单片机课设--定时闹钟.doc

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专业
XX
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指导教师
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单片机课程设计报告
定时闹钟

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摘要1
关键字 1
正文
一、系统设计2
1.1设计目标2
1.2硬件设计2
1.3软件设计 4
1.4三个模式间状态图 5
1.5键盘控制程序走向流程图 6
1.6 串口通信图 8
二、实验结果与讨论 9
三、结论 9
参考文献
附录 11
1、程序源代码 11
2、实物图20

- word.zl
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摘要
本设计采用ATMEL AT89C52MCU作为处理器核心，用数码管作为数据显示工具，蜂鸣器实现响铃功能，独立式键盘K20-K27控制时钟，串口用于设置时钟和闹钟时间来制作一个定时闹钟。秒数走位由MCU部11.0592MHz的晶振提供准确定时实现，并循环扫描，在数码管上显示。
本设计的关键是键盘的动态扫描和按键消抖，难点是串口数据的传送和处理。
本设计运用C51编程，由于C语言具有语法简单、代码简洁且执行效率高等优点，使得C语言广泛运用于各种程序设计的代码编辑工具中。运用C语言编程，增强了程序可读性；使得开发人员能够将精力用在如何设计程序上来，提高了开发效率。
关键字： 单片机 动态扫描 按键消抖 C51编程

正文

一、 系统设计
1.1设计目标
利用动态数码管作为显示器，K20-K27作为输入按键，蜂鸣器作为声音输出制作一个定时闹钟。要求：1、正确显示时分。2、可以利用按钮调整时间和设定闹钟时间。3、当时间到达设定的闹钟时间时，蜂鸣器发出嘀、嘀、嘀的报警声。
提示：利用定时器作为时间的基准。
提高：通过串口在PC上设定时间和闹钟

1.2硬件设计
本设计中涉及到的硬件模块有C52、独立键盘、数码管、PC〔含keil软件、烧写工具、串口调试工具等〕
1.2.1 C52
核心处理器。对传送的各个指令和数据进展处理。供其他模块用到的主要引脚有：P0：送码值；P2：送位选信号，连接键盘；TXD、RXD：串口通信；P3.7：蜂鸣器
1.2.2 独立键盘K20-K27
键盘分为独立键盘和矩阵式键盘。扫描方法有逐行扫描法和行列翻转法。在本设计中用到的键盘是独立式键盘K20-K27，分别连接到MCU C52的P2口，采用逐行扫描法，又由于只有一行，故只需扫描一次即可。在键盘按键时，需要考虑到键盘消抖问题。键盘消抖分为硬件消抖和软件消抖。在本设计中，直接采用软件延时delay2()，到达消抖功能，代码不长，又节省硬件资源。
独立键盘K20-K27连接到C52管脚P2和数码管。各键功能：
K20：编辑时间，以递增方式控制时针数值，包括时钟和闹钟
K21：编辑时间，以递增方式控制分针数值，包括时钟和闹钟
K22：时钟模式切换到闹钟模式
K23：退出闹钟模式，并保存闹钟时间，开启闹钟
K24：时钟模式和秒数显示模式切换
K25：未用到，供功能扩大使用
K26：开闹钟
K27：关闹钟
1.2.3 数码管
数码管用于显示当前时间，闹钟时间和秒数。
数码管显示分为静态显示和动态显示。静态显示时，各数码管在显示过程中持续得到送显信号，与各数码管接口的I/O口线是专用的。静态显示需借助C52串口完成。动态显示时，各数码管在显示过程中轮流得到送显信号，与各数码管接口的I/O口线是共用的。在动态显示过程中，数码管常亮是通过循环扫描送显信号实现。
本设计中用到的数码管为共阴极接法，阴极接位选信号，即C52 P2口，阳极接P0口，承受码值。
时钟和闹钟模式下，显示时针数值和分针数值。秒数显示模式下，只有两个数码管亮，显示当前时间秒值。
1.2.4 PC
在PC端除了编辑软件Keil和烧写工具外，另一个很重要的工具就是串口调试工具。串口工具通过串口线与C52通信。PC端到C52传送数据，控制写当前时间和设置闹钟。C52到PC端传送数据，提示PC送到C52的数据有误，并在串口界面上显示字符串“error! 〞，供以提示。在PC端的串口工具选项设置与代码中串口设计参数匹配。波特率为9600，数据位8位，停顿位1位。采用十六进制Hex发送。
根据上述硬件设计，有如下硬件间系统框图1。

P2

RXD

TXD
P3.7
P0

C52

串口工具

数码管

键盘
蜂鸣器
图1 系统框图

1.3软件设计
1.3.1时钟
时钟设计有两个方案，一：利用程序计数延时定时；二：利用定时器定时。考虑到，程序定时不准确，误差大，而定时器c52部晶振提供的时钟，能够准确定时，所以，本设计采用定时器给各模块提供准确时钟。对于时钟，主要用在走秒，即定时器定时时间为1s，考虑到，设计中需要用到串口进展数据传送，而且对用C52，1s属于长定时，所以定时器采用定时器timer0。timer0工作在方式1，定时设置为50ms，即初始值为TH0=0x4c,TL0=0x01,再通过一个标志位flag来控制次数，初始值为20，那么定时时间刚好为1s。
1.3.2 时间显示模式
从设计要求看，本设计至少要涉及到两个模式：〔1〕时钟模式；〔2〕闹钟模式。时钟模式下，数码管实时显示当前时间，闹钟模式下，显示设置的闹钟时间，并且闹钟模式下，数码管显示的值闪烁，以区别于时钟模式，这样更易于区分这两种模式。这两个模式通过K22和K23来切换，K22从时钟模式进入闹钟模式，K23退出闹钟模式，并保存当前设置的闹钟时间，并置位闹钟状态位flag1=0〔flag1=0，开闹钟；flag1=1，关闹钟〕，此外，时钟、闹钟模式下均为可编辑状态，K20、K21分别控制时针数值和分针数值。为了更接近现实的时钟，本设计提供第三种模式--秒数显示模式。这个模式下，4个数码管只有两个亮，用来显示秒数值，通过键K24切换到此模式，和退出此模式，对于秒数，其控制权在定时器timer0，不提供编辑功能。
1.3.3振铃
此功能的实现主要依靠实验箱上的蜂鸣器，当当前时间到达闹钟时间时，RD=0，开场振铃，蜂鸣器响。本设计中，在振铃状态，提供关闹铃功能，通过K27关闹钟，置闹钟状态位flag1=1，关闹钟；假设是需要翻开闹钟，那么可按键K26，置flag1=0。
1.3.4 串口
此功能用于，在PC上通过串口工具，传送数据到C52，进而控制数码管值，即设置时间和闹钟。在实现串口功能，搭配用了定时器timer2，timer2工作于方式2，即8位自动重装。timer2作为波特率发生器，给串口提供数据传送速率。本设计中，波特率为9600，故timer2初始值为TH1=0xfd,TL1=0xfd。 在本设计中，在时钟模式和闹钟模式下，串口数据逐位传送，分别传给时针数值和分针数值。更具人性化的是，本设计提供错误提。当传送时针数值时，数据大于23，或传送分针数值时，数据大于59时，C52通过串口向PC传送错误提示“error! 〞，提示数据传送错误。
1.3.5键盘扫描
本设计中键盘采用独立键盘K20-K27。读取键盘值通过：P2=0xff;key_pressed=P2;key_pressed那么为读取到的键盘值，再匹配从而知道按了哪个键。在键盘扫描设计中，一个关键技术是键盘消抖。这里通过延时程序delay2()延时一段时间，再读取键盘值，判断是键盘抖动还是正常按下的值。

1.4 三个模式间状态图

K24
K22
秒显示状态
闹钟模式
时钟模式
程序烧入
RST
复位
K22
K24
图2 三个模式间转换状态图

1.5 键盘控制程序走向流程图

①
K23?
②
K20?
K21?
otherValue?
count_h=count_h+1
count_m=count_m+1
main())
init()
1
clockModel
value1=getKeyPressed()
value2=getKeyPressed()
Delay()
value1=value2
K26?
Flag1=0
K22?
Delay()
alarmClockModel
②
value1=getKeyPressed()
value2=getKeyPressed()
value1=value2
K24?
Delay()
secondModel
③
value1=getKeyPressed()
value2=getKeyPressed()
value1=value2
①
③
K24?
Y
N
①
①
①
K25?
K21?
count_m=count_m+1
K20?
K23?
count_h=count_h+1
①
K27?
Flag1=1
图3 键盘控制程序走向流程图

图3中为表达的功能及操作有以下几点：
1.5.1计数模块count()
计数功能依靠定时器timer0的中断，定时1s，当前时间走1秒。
1.5.2振铃模块music()
该功能由蜂鸣器完成。置RD=0时，蜂鸣器响。此外蜂鸣器响有一个前提条件：振铃处于开状态，即标志flag1=0。
1.5.3显示模块display()
该功能显示当前时间或闹钟时间或秒数。控制条件有：
标志CS：CS=0：显示当前时间时、分；CS=1：显示当前时间秒；CS=2：闹钟状态；
标志flag2：控制闹钟状态下闪烁显示。

1.6串口通信图

送错误提示信息
送时针、分针数值

串口工具

MCU
显示

数码管
图4 串口通信图

1.5.1串口向MCU送数据
送时针值时，数值大小小于24，送分针数值，数值小于60。
1.5.2MCU向串口送错误提示信息
串口向MCU送数据不满足上述条件时，送“error! 〞提示信息。
1.5.3数据显示
假设串口传送的数据满足上述条件，那么在数码管上显示，否那么保持不变。

2 实验结果与讨论
2.1程序烧写
通过烧写程序将源码烧到单片机中。数码管初始显示为00.00，与程序设置count_m,count_h吻合。
2.2程序调试
2.2.1按键K20和K21，时、分值分别增加，一直按着，那么时间持续变化。但不是很稳定，有待改良。
2.2.2 按键K22，数码管进入闹钟编辑状态，并且显示数值交替闪烁。与程序设置
if(flag2<=10 && CS==2){P2=0xff;}
else{if(flag2>=20){flag2=0;}
一致〔flag2在定时器中断中改变〕。
2.2.3按键K23，退出闹钟编辑状态。保存当前闹钟设置值count_m_alarm=count_x; count_h_alarm=count_y，开启闹钟flag1=0。
2.2.4按键K24，切换到秒显示状态。再按一次切回时钟模式。
2.2.5按键K26，关闭闹钟；按键K27，开启闹钟。在当前时间时、分值与闹钟设置值匹配时，这两个键的功能吻合。
2.3串口发送。
翻开串口调试工具，选择端口，设置其它选项，分两次传送，如两次均发送十六进制数09，数码管显示值如附图6。假设设置时针值大于23，设置分针值大于59，那么提示错误，显示结果如附图7。

3 结论
3.1 综合上述所有描述，本设计完成了闹钟根本的功能。此外，添加了其他功能。如，本闹钟不仅可以显示时间时、分值，闹钟值，还可以显示秒数。具有闹钟开、关功能。对提高局部做了扩大，可以提示是否有数据设置错误。
3.2 本设计很好地完成了闹钟设计，具有自己的特色。美中缺乏的是，通过键盘设置时钟时，数值不易把握；闹钟响时，声音比拟怪。
3.3自我体会
本次课程设计，加深了对理论知识的实践，学到了很多课堂上没有学到的知识。对单片机的了解和应用更深一层。课程设计往往具有一定的趣味性，更能激起大家的兴趣，对知识的深入理解只会是有百利而无一害。与课堂上讲的理论知识不同的是，课堂上都是采用汇编语言，而到了真正设计时，更多的是采用C语言编程，这样更加的简单，提高了开发的效率。

参考文献
[1]田希晖 薛亮儒.C51单片机技术教程[M].，人民邮电.2007
[2]友德 志英 涂时亮.单片微型机原理、应用与实验(第五版)[M]，复旦大学.2006

附录
1、程序源代码
#include<reg52.h>

unsigned char count_s,count_m,count_h;//秒、分、时时间
unsigned char count_x,count_y,count_m_alarm=0,count_h_alarm=23;//count_x,count_y记录当前时间; count_m_alarm=0,count_h_alarm=23:预置闹钟时间，同时用于保存闹钟设置
unsigned char flag=0,flag1=0,flag2=0;//flag0: 中断时间=timer0初始值*flag;flag2: 控制闹钟状态下闪烁，区别于正常时钟模式
unsigned char dis_duanma[11]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴码表
unsigned char CS;//当前显示的计数段；CS=0:显示时、分,时钟状态; CS=1:显示秒数; CS=2:闹钟编辑状态;
unsigned char tag=0;//串口输入数据,区别时、分
unsigned char ERROR[] = "error! ";//串口输入出错，提示字符串

void display();

void delay() //动态扫描延时
{
unsigned int count_delay;
for(count_delay=0;count_delay<=1000;count_delay++);
}

void delay2() //按键消抖延迟
{
unsigned int count_delay;
for(count_delay=0;count_delay<=10000;count_delay++);
}

void music() //蜂鸣器发声
{
if(flag1==0)
RD=0;
}
void count() //计数模块
{
if(count_s>=59)
{
count_s=0;
if(count_m>=59)//>=:由于进位的原因
{
count_m=0;
if(count_h>=23)
{
count_h=0;
}
else
count_h++;
}
else
count_m++;
}
else
{
count_s++;
}
}

void IntT0()interrupt 1 //定时器T0中断，计数
{
TH0=0x4c;//重置初始值
TL0=0x01;
flag++;
flag2++;
if(flag==20)//timer0中断时间被乘数
{
//中断次数，即中断时间到达，重置中断次数
flag=0;
count();
}
else if(count_m!=count_m_alarm | count_h!=count_h_alarm)
{
//当前时间与闹钟时间不匹配，表示不在闹钟状态，关闭蜂鸣器
RD=1;
}
else if(count_m==count_m_alarm && count_h==count_h_alarm)
{
//当前时间与闹钟时间匹配，表示在闹钟状态，开启蜂鸣器
music();
}
}

void sendError()
{
unsigned char i = 0;
ES=0;
for(i=0;i<7;i++)
{
SBUF=ERROR[i];
while(!TI);
TI=0;
}
ES=1;
}

void IntS() interrupt 4
{
unsigned char serialData;
if(RI==1)
{
serialData = SBUF;
if(tag==0)//时
{
if(serialData > 23)
{
sendError();
goto loop2;
}

}
else if(tag==1)//分
{
if(serialData > 59)
{
sendError();
goto loop2;
}

}
if(CS==2)//闹钟状态
{
if(tag==0)//时
{
count_y = SBUF;
tag++;
}
else if(tag==1)//分
{
count_x = SBUF;
tag = 0;
}
}
else if(CS==0)//时钟状态
{
if(tag==0)//时
{
count_h = SBUF;
tag++;
}
else if(tag==1)//分
{
count_m = SBUF;
tag = 0;
}
}
loop2:
display();
RI=0;
}
}

void display() //显示译码；P0送码值；P2送位选信号(高四位P24-P27)
{
if(flag2<=10 && CS==2)
P2=0xff;
else
{
if(flag2>=20)
flag2=0;
else if(CS==1)//显示秒状态,送秒数
{
//下1
P0=dis_duanma[count_x%10];
P2=0x7f;
delay();
//下2
P0=dis_duanma[count_x/10];
P2=0xbf;
delay();
}
else//显示时分状态,送时、分
{
//送分
//下1
P0=dis_duanma[count_x%10];
P2=0x7f;
delay();
//下2
P0=dis_duanma[count_x/10];
P2=0xbf;
delay();

//送时
//上2
P0=dis_duanma[count_y%10]+0x80;
P2=0xdf;
delay();
//上1
P0=dis_duanma[count_y/10];
P2=0xef;
delay();
}
}
}
void main() //主函数
{
unsigned char key_pressed; //检测按键是否按下

TMOD=0x21;//定时器方式存放器，timer1：工作方式2，配合串口；timer0工作方式1，16定时

PS=0;//中断优先级存放器IP，
PT0=1;//timer0中断优先级高于串口中断

TH0=0x4c;//初始化方式1初始值，T=(12/fosc)*(2^16-a)us,
TL0=0x01;//a=0x4501=19457d, T=0.05s
TH1=0xfd;//初始化方式2，8位自动重装，初始值X=2^n-(2^SMOD*fosc/(32*波特率*12));
TL1=0xfd;//波特率=9600

SCON=0x50;//串口控制存放器，方式1，〔1+8+1〕位
PCON=0x00;//电源控制存放器，SMOD=0，波特率不加倍

EA=1;//中断允许存放器，允许中断
ES=1;//串口中断允许
ET0=1;//timer0中断允许
TR0=1;//定时器控制存放器(TCON)，启动timer0
TR1=1;//启动timer1
while(1)
{
RD=1;//关闭蜂鸣器
loop1: if(CS==1) //CS当前状态是显示秒还是时、分
{
count_x=count_s;//将秒送给显示存放器
count_y=0;
}
else
{
count_x=count_m; //送分给显示存放器(时钟状态模式)
count_y=count_h; //送时给显示存放器
}
display(); //调用显示子函数
P2=0xff; //先写一再读取
key_pressed=P2;//读取键盘值
if((key_pressed & 0x01 )==0x00&& CS==0)//判断按下的按键是否为编辑时,如果正在显示秒，那么不予以回应
{
delay2();//消抖
P2=0xff;
key_pressed=P2;//再判断
if((key_pressed & 0x01)==0x00)
{
if(count_h>=23)
count_h=0;
else
count_h++;
}
}
else if((key_pressed & 0x02 )==0x00 && CS==0)// 判断是否按下时编辑按键，如果正在显示秒，那么不予以回应
{
delay2(); //延时消抖
P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x02)==0x00)
{
if(count_m>=59)
count_m=0;
else
count_m++;
}
}
else if((key_pressed & 0x04)==0x00) //按下闹钟调节按键
{
delay2();//延时消抖
P2=0xff;
if((key_pressed & 0x04)==0x00)
{
CS=2;
count_x=count_m_alarm; //读取闹钟设置
count_y=count_h_alarm; //读取闹钟设置
loop: display();//显示闹钟设置时间

P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x01)==0)//按下编辑时按键
{
delay2();
P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x01)==0)
{
if(count_y>=23)
count_y=0;
else
count_y++;
}
}
else if((key_pressed & 0x02)==0)//编辑分按键
{
delay2();
P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x02)==0)
{
if(count_x>=59)
count_x=0;
else
count_x++;
}
}
else if((key_pressed & 0x08)==0x00) //退出设置按键
{
delay2();
P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x08)==0x00)
{
count_m_alarm=count_x; //保存闹钟设置
count_h_alarm=count_y; //保存闹钟设置
CS=0; //撤销编辑状态
if(flag1==1)
{
flag1=0;
}
goto loop1;//跳出闹钟编辑设置
}
}
goto loop;//处于闹钟编辑状态，刷新设置的闹钟时间
}
}
else if((key_pressed & 0x10)==0)//按下显示状态按键〔显示时分或者显示秒〕
{
delay2();
P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x10)==0)
{
if(CS>=1)
CS=0;
else
CS++;

}
}
else if((key_pressed & 0x40)==0)
{
delay2();
P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x40)==0)
{
flag1=0;//开闹钟

}
}
else if((key_pressed & 0x80)==0)
{
delay2();
P2=0xff;
key_pressed=P2;
if((key_pressed & 0x80)==0)
{
flag1=1;//停顿闹钟

}
}
}
}

2、实物图

图5 秒显示状态下数码管显示值

图6 串口设置时间值

图7 串口传送界面及错误信息

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