单片机课程设计实验报告+基于单片机的数字时钟+含完整实验代码
单片机课程设计报告
基于单片机的数字时钟
姓名：
班级：
学号：
一、 前言
利用实验板上的4个LED数码管，设计带有闹铃、秒表功能的数字时钟。
功能要求：
a) 计时并显示（LED）。由于实验板上只有4位数码管，可设计成显示“时分”和显示“分秒”并可切换。
b) 时间调整功能。利用4个独立按钮，实现时钟调整功能。这4个按钮的功能为工作模式切换按钮（MODE），数字加（INC），数字减（DEC）和数字移位（SHITF）。
c) 定闹功能。利用4个独立按钮设定闹钟时间，时间到以蜂鸣器响、继电器动作作为闹铃。
d) 秒表功能。最小时间单位0.01秒。
二、 硬件原理分析
1. 电源部分
电源部份采用两种输入接口（如上图）。
a) 外电源供电，采用2.1电源座，可接入电源DC5V，经单向保护D1接入开关S1。
b) USB供电，USB供电口输入电源也经D1单向保护，送到开关S1。
注：两路电源输入是并连的，因此只选择一路就可以了，以免出问题。
S1为板子工作电源开关，按下后接通电源，提供VCC给板子各功能电路。电路采用两个滤波电容，给板子一个更加稳定的工作电源。LED为电源的指示灯，通电后LED灯亮。
2. 蜂鸣器
蜂鸣器分为有源和无源两种，有源即两引脚有一个直流电源就可以长鸣，无源则需要一个1K左右的脉冲才可以蜂鸣，因此对于按键的提示音及报警蜂鸣使用有源来得方便。有源也可以当无源使用，而无源则不能当有源使用，当然用有源蜂鸣器作音乐发声会失真厉害。
如上图：单片机P15输出高低电平经R21连接三极管B极，控制三极管的导通与截止，从而控制蜂鸣器的工作。低电平时三极管导通，蜂鸣器得电蜂鸣，高电平时三极管截止，蜂鸣器失电关闭蜂鸣。
3. 数码管
电路使用一个四位共阳型数码管，四个公共阳级由三极管放大电流来驱动，三极管由P10-P13控制开与关。数码管的阴级由P0口经过电阻限流连接。
例如，要十位的数码管工作，P12输出0，使三极管Q12导通，8脚得电，当P0口相应位有输出0时，点亮相应的LED灯组合各种字符数字。
4. 独立键盘
如上图，由六个按键组成，每个按键的一端连接IO口，另一端直接连接GND（0电位）。六个按键分别接入P37-P32，只要按下按键，相应位的IO口位将被拉为低电平（0），程序可以判断相应位是否为0来确认按键己按下。
5. 动态显示
动态显示驱动电路是单片机应用中最常用的显示方式。
动态显示接口电路是把所有显示器的8个笔划段的同名段连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM端。
在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人眼的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。
动态扫描显示必须由CPU不断地调用显示程序，才能保证持续不断的显示。在实际工作中，当然不可能只显示，这样在两次调用显示程序之间的时间间隔就不一定了，如果时间间隔比较长，就会使显示不连续。
三、 软件设计
l 主程序
将按键1设定为功能选择键，每按一次按键1，进入相应的功能模式。
l 分秒显示
分秒显示模式下，数码管显示时钟时间的分和秒。当按键1按下后，进入下一模式。
l 时分显示
时分显示模式下，数码管显示时钟时间的时和分。当按键1按下后，进入下一模式。
l 时间调整
时间调整模式下，仅调整时钟的时、分。
数码管闪烁的为当前调整的位子，按键2为加，按键3为减，按键4为移位键。
l 闹钟
闹钟模式下，可设置闹钟的时、分。
数码管闪烁的为当前调整的位子，按键2为加，按键3为减，按键4为移位键。
当闹钟时间调整完毕之后，按下按键5，确认闹钟时间。随后等待时钟时间到达闹钟时间。时钟时间到达闹钟时间后，蜂鸣器工作。
l 秒表
秒表模式下，按下按键4，秒表开始计时；再次按下按键4，秒表暂停。
按下按键2或按键3，秒表清零。
四、 软件调试
在软件调试过程中碰到了很多问题。其中比较重要的几个问题如下：
1、时钟调整子程序中，时、分的十位数、个位数加减不符合常识。比如在加减时，小时可以达到27、28等数值，而这是不符合常识的。
在查看代码后发现，可以在加、减过程中设置if函数判断当前所处位置，调整当前数值所能达到的最大值或最小值。
修改后代码如下：
else if(keyval==0xbf) //按键2 加
{
if(pos==0)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]==3)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
else if(pos==1)
{
if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)
{
dispbuf[pos]++;
dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;
}
if(dispbuf[0]==2)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]>=4)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
}
else if(pos==2)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]==6)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
else if(pos==3)
{
dispbuf[pos]++;
dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;
}
}
else if(keyval==0xdf) //按键3 减
{
if(pos==0)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=2;
else dispbuf[pos]--;
}
else if(pos==1)
{
if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;
else dispbuf[pos]--;
}
if(dispbuf[0]==2)
{
if(dispbuf[pos]>=4&&dispbuf[pos]<=9)
{
dispbuf[pos]=3;
}
else if(dispbuf[pos]==0)
{
dispbuf[pos]=3;
}
else
{
dispbuf[pos]--;
}
}
}
else if(pos==2)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=5;
else dispbuf[pos]--;
}
else if(pos==3)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;
else dispbuf[pos]--;
}
}
2、秒表模式下，无法很好地区分当前计时所达到的具体数值。在秒的个位数位子设置一个小数点，使秒表的显示更加直观。
修改后代码如下：
在程序开始处，添加如下代码：
unsigned char code segtab_dot[]=
{0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10}; //带小数点的数码管代码
在void t0int(void) interrupt 1 using 1之中添加如下代码：
if(mode==4&&P1==0xfd) //秒表处显示小数点的if语句
{
P0=segtab_dot[dispbuf[dispindex]];
}
else
{
P0=segtab[dispbuf[dispindex]];
}
3、在秒表运行一遍后，进入其他模式操作完毕，再次进入秒表模式下发现秒表无法清零。检查代码后发现，在闹钟模式下，进入秒表模式时，未对秒表清零。
修改后代码如下：
if(keyval==0x7f)//1号按键 模式 进入秒表模式
{
mode=4;
old_ss=0;
old_ms=0;
miaobiao_ss=old_ss;
miaobiao_ms=old_ms;
dispbuf[0]=miaobiao_ss/10;
dispbuf[1]=miaobiao_ss%10;
dispbuf[2]=miaobiao_ms/10;
dispbuf[3]=miaobiao_ms%10;
clocksing=0;
}
附完整实验代码：
/***********************************************************************
基于单片机的数字时钟
功能：时钟、闹钟、秒表
模式0：时钟显示模式-分、秒
模式0下，数码管显示时钟时间-分、秒。
按键说明：
按键1：选择下一模式。
模式1：时钟显示模式-时、分
模式1下，数码管显示时钟时间-时、分。
按键说明：
按键1：选择下一模式。
模式2：时钟调整模式
模式2下，调整时钟时间，仅调整时、分时间。
按键说明：
按键1：选择下一模式。
按键2：增加选中数码管的数值。
按键3：减少选中数码管的数值。
按键4：移位键，按键选择下一数码管。
模式3：闹钟模式
模式3下，设置闹铃时间之后，等时钟到达相应时间，发出铃声。
按键说明：
按键1：选择下一模式。
按键2：增加选中数码管的数值。
按键3：减少选中数码管的数值。
按键4：移位键，按键选择下一数码管。
按键5：设置闹铃时间后，按键确认，数码管显示当前时钟时间。
模式4：秒表模式
模式4为秒表模式，可记录0-59秒。最小时间单位为0.01秒。
按键说明：
按键1：选择下一模式。
按键2：清除秒表当前数值。
按键3：清除秒表当前数值。
按键4：开始、暂停秒表。
***********************************************************************/
#include <reg52.h>
unsigned char dispbuf[4]={0,0,0,0};
unsigned char code segtab[]=
{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //不带小数点的数码管代码
unsigned char code segtab_dot[]=
{0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10}; //带小数点的数码管代码
unsigned char code bittab[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};
unsigned char dispindex;
unsigned char mode;
unsigned char pos;
unsigned char keyval;
unsigned char hh,mm,ss;
unsigned char miaobiao_ms=0,miaobiao_ss=0; //秒表
unsigned char old_ms,old_ss; //保存秒表时间
unsigned char clock_hh,clock_mm; //用于存放所设闹钟时间
unsigned int clock_shanshuo; //用于控制闹钟调整时间时是否闪烁 0：闪烁 1：不闪烁
sbit clocksing=P1^5; //闹钟所用蜂鸣器
unsigned int cnt; //用于10ms转1s计数
unsigned char cnt1; //用于10ms转0.5s处计数（用于闪烁）
unsigned char cnt2; //用于秒表处计时
unsigned char keyscan(void);
void delay(unsigned int t);
void keypro(void);
bit flash;
/******************主函数******************/
void main(void)
{
TMOD=0x11;
TH0=(0-2000)/256;
TL0=(0-2000)%256;
ET0=1;
TR0=1;
TH1=(0-2000)/256;
TL1=(0-2000)%256;
ET1=1;
TR1=0; //秒表 先不开
EA=1;
mode=0;
hh=02;
mm=03;
ss=15;
while(1)
{
if(mode==3)
{
if(hh==clock_hh)
{
if(mm==clock_mm)
{
clocksing=0;
}
}
else
{
clocksing=1;
}
}
else
{
clocksing=1;
}
if(keyscan()==0xff) continue;
keypro();
}
}
/******************键扫描程序******************/
unsigned char keyscan(void)
{
P3=0xff;
keyval=P3;
if(keyval==0xff)
{
return 0xff;
}
delay(10000);
if(keyval!=P3)
{
return 0xff;
}
else
{
while(P3!=0xff);
return keyval;
}
}
/******************时钟中断及显示程序******************/
void t0int(void) interrupt 1 using 1
{
TH0=(0-2000)/256; //2ms
TL0=(0-2000)%256;
P0=0xff;
P1=0xff;
P1=bittab[dispindex];
if(mode==4&&P1==0xfd) //秒表处显示小数点的if语句
{
P0=segtab_dot[dispbuf[dispindex]];
}
else
{
P0=segtab[dispbuf[dispindex]];
}
if((dispindex==pos)&&(flash==1)&&(mode==2||(mode==3&&clock_shanshuo==0))) //闪烁控制程序
{
P0=0xff;
P1=0xf0;
}
dispindex++;
dispindex=dispindex&0x03;
cnt++;
cnt1++;
if(cnt1>=250) //0.5ms闪烁
{
cnt1=0;
flash=~flash;
}
if(cnt>=500) //2ms*500=1s
{
cnt=0;
ss++;
if(ss>=60)
{
ss=0;
mm++;
if(mm>=60)
{
mm=0;
hh++;
if(hh>=24)
{
hh=0;
}
}
}
if(mode==0)
{
dispbuf[0]=mm/10;
dispbuf[1]=mm%10;
dispbuf[2]=ss/10;
dispbuf[3]=ss%10;
}
else if(mode==1||(mode==3&&clock_shanshuo==1))
{
dispbuf[0]=hh/10;
dispbuf[1]=hh%10;
dispbuf[2]=mm/10;
dispbuf[3]=mm%10;
}
}
}
/******************按键选择，进入不同模式******************/
void keypro(void)
{
switch(mode)
{
case 0://显示分秒
if(keyval==0x7f)
{
mode=1;
dispbuf[0]=hh/10;
dispbuf[1]=hh%10;
dispbuf[2]=mm/10;
dispbuf[3]=mm%10;
}
break;
case 1://显示时分
if(keyval==0x7f)
{
mode=2;
dispbuf[0]=hh/10;
dispbuf[1]=hh%10;
dispbuf[2]=mm/10;
dispbuf[3]=mm%10;
}
break;
case 2://时间调整(只调整时分)
if(keyval==0x7f) //按键1 调整模式 进入闹钟模式
{
mode=3;
clock_hh=0;
clock_mm=0;
clock_shanshuo=0;
hh=dispbuf[0]*10+dispbuf[1]; //保存调整后的时间
mm=dispbuf[2]*10+dispbuf[3];
dispbuf[0]=clock_hh/10; //显示闹钟的初始时间
dispbuf[1]=clock_hh%10;
dispbuf[2]=clock_mm/10;
dispbuf[3]=clock_mm%10;
TR0=1;
}
else if(keyval==0xbf) //按键2 加
{
if(pos==0)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]==3)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
else if(pos==1)
{
if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)
{
dispbuf[pos]++;
dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;
}
if(dispbuf[0]==2)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]>=4)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
}
else if(pos==2)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]==6)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
else if(pos==3)
{
dispbuf[pos]++;
dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;
}
}
else if(keyval==0xdf) //按键3 减
{
if(pos==0)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=2;
else dispbuf[pos]--;
}
else if(pos==1)
{
if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;
else dispbuf[pos]--;
}
if(dispbuf[0]==2)
{
if(dispbuf[pos]>=4&&dispbuf[pos]<=9)
{
dispbuf[pos]=3;
}
else if(dispbuf[pos]==0)
{
dispbuf[pos]=3;
}
else
{
dispbuf[pos]--;
}
}
}
else if(pos==2)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=5;
else dispbuf[pos]--;
}
else if(pos==3)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;
else dispbuf[pos]--;
}
}
else if(keyval==0xef) //按键4 移位
{
pos++;
pos=pos&03;
}
break;
case 3: //闹钟模式
if(keyval==0x7f) //按键1 调整模式 进入秒表模式
{
mode=4;
old_ss=0;
old_ms=0;
miaobiao_ss=old_ss;
miaobiao_ms=old_ms;
dispbuf[0]=miaobiao_ss/10;
dispbuf[1]=miaobiao_ss%10;
dispbuf[2]=miaobiao_ms/10;
dispbuf[3]=miaobiao_ms%10;
}
else if(keyval==0xbf) //按键2 加
{
clock_shanshuo=0;
if(pos==0)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]==3)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
else if(pos==1)
{
if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)
{
dispbuf[pos]++;
dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;
}
if(dispbuf[0]==2)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]>=4)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
}
else if(pos==2)
{
dispbuf[pos]++;
if(dispbuf[pos]==6)
{
dispbuf[pos]=0;
}
}
else if(pos==3)
{
dispbuf[pos]++;
dispbuf[pos]=dispbuf[pos]%10;
}
}
else if(keyval==0xdf) //按键3 减
{
clock_shanshuo=0;
if(pos==0)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=2;
else dispbuf[pos]--;
}
else if(pos==1)
{
if(dispbuf[0]==0||dispbuf[0]==1)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;
else dispbuf[pos]--;
}
if(dispbuf[0]==2)
{
if(dispbuf[pos]>=4&&dispbuf[pos]<=9)
{
dispbuf[pos]=3;
}
else if(dispbuf[pos]==0)
{
dispbuf[pos]=3;
}
else
{
dispbuf[pos]--;
}
}
}
else if(pos==2)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=5;
else dispbuf[pos]--;
}
else if(pos==3)
{
if(dispbuf[pos]==0)dispbuf[pos]=9;
else dispbuf[pos]--;
}
}
else if(keyval==0xef) //按键4 移位
{
clock_shanshuo=0;
pos++;
pos=pos&03;
}
else if(keyval==0xf7) //按键5 设置闹钟时间
{
clock_shanshuo=1;
clock_hh=dispbuf[0]*10+dispbuf[1]; //保存所设闹钟时间
clock_mm=dispbuf[2]*10+dispbuf[3];
dispbuf[0]=hh/10;
dispbuf[1]=hh%10;
dispbuf[2]=mm/10;
dispbuf[3]=mm%10;
}
break;
case 4: //秒表模式
if(keyval==0x7f) //按键1 调整模式 进入时钟显示模式
{
mode=0;
TR1=0; //关闭秒表
dispbuf[0]=mm/10;
dispbuf[1]=mm%10;
dispbuf[2]=ss/10;
dispbuf[3]=ss%10;
}
else if(keyval==0xef) //按键4 开始、暂停
{
old_ss=miaobiao_ss;
old_ms=miaobiao_ms;
TR1=~TR1;
}
else if(keyval==0xbf||keyval==0xdf) //按键2或按键3 清零
{
miaobiao_ss=0;
miaobiao_ms=0;
dispbuf[0]=miaobiao_ss/10;
dispbuf[1]=miaobiao_ss%10;
dispbuf[2]=miaobiao_ms/10;
dispbuf[3]=miaobiao_ms%10;
}
break;
default:
break;
}
}
/******************延时程序******************/
void delay(unsigned int t)
{
while(t--);
}
/******************中断程序，用于秒表******************/
void t1int(void) interrupt 3 using 3
{
TH1=(0-2000)/256;
TL1=(0-2000)%256;
cnt2++;
if(cnt2>=5)
{
cnt2=0;
miaobiao_ms++;
if(miaobiao_ms>=100)
{
miaobiao_ms=0;
miaobiao_ss++;
if(miaobiao_ss>=60)
{
miaobiao_ss=0;
}
}
dispbuf[0]=miaobiao_ss/10;
dispbuf[1]=miaobiao_ss%10;
dispbuf[2]=miaobiao_ms/10;
dispbuf[3]=miaobiao_ms%10;
}
}
五、 学习体会
通过本次单片机课程设计，不仅加深了我对单片机理论课程知识的认识，而且通过将理论与实践相结合，使我真正地全面理解单片机的功能。
在刚开始编程时，没有一点思路，通过ftp上所提供的例程，慢慢理清了思路、基本了解了程序大致需要那几部分，基本确定编程思想。
在课程设计的整个过程中也遇到了很多问题，但本着遇到问题解决问题的原则，通过查找资料和询问老师、同学的办法，基本解决了所遇到问题。整个课程设计过程学到了不少通过理论学习没法学到的东西，真正增强了自己的能力。
课程设计的三天时间，虽然辛苦但是收获巨大。
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