电子时钟实验报告.docx
《电子时钟实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子时钟实验报告.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
电子时钟实验报告
电子时钟实验报告
一，实验目的
1.学习8051定时器时间计时处理、按键扫描及LED数码管显示的设计方法。
2.设计任务及要求利用实验平台上4个LED数码管，设计带有闹铃功能的数字时钟
二，实验要求
A.基本要求：
1:
可以正常准确的显示时间.
2:
可以通过键盘输入来对时间进行调整.
3:
能够以两种时钟表示方式显示时间.
B.扩展部分：
三，实验基本原理
利用单片机定时器完成计时功能，定时器0计时中断程序每隔0.05s中断一次并当作一个计数，设定定时1秒的中断计数初值为20，每中断一次中断计数初值加1，当加到20时，则表示1s到了，秒变量加1，同理再判断是否1min钟到了，再判断是否1h到了。
为了将时间在LED数码管上显示，可采用静态显示法和动态显示法，由于静态显示法需要译码器，数据锁存器等较多硬件，可采用动态显示法实现LED显示，通过对每位数码管的依次扫描，使对应数码管亮，同时向该数码管送对应的字码，使其显示数字。
由于数码管扫描周期很短，由于人眼的视觉暂留效应，使数码管看起来总是亮的，从而实现了各种显示。
四，实验设计分析
针对要实现的功能，采用AT89S52单片机进行设计，AT89S52单片机是一款低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB在线可编程（ISP）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。
这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。
在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。
程序可分为闹钟的声音程序、时间显示程序、日期显示程序，秒表显示程序，时间调整程序、闹钟调整程序、定时调整程序，延时程序等。
运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。
首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。
这是前期准备工作。
第二部分是硬件部分：
依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要显示驱动电路和数码管电路等。
第三部分是软件部分：
先学习理解汇编语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。
第四部分是软件画图部分：
设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。
第五部分是软件仿真部分：
软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真，仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。
第六部分是硬件实现部分：
连接电路并导入程序检查电路，若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。
最后进行功能扩展，在已经正确的设计基础上，添加额外的功能！
五，实验要求实现
A.电路设计
1.整体设计
此次设计主要是应用单片机来设计电子时钟，硬件部分主要分以下电路模块：
显示电路用8个共阴数码管分别显示，小时、分钟和秒，通过动态扫描进行显示，从而避免了译码器的使用，同时节约了I/0端口，使电路更加简单。
单片机采用AT89S52系列，这种单片机应用简单，适合电子钟设计。
电路的总体设计框架如下：
2.分块设计
模块电路主要分为：
输入部分、输出部分、复位和晶振电路。
2.1输入部分
输入信号主要是各种模式选择和调整信号，由按键开关提供。
在本实验中主要用用P3口输入按键信号，还用到了特殊的P0口。
2.2输出部分
本电路的输出信号为8段数码管的位选和段选信号
本实验的数码管是共阴的，为了防止段选信号不能驱动数码管，故在P0口连接上拉电阻后，再送段选信号，以提高驱动，位选信号直接从P2口接入.
2.3晶振与复位电路
本实验单片机时钟用内部时钟，模块如下：
各模块拼接组合，电路总体设计图如下：
B.程序设计
B.1程序总体设计
本实验用汇编程序完成.
程序总的流程图如下：
结合电路图，程序设计的整体思路为：
接通电源，数码管显示星期数，时，分，秒。
并且走时显示LED灯每隔1秒改变一次明暗，此为正常工作模式。
以下为在该工作方式下模式选择的按键方式：
1.按1键——时间模式。
显示是12小时制还是24小时制。
2.按2建——调秒（再按1键增加秒数）
再按2键——调分（再按1键增加分数）
再按2键——调时（再按1键增加时数）
再按2键——调模式（再按1键在12小时，24小时模式间转换）
再按2键——返回时间显示。
B.2程序主要模块
B.2.1延时模块
数码管显示动态扫描时，用到延时程序，这里使用延迟的程序，此程序需要反复调用程序如下：
voiddelay（unsignedintt）{for（i=0;i<=t;i++）;}
除数码管动态扫描外，数码管的闪烁提示，以及音乐模块也用到了延时，只是延时的长短不同罢了，在此不再赘述。
B.2.2中断服务程序
本实验中，计数器T0,T1中断都有运用，其中T0中断为时钟定时所用。
T0的定时长度为0.05s,工作于方式1，计数1次，时长1us，故计数器计数50000次，进入中断，计数初值为65536-50000=15536，装满定时器需要0.05s的时间，从而20次中断为一秒，一秒之后，判断是否到60秒，若不到则秒加一，然后返回，若到，则秒赋值为0，分加一，依次类推。
包括日期显示的功能也是如此。
B.2.3主程序
voidmain（）
{
start_timer0（）;
initial（）;
set_h（23）;set_m（59）;set_s（55）;set_mod
（1）;
while
（1）
{
show（）;
set（）;
}
}
B.2.4显示子程序
8个数码管轮流进行显示，分别显示1ms，依赖人的视觉暂留效应，给人以数码管持续高亮的错觉。
该段程序如下：
voidshow_h（）//显示时
{
P2=D[8];
if（h<10）P0=V[16];
elseP0=V[h/10];
P2=D[7];delay（100）;
P2=D[8];
P0=V[h%10];P2=D[6];delay（100）;
}
voidshow_m（）//显示分
{
P2=D[8];P0=V[m/10];P2=D[4];delay（100）;
P2=D[8];P0=V[m%10];P2=D[3];delay（100）;
}
voidshow_s（）//显示秒
{
P2=D[8];P0=V[s/10];P2=D[1];delay（100）;
P2=D[8];P0=V[s%10];P2=D[0];delay（100）;
}
voidshow_model（）//显示模式
{
if（model==1）//12h
{
P2=D[8];P0=V[1];P2=D[7];delay（100）;
P2=D[8];P0=V[2];P2=D[6];delay（100）;
P2=D[8];P0=0x74;P2=D[5];delay（100）;
if（hh==1）//am
{
P2=D[8];P0=V[10];P2=D[3];delay（100）;
P2=D[8];P0=0x54;P2=D[2];delay（100）;
P2=D[8];P0=0x54;P2=D[1];delay（100）;
}
if（hh==2）//pm
{
P2=D[8];P0=0x73;P2=D[3];delay（100）;
P2=D[8];P0=0x54;P2=D[2];delay（100）;
P2=D[8];P0=0x54;P2=D[1];delay（100）;
}
}
if（model==2）//24h
{
P2=D[8];P0=V[2];P2=D[7];delay（100）;
P2=D[8];P0=V[4];P2=D[6];delay（100）;
P2=D[8];P0=0x74;P2=D[5];delay（100）;
}
}
B.2.5调整程序
时钟包括很多调整，如秒，分，时，模式，本程序，设计了相应的调整程序段，通过对应的按键，程序跳入调整模式或功能模式。
voidset（）
{
key（）;
n=0;
while（key1==1）
{
show_model（）;
if（n==500）
key1=0;
n++;
}
while（key2==1）//调秒
{
key（）;
if（key1==1）
{
s++,key1=0;
if（s>60）s=s-60;
}
if（tt<10）show_s（）;
if（tt>10）P2=0xff;
//if（key1!
=0,key2==2）key2=0;
}
while（key2==2）//调分
{
key（）;
if（key1==1）
{m++,key1=0;
if（m>60）m=m-60;
}
if（tt<10）show_m（）;
if（tt>10）P2=0xff;
//if（key1!
=0,key2==3）key2=0;
}
while（key2==3）//调时
{
key（）;
if（key1==1）
{
h++,key1=0;
if（h>（model*12））
{
h=h-model*12;
if（model==1）;hh++;
if（hh==3）hh=1;
}
}
if（tt<10）show_h（）;
if（tt>10）P2=0xff;
//if（key1!
=0,key2==4）key2=0;
}
while（key2==4）//调模式
{
key（）;if（key1==1）
{
if（model==1）model=2;
elsemodel=1;
key1=0;
if（model==1&&h>12）
{h=h-12;hh=2;}
if（model==1&&h==0）
{h=12;hh=2;}
if（model==2&&hh==2）
{h=h+12;}
}
if（tt<10）show_model（）;
if（tt>10）P2=0xff;
if（key2==5）key2=0;
}
}
C.程序调试
本程序通过Keil单片机开发平台实现程序的编译，链接，生成HEX文件。
程序再编译过程中可以发现错位，并及时改正，在设计时非常重要，使错误被扼杀在摇篮中。
c.1利用Keil软件实验过程截图：
1，汇编程序，并生成HEX文件
D，电子时钟电路板焊接实现
通过软，硬件设计和仿真，基本上实现了自己想要的功能，就可以真刀真枪的干一场了。
软件通过调试基本上是没问题的，但是硬件仿真过于泛泛，对电路的细节要求不是那么高，有些问题是不能发现的，最后的实现效果还是要用实物来验证的。
元器件的购买是个苦活，虽然中发市场那么大，但那些元件才是我要的那个它呢？
我们购买的量少，对于那些元器件厂家来说，根本不屑做我们的生意，根本不用说砍价了。
经过一番“跋涉”，终于搜刮齐了元器件。
根据以往经验，焊接电路的布线非常重要，首先要在电路板上将线的大致走向规划好，如何美观，精简是要领。
一下是本次试验的硬件电路实现
正面：
反面：
五.实验总结及感想
一分耕耘，一分收获。
只有亲自用实践来验证这句话，在能得其要领。
经过这次单片机课程设计，我从一个单片机实践的门外汉，已经越升为略知一二的新手。
虽然还有很多有关单片机的应用有待学习，但万变不离其宗，只要深入了解单片的原理，全部知识点，各个细节，一切设计皆有可能。
在实验的开始几天，基本上没有收获，不知何从下手，不知所措。
为了看得更远，不妨站在前人的肩膀上，我在整体思路模糊的情况下，在网上大量招资粮，各种与电子时钟相关的文章，我阅读了不少。
随着涉猎的点滴积累，我对电子时钟的设计方案已经慢慢酝酿而成。
有了方向和不少知识储备后，在接下来的几天，几乎每天都有突破，虽然有时只是一句程序的修改或诞生，但那种收获的感觉很暖人心。
实验中遇到了不少问题，接下来总结一下，共同探讨。
1，按键问题。
我的设计中，很多功能选择是通过按键开关实现的。
在仿真中发现，调整数值时，有时按键反应太快，按一次，跳了几下，使设置时间，日期很不方便。
但是仿真多了之后，找到了按键（实际上是按鼠标）的节奏，对按键的掌控力提高了不少，不怎么会出现跳变的情况了。
有些开关我采用了长按键的方式来防抖，效果不错，但是每次都要长按键，调整效率太低，我没有普及。
本来想把所有的按键都加延时防抖电路，但仿真中感觉对键盘的控制力没提高多少，有时还是会出问题，这个方案放弃了。
索性将板子焊接出来了在调试软件吧，仿真毕竟不是那么“真”啊！
实际电路调试中，按键反应没有出现过于灵敏的问题，基本可控制。
出现以上问题，我认为是电路板上焊接点太多，接触不是很好，影响了信号的传输时间，从而解决了按键问题！
也有可能是按键质量问题，接触不良。
2，P0口开关问题。
P0口比较特殊，它存在高阻态，要使其输入不是高电平就是低电平，就要接上拉电阻，给其高电平输入。
3，音乐闹铃问题。
在闹铃时间到，闹铃提醒时，我的数码管为熄灭状态，因为开始我的响铃程序内，没有数码管扫描显示程序。
但加入数码管显示子程序后，我的闹铃音乐被影响了，一开始不知所措，有点怀疑是显示程序时间过长，影响音乐的定时（节拍），我就在响铃程序中加延时模块，延时长度逐渐提高，最后出现了类似的问题，看来时显示程序占用时间太长，使音乐每个音符的节拍出现了紊乱，音乐功能被遏制了！
鱼和熊掌不能兼得，我只能牺牲显示来获得音乐闹铃，但为了弥补显示，我设计了闪烁提醒方案，就是在手动或音乐自然停止后，进入当前时间闪烁提示，8秒后若不按返回键，则自动跳入主程序。
在仿真中，老师提供的响铃电路不能实现功能，但是在我的电路板中效果很好，令人费解！
4，中断冲突问题，为了实现秒表，我在T0中断嵌套了秒表相关进位程序，由于秒表要求精度0.01秒，故我的T0中断定时为就刚好0.01秒，中断100次，刚好1秒。
秒表确实实现了，但是我的闹铃音质变差了。
一开始以为是闹铃程序存太多冗余环节，影响了T1的音乐输出中断，但是检查程序后，发现没什么多余的，裁剪无从下手。
在仿真中，我让音乐模块运行，发现音质很好。
添加T0中断服务程序，但是将中断进入的间隔变大，即0.05秒进入一次中断，发现音质有所下降，有滋滋声，但比原来的好。
最后认定应该是T0中断过于频繁，T1音乐频率发生中断被打破，当单位时间内被打破的次数达到一定程度时，音符和节拍的对应发生紊乱，最终音质变差。
虽然如此，我的焊接的电路板的表现却很争气，闹铃音质可以接受！
虽然这次实际表现不错，但问题还是有的，还是要解决的，我的方案是把秒表程序放在T1中断服务程序，虽然音乐的发生要用到T1中断，但是秒表的显示和闹铃音乐的演奏上不会重合在一起，闹铃判断是在主程序，而秒表实现是在秒表子程序，故原本相互矛盾的两个功能，在T1中断服务程序中找到了共同的归宿，和谐相处。
5，显示数字分隔问题。
本实验中用8个共阴极数码管显示日历及其时间，但是8个数码管连在一起，显示过程中不能有效地区分时，分，秒和年，月，日，数码管是两两组合起来，形成某位的十位和个位，故用小数点在适当位置一直保持高亮状态，形成分隔符，实现方便的读取数据。
具体方法是，将需要小数点位高亮的数码管找出来，在动态显示扫描到该数码管时，先将提取的字段码的最高位变为1,利用语句ORLA,#10000000B实现，修正字码后，再将字码送入P1口显示数字，如此问题得以解决。
6，添加倒计时器嘀嘀声提示功能。
这个功能我用到了T1中断，作为音调频率发生器，但是T1已经承担了音乐闹铃的音调发生功能，在此通过设立标志位实现中断服务程序的转变。
即使我将秒表的实现服务程序放入T1中断实现，也没问题，只要选择标志位判断就可以了。
在此，我们用调整状态指示灯的状态来做标志位，具体的说是P0.1口做标志位。
还有一个问题就是如何使铃声有间隔的响，这就牵涉到定时，在此我们用硬件定时，即T1中断的次数作为定时参数。
我的设计是音调响0.25秒，然后用T1延时0.5秒，由于计数器工作于方式1时，12MHZ时钟频率下时，一次中断最多定时65536*1us=0.065536秒，为了实现0.5秒的响声间隔，将T1中断1次定时为0.05秒，中断10次后，重新装音调发生计数初值。
对于响铃时间的设定原理类似，可以有发声频率求出一次发声定时中断的时间，N次发声定时中断后，使时间变化0.25秒，而后转入发声间隔定时程序。
但是随之又产生了问题，进入T1中断后到底重装谁的计数初值，是发声中断定时呢，还是响声间隔定时呢？
在此我们用到了标志位F0,通过对其设置，实现计数初值的准确装入！
设计中，倒计时到最后10秒时，开始发出1KHZ的嘀嘀音，当倒计时到0时，开始发出3KHZ的嘀嘀音，并数码管闪烁显示四个0，表示倒计时到0分0秒。
其实，我们可以设定倒计时最后10秒时，没减1秒，提示音响一声，定时到0时，使响音间隔缩短，发出急促的声音，起到比较合适的提示作用。
但仿真中总是不能得到我要的效果，提示CPU占用过大的警告，系统已经不工作于实时环境了。
仿真怎么也不能发出间隔1秒，或更长的嘀嘀音，本想用自己焊好的电子时钟实际试验此功能，但是电路板已经上交给老师了，为了验证我的设计理念，看来只有在开发板中，实物验证了。
在整个电子时钟系统中仿真时，响铃音质不是很好，有杂音，我认为这是由于更高级的T0中断打破了T1中断，这在音乐闹铃中也出现过。
比如发出1KHZ的音调，通过计算公式1/（1000*2）=0.0005得出T1发音中断间隔为0.0005秒，而T0计时中断的进入间隔为0.01秒（100次T0中断为1秒），可见在发音时，最多连续正常进入20个发音中断（0.01/0.0005=20）,若T0中断的服务时间长于T1发音定时时间长度，则即使通过修正重装计数初值，得到的计数初值已经溢出，计数初值变更为0，则下一个T1中断进入的时间为0.065536秒，而我们要求的T1中断间隔时间为0.0005秒，显然生成的方波的占空比出现紊乱，音质出现问题。
我查看了我的T0中断服务指令有近200行，由于MCS-51单片机的指令周期一般为1-2个机器周期，在本系统中，用12M的时钟，每个机器周期为（1/12000000）*12=1us，则T0中断服务占用时间至多为400us,可见中断服务程序执行用时没有超过0.0005秒，可见通过修正重装计数初值后，下次进入中断时，方波电平的反转不会出现问题。
但是如果同一时刻两计数器都达到溢出时，优先执行T0中断，此时本应电平反转的方波仍保持此刻电平状态，直到T0中断服务程序结束才反转电平，可知方波的占空比发生突变，影响音质。
在整个系统的仿真中，嘀嘀声提示音只是偶尔比较靠谱的出现一次，但嘀嘀声的间隔及音调发生的频率不正常，通常结果是发出沉闷的噗噗声，发声频率勉强分辨，发声间隔不能仿真实现，似乎是一定的。
如果我只将嘀嘀声提示子程序作为主程序单独运行，则能清晰地分辨高，低音频，以及实现响音的间隔，但是若提高响音的间隔，运行的结果没有什么变化，响音间隔没多大变化。
对于嘀嘀声提示子程序的仿真文件，我将和电子时钟整个系统的仿真文件一并提交。
我认为有些细节是仿真软件不能模拟的，必须要通过开发板的实际操作得以验证，PC机的资源有限，运行速度和性能的差异也有可能产生仿真的不同结果。
升级会员 