项目8-电子表程序设计

项目8电子钟程序设计嵌入式单片机方向—单片机C语言程序项目设计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。任务说明8.1.1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8.1.1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。R2~9200SEVEN_SEGNOT1NOT2NOT3NOT4KEY1KEY2NOT5KEY4KEY3P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.62345678P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8RESETXTAL2XTAL1EAALEPSEN39383736353433323130292827262524232221P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD1011121314151617P1.7119189C130PC230PCY12MHzR11KC310μICSTC89C51VCCP2.2P2.3P2.4P2.5P2.1P2.0P2.2P2.3P2.4P2.5P2.1P2.0图8.1.1硬件电路图8.1.2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2-6-1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8-1-1键盘功能控制键名KEY1闹铃键KEY2模式键KEY3加键KEY4减键按下功能显示定时调时时加,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二、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。8.1.3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8.1.2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。初始化键盘子程序闹铃子程序中断服务显示函数时间计数暂存区加载数据图8.1.2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：/**********************************************************************/#includeREG52.HunsignedcharcodeLEDDATA[]={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”unsignedcharcodeLEDBITDATA[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,};//数码管扫描代码表unsignedcharLEDBuffer[6];//定义显示缓冲区数组unsignedcharSecond;//秒单元unsignedcharMinute;//分单元unsignedcharHour;//时单元unsignedcharBeepflag;//定时响铃标志unsignedcharMinuterom;//定时分单元unsignedcharHourrom;//定时时单元unsignedcharSETFlag=0;//模式标志unsignedcharsecond_tick;//闪动标志unsignedcharTime;//超时计数unsignedcharALMFlag;//定时开启标志sbitSET_KEY=P3^3;//模式键sbitDOWN_KEY=P3^4;//加计数键sbitUP_KEY=P3^5;//减计数键sbitALM_KEY=P3^2;//显示定时时间按键sbitBeep=P1^7;//蜂鸣器接口引脚/**********************************************************************/二、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8.1.2所示。初始化键盘子程序闹铃子程序中断服务函数图8.2.2主程序流程此部分对应的程序代码如下：/**********************************************************************/voidmain(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8.1.3所示。指定定时器工作方式装载初值启动T0允许T0中断打开总中断图8.1.3初始化流程/***********************************************************/voidinit(){TMOD=0x01;//T0初始化方式1,定时TH0=(65536-2000)/256;//TH0,TL0装入定时2mS的初值TL0=(65536-2000)%256;TR0=1;//启动T0工作ET0=1;//允许T0溢出中断EA=1;//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，则机器周期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0xffff，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]10fT112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8.1.4所示。数码管位选数据段选数据暂存区图8.1.4显示的基本模块在本模块中，核心的语句就是：P2=LEDBITDATA[LEDScanCount];//送出位选数据P0=LEDDATA[LEDBuffer[LEDScanCount]];//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LEDBuffer[0]，把十位“3”放入LEDBuffer[1]。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LEDBITDATA[0]，LEDBITDATA[0]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LEDBuffer[0]，LEDBuffer[0]=2，故P0=LEDDATA[2]=0xA4，就送出了段选数据。此时P2=0xFE=11111110P0=LEDDATA[2]=0xA4同理，LEDScanCount=1时P2=LEDBITDATA[LEDScanCount];=LEDBITDATA[1];=0xFD=11111101;P0=LEDDATA[LEDBuffer[LEDScanCount]];=LEDDATA[LEDBuffer[1]];=LEDDATA[3];=0xB0执行完后，LEDScanCount加一，当LEDScanCount为2时清零，通过对这几句的反复调用实现动态显示功能。显示模块进入以后判定是否需要闪烁，然后送出位选数据，在送段选数据时需要结合当前的模式状态，也就是SETFlag的数值进行选择。由于调整时间和调整定时需要闪