY1 ；调用显示延时子程序 MOV A,B MOVC A,@A+DPTR MOV P2,# 0FE H ;开启秒个位显示数码管 MOV P0,A ；显示秒个位数 LCALL DELAY1 RET • 3.数码管显示子程序CONV

  27. 4. T0中断服务程序 T0INT: LCALL CONV ；数码管显示 MOV TH0,#0ECH ；T0重装初值 MOV TL0,#78H INC TCOUNT ；5ms计数单元加1 MOV A,TCOUNT CJNE A,#200,NEXT ；5ms计数单元为200(即1S)，则将其清0，同时 秒计数单元加1 MOV TCOUNT,#00H INC SECOND MOV A,SECOND CJNE A,#60,NEXT ；秒计数单元为60，则秒计数单元清0 MOV SECOND,#00H NEXT: RETI

  28. 活动4：任务实施 一、建立软件环境 • 1.建立新工程、源文件 • 照前面介绍的方法新建工程“任务一”和源文件“任务一.a”，并将此文件添加到项目中。 • 2.编写程序（见教材154页） • 3.编译程序

  29. 二、硬件仿真 • 1.硬件连接 • 将仿真器的仿真头插入实验箱单片机紧锁插座中，并用扁平数据线连接单片机P0口与八位动态LED数码管段码模块JD12。用扁平数据线连接单片机P2端口与八位动态LED数码管位码模块JD11。

  30. 2.参数设置 • 参照前面所讲知识，对相关参数进行设置。 • 3.硬件仿真 • 程序调试无误后，全速运行，观察数码管显示情况。

  31. 作业 P178： 1、2、3、4、6、7

  32. 任务二 按键计数的控制 任务介绍： 本任务通过单片机控制外围设备，实现对按键次数的计数，并将计数结果通过数码管显示，计数范围0~99。

  33. 活动1：任务分析 一、任务分析 本任务中除了使用两个数码管对计数次数进行动态显示外，还要对按键次数识别，主要分为以下几个模块。 1.数码管部分 本任务中2位数码管的显示采用动态扫描方法实现。 2.按键部分 主要通过软件进行按键的识别、去抖动，有按键按下，则数码管显示的按键次数加1。

  34. 二、程序流程图

  35. 活动2：电路的硬件连接 本任务中数码管的显示采用动态扫描方法，由P0口接8个数码管的八段，即JD12，P2口接8个数码管的位选段，即JD11。P0口输出数码管的字形码，P2口输出数码管的字位码。接于P3.7的1个按键K0作为计数按键，每按一次K0数码管显示的计数次数加1，计数次数范围为00~99.

  36. 活动3：程序设计 一、存储单元分配 二、主程序设计 主程序中用到的一些存储单元的初始化，T0的初始化和按键扫描。首先进行存储单元初始化，按键次数初始化，将按键次数计数单元30H清0。然后调用数码管显示数据转换子程序和数码管动态显示子程序，最后进行K0键的扫描。 30H单元：按键次数计数单元

  37. START: MOV COUNT,#00H ；按键次数计数单元30H清0 MOV TH0,#0ECH ；T0初始化 MOV TL0,#78H MOV TMOD,#01H ；设置T0工作方式 SETB EA ；开中断并启动T0 SETB ET0 SETB TR0 REL: JB P3.7,REL ；按键识别，按键去抖动 LCALL DELAY1 JB P3.7,REL JNB P3.7,$ ；等待按键释放 INC COUNT ；按键次数加1 MOV A,COUNT CJNE A,#100,LL ；若按键次数到100，清0 MOV COUNT,#00H LL: SJMP REL ；继续扫描按键

  38. 三、数码管显示子程序CONV CONV: MOV A, COUNT ；转换计数次数为BCD码，并查表转 换为七段码 MOV B,#10 ；将转换得到的计数次数的十位和技术次数的个位七段码分别送P0口 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR MOV P2,# 0EF H ;开启计数次数十位显示数码管 MOV P0,A ；显示计数次数十位数 LCALL DELAY1 ；；调用显示延时子程序 MOV A,B MOVC A,@A+DPTR MOV P2,# 0BF H ;开启计数次数个位显示数码管 MOV P0,A ；显示计数次数个位数 LCALL DELAY1 RET

  39. 四、T0中断服务程序 T0INT: LCALL CONV ；数码管显示 MOV TH0,#0ECH ；T0重装初值 MOV TL0,#78H RETI

  40. 活动4：任务实施 一、建立软件环境 1.建立新工程、源文件 照前面介绍的方法新建工程“任务二”和源文件“任务二.a”，并将此文件添加到项目中。 2.编写程序（见教材162页） 3.编译程序

  41. 二、硬件仿真 1.硬件连接 将仿真器的仿真头插入实验箱单片机紧锁插座中，并用扁平数据线连接单片机P0口与八位动态LED数码管段码模块JD12。用扁平数据线连接单片机P2端口与八位动态LED数码管位码模块JD11，用导线连接单片机的P3.7引脚与独立按键K0.

  42. 2.参数设置 参照前面所讲知识，对相关参数进行设置。 3.硬件仿真 程序调试无误后，全速运行，观察按键每按下一次数码管的显示数字递增的现象。

  43. 作业 P178： 5

  44. 任务三 24h数字时钟的设计 任务介绍： 用单片机设计一个数字电子钟，由四个按键S1、S2、S3、S4进行当前时间的调整，四个按键采用独立按键，S1代表时间调整开始键，按下S1后方可进行时间调整；S2、S3分别调整““时”、“分”，每按一下相应的小时数、分钟数加1；S4代表时间调整退出键，按下S4后退出时间调整，数字时钟继续计时。用8个数码管显示当前时间，开机时显示00-00-00，开始计时，显示范围为00-00-00到23-59-59，8位数码管采用动态显示方式。

  45. 活动1：任务分析 一、任务分析 • 本任务要求比较多，我们把这个比较复杂的项目，分解为多个简单的小项目来完成，可分为以下几个小项目： 1.时钟部分 • 为了能够精确计时，本任务采用单片机内部的定时器/计数器T0来进行定时。 2.数码管部分 • 使用显示子程序进行8位数码管的动态扫描，在子程序中加入延时和消隐，实现字符稳定显示。显示如图6-3-1所示。 •  3.按键部分 • 按键部分采用4个独立按键完成不同的按键功能，本任务主要通过软件进行按键的识别、去抖动，有按键按下，则执行相应的功能。

  46. 二、程序流程图 1.主程序流程图

  47. 2.时间调整子程序 • 当按键S1时，进入时间调整子程序，T0停止工作，进行“时”、“分”的时间调整，当按键S4时退出时间调整，重新启动T0，回到主程序。流程图如图6-3-3所示。

  48. 3.时钟程序流程图 时钟程序在本任务中利用中断程序实现精确计时，其流程图见图6-3-4所示。

  49. 活动2：电路的硬件连接 本任务中数码管的显示采用动态扫描方法，P0口接数码管段选端JD12，P2口接数码管的位选段JD11。接于P1.0~P1.3的4个按键是S1~S4为当前时间调节按键， S1为时间调整开始键，S2为小时调节键，S3为分钟调节键，S4为退出时间调整状态；按下S1后进入时间调整状态，每按一次S2键小时加1，每按一次S3键分钟加1，按下S4键退出时间调节状态，继续计时。

  50. 活动3：程序设计 一、存储单元分配 30H单元：秒个位显示单元 31H单元：秒十位显示单元 32H单元：“—”字形码（BFH） 33H单元：分钟个位显示单元 34H单元：分钟十位显示单元 35H单元：“—”字形码（BFH） 36H单元：时个位数显示单元 37H单元：时十位数显示单元 38H单元：秒计数单元 39H单元：分钟计数单元 3AH单元：小时计数单元 3BH单元：5ms计数单元

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