標題:
電子時鐘實驗報告
[打印本頁]
作者:
鄭港華
時間:
2017-12-26 13:16
標題:
電子時鐘實驗報告
一， 實驗目的
1. 學習8051定時器時間計時處理、按鍵掃描及LED數(shù)碼管顯示的設計方法。
2. 設計任務及要求 利用實驗平臺上4個LED數(shù)碼管， 設計帶有鬧鈴功能的數(shù)字時鐘
二，實驗要求
A.基本要求：
1. 在4位數(shù)碼管上顯示當前時間。顯示格式“時時分分”
2. 由LED閃動做秒顯示。
3. 利用按鍵可對時間及鬧玲進行設置，并可顯示鬧玲時間。當鬧玲時間到蜂鳴器發(fā)出聲響，按停止鍵使可使鬧玲聲停止。
4.實現(xiàn)秒表功能（百分之一秒顯示）
B.擴展部分：
1.日歷功能（能對年，月，日，星期進行顯示，分辨平年，閏年以及各月天數(shù)，并調(diào)整）
2.音樂鬧鈴（鈴音可選擇，鬧鈴被停止后，閃爍顯示當前時刻8秒后，或按鍵跳入正常時間顯示狀態(tài)）
3.定時功能（設定一段時間長度，定時到后，閃爍提示）
4.倒計時功能（設定一段時間長度，能實現(xiàn)倒計時顯示，時間長減到0時，閃爍提示）
5.鬧鈴重響功能（鬧鈴被停止后，以停止時刻開始，一段時間后鬧鈴重響，且重響時間的間隔可調(diào)）
三，實驗基本原理
利用單片機定時器完成計時功能，定時器0計時中斷程序每隔0.01s中斷一次并當作一個計數(shù)，設定定時1秒的中斷計數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計數(shù)初值減1，當減到0時，則表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。
為了將時間在LED數(shù)碼管上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要譯碼器，數(shù)據(jù)鎖存器等較多硬件，可采用動態(tài)顯示法實現(xiàn)LED顯示，通過對每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應的字碼，使其顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。
四，實驗設計分析
針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機進行設計，AT89S51 單片機是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KB在線可編程（ISP）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS- 51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預期的功能。
在程序方面，采用分塊設計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。運用這種方法，關鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。
首先，在編程之前必須了解硬件結構尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設計。這是前期準備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設計設計，比如輸入需要開關電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學習理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設計。第四部分是軟件畫圖部分：設計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導入程序檢查電路，若與設計的完全一樣一般能實現(xiàn)想要的功能。最后進行功能擴展，在已經(jīng)正確的設計基礎上，添加額外的功能！
五，實驗要求實現(xiàn)
A.電路設計
1. 整體設計
此次設計主要是應用單片機來設計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用8個共陰數(shù)碼管分別顯示，星期（年份），小時、分鐘（月份）和秒（日），通過動態(tài)掃描進行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機采用AT89S51系列，這種單片機應用簡單，適合電子鐘設計。
電路的總體設計框架如下：
2. 分塊設計
模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復位和晶振電路。
2.1 輸入部分
輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按鍵開關提供。
以下為輸入部分樣例：
在本實驗中主要用用P3口輸入按鍵信號，還用到了特殊的P0口。對于P0口，由于其存在高阻狀態(tài)，為了實現(xiàn)開關功能，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示：
2.2 輸出部分
本電路的輸出信號為7段數(shù)碼管的位選和段選信號，鬧鈴脈沖信號，提示燈信號。
本實驗的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號不能驅(qū)動數(shù)碼管，故在P1口連接上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅(qū)動，位選信號直接從P2口接入，如下圖：
鬧鈴由P2.6端輸出，模塊如下：
2.3 晶振與復位電路
本實驗單片機時鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如下：
復位電路為手動復位構成，模塊如下：
各模塊拼接組合，電路總體設計圖如下：
B.程序設計
B.1 程序總體設計
本實驗用匯編程序完成.
程序總的流程圖如下：
NO
YES
結合電路圖，程序設計的整體思路為：
接通電源，數(shù)碼管顯示星期數(shù)，時，分，秒。并且走時顯示LED燈每隔1秒改變一次明暗，此為正常工作模式。以下為在該工作方式下模式選擇的按鍵方式：
1. 按1鍵——日期模式。顯示年月日且可調(diào)整，調(diào)整狀態(tài)指示燈亮。
日期調(diào)整對應鍵如下：
6鍵——年（千位，百位），按一次該位加1
5鍵——年（十位，個位），按一次該位加1
4鍵——月，按一次該位加1
3鍵——日，按一次該位加1
0鍵——調(diào)整狀態(tài)指示燈滅，返回主程序，顯示時間
2. 按2鍵——調(diào)時模式。顯示時分秒且可調(diào)整，調(diào)整狀態(tài)指示燈亮。
時間調(diào)整對應鍵如下：
6鍵——時，按一次該位加1
5鍵——分，按一次該位加1
4鍵——秒，按一次該位清0
0鍵——調(diào)整狀態(tài)指示燈滅，返回主程序，顯示時間
3. 按3鍵——鬧鈴調(diào)整模式。顯示鬧鈴時刻且可調(diào)整，調(diào)整狀態(tài)指示燈亮。
鬧鈴調(diào)整對應鍵如下：
5鍵——時，按一次該位加1
4鍵——分，按一次該位加1
0鍵——調(diào)整狀態(tài)指示燈滅，返回主程序，顯示時間
4. 長按4鍵——定時調(diào)整（倒計時）模式。顯示定時長度且可調(diào)整，調(diào)整狀態(tài)顯示燈亮。
定時調(diào)整對應鍵如下：
6鍵——分，按一次該位加1
5鍵——秒，按一次該位加1
4鍵——開啟定時功能，并顯示倒計時
0鍵——調(diào)整狀態(tài)指示燈滅，返回主程序，顯示時間
5. 按5鍵鈴聲測試，揚聲器播放音樂。
6. 按下7鍵，進入秒表模式，顯示秒表走時。
撥上7鍵，秒表暫停；按下7鍵，秒表又繼續(xù)走時。
按下8鍵，秒表清零。
0鍵——調(diào)整狀態(tài)指示燈滅，返回主程序，顯示時間
7. 按下8鍵，數(shù)碼管熄滅，時鐘仍在走時，進入節(jié)能模式。
撥上8鍵，數(shù)碼管亮，恢復普通工作模式。
8. 9鍵為鬧鈴啟動（停止）鍵，按下可以選擇是否要鬧鈴，以及在鬧鈴響起時，按此鍵可以停止鬧鈴。
9. 10鍵為鈴聲選擇開關，按下與否，可以選擇兩手音樂。
10. 11鍵為鬧鈴重響控制開關，重響功能開啟時，從鬧鈴隨音樂結束而結束的時刻開始，或從手動按9鍵停止鬧鈴的時刻開始定時，一段時間后鬧鈴重響。
11. 12鍵為鬧鈴重響間隔選擇開關，可選兩個定時長度，以便在鬧鈴重響功能開啟時，鬧鈴初次響后，過一段時間鬧鈴繼續(xù)響。
B.2 程序主要模塊
B.2.1 延時模塊
數(shù)碼管顯示動態(tài)掃描時，用到延時程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需要反復調(diào)用程序如下：
D_1MS:
MOV R7,#2
D_5:
MOV R2,#250
DJNZ R2,$
DJNZ R7,D_5
RET
除數(shù)碼管動態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂模塊也用到了延時，只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。
B.2.2中斷服務程序
本實驗中，計數(shù)器T0,T1中斷都有運用，其中T0中斷為時鐘定時所用，T1中斷用于音樂播放。T0的定時長度為0.01s,工作于方式1，計數(shù)1次，時長1us，故計數(shù)器計數(shù)10000次，進入中斷，計數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時器需要0.01s的時間，從而100次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，若不到則秒加一，然后返回，若到，則秒賦值為0，分加一，依次類推。包括日期顯示的功能也是如此。另外，由于要實現(xiàn)倒計時功能，因此在中斷程序中還要加入減一的寄存器，需要時將其進行顯示�；谝陨峡紤]，以R3為倒計時中的秒，R4為倒計時的分，當秒加1時R3減一，減到0之后，秒賦值為59，分減一，直到分為0。
以下為定時中斷流程圖：
NO
YES
YES
NO
計數(shù)器T1工作于方式1， 當調(diào)用響鈴程序時，其計數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)不同頻率的方波的形成，提供延時。其中斷服務程序就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的高低，用語句 CPL實現(xiàn)。
中斷服務程序中日歷的實現(xiàn)較為復雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法是：將年份除以100，若能整除，則將年份除以400，若還能整除，則為閏年，若不能，則為平年；若不能被100整除，則判斷是否能被4整除，若能，則為閏年，若不能則為平年。只有2月與平、閏年相關，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，若是則在相應的年中進行日期的增加，若不是則轉(zhuǎn)入平時的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。
日歷進位判斷流程圖如下：
本實驗用8個數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時間的掃描顯示類似。年比較特殊，由兩個寄存器存儲，個位，十位為0時，表明年數(shù)能被100整除，若此時千位，百位
組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)被400整除，為閏年。若十位，個位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)能被4整除，為閏年。
B.2.3主程序
主程序主要對按鍵進行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，若到則調(diào)用相關程序，該段程序如下：
MAIN:
JNB P3.0,DATETZ ;按下0鍵，顯示日期并可對日期進行調(diào)整
JNB P3.1,ZSTZ1 ;按下1鍵，顯示時間，并可調(diào)時
JNB P3.2,NLTZZ ;按下2鍵，進行鬧鈴設置
JNB P3.3,DSTZ ;按下3鍵，進行定時設置
JNB P3.4,CESHI ;鬧鈴測試
JNB P3.6,STOPWATCHTZ ;按下6鍵，進入秒表方式
ACALL DISP ;調(diào)用時鐘顯示子程序
JNB P0.6,RERING ;判斷是否開啟鬧鈴重響功能
RE: JNB P2.7,DSPDKQ ;判斷是否開啟鬧鈴功能，沒開則去判斷定時
FMQPD: ;判斷定時值R4,R3是否到零、鬧鈴時刻是否已到
MOV A,HOUR;
SUBB A,38H;
JZ FEN ;判斷小時數(shù)是否到鬧鈴所定時間，若到，則對分進行判斷；若不到，則對定時進行判斷
AJMP DSPDKQ
FEN:
MOV A,MINUTE;
SUBB A,37H;
JZ MIAO ;判斷分是否到鬧鈴所定時間，若到，則對秒進行判斷；若不到，則對定時進行判斷
AJMP DSPDKQ
MIAO:
MOV A,SECOND
SUBB A,#0
JZ SHENGYIN1 ;判斷秒是否到鬧鈴所定時間，若到，則時，分，秒都到達鬧鈴時刻，進入響鈴子程序；若不到則判斷定時
AJMP DSPDKQ
RERING: ;鬧鈴重響判斷程序
JNB F0, RE ;標志位F0為0，不進行鬧鈴重響設定
CPL F0
MOV 3CH,#1 ;定時判斷標志位賦1， 定時判斷功能開啟
JNB P0.7,M1 ;鬧鈴重響間隔時間選取
MOV R4,#0 ;鬧鈴重響間隔30秒
MOV R3,#30
AJMP MAIN
M1: ;鬧鈴重響間隔60秒
MOV R4,#1
MOV R3,#0
AJMP MAIN
DSPDKQ: ;判斷是否應該進行定時判斷
MOV A,3CH ;3CH是引入的判斷因子，當其為0時，不對定時時間是否到0進行判斷
JNZ DSPD2 ;當3CH不是0時，跳轉(zhuǎn)到定時判斷程序
AJMP MAIN
DSPD2:
MOV A,R4;
JZ S_PD ;R4所存定時分數(shù)為0,則轉(zhuǎn)而判斷R3所存定時秒數(shù)
AJMP MAIN;
S_PD:
MOV A,R3;
JNZ MAIN ;R4,R3所存參數(shù)減為0， 定時長度已到
JNB P0.6,SHENGYIN2 ;鬧鈴重響功能開啟時，跳入響鈴程序
AJMP TISHI ;不是鬧鈴重響定時，則定時時間到時，跳入提示程序
AJMP MAIN
CESHI:
ACALL RING
AJMP MAIN
SHENGYIN1: ;調(diào)用響鈴子程序
LCALL RING
AJMP MAIN
SHENGYIN2:
SETB F0 ;鬧鈴重響標志位設定
LCALL RING ;響鈴
CLR F0 ;標志位復位
AJMP MAIN
NLTZZ:
AJMP NLTZ1 ;跳入鬧鈴調(diào)整程序
DSTZ:
AJMP DSTZ1 ;跳入定時調(diào)整程序
DATETZ:
AJMP DATETZ1 ;跳入日期調(diào)整程序
STOPWATCHTZ:
AJMP STOPWATCHTZ1 ;跳入秒表程序
B.2.4 顯示子程序
8個數(shù)碼管輪流進行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺 暫留效應，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯覺。該段程序如下：
DISP: ;時間顯示子程序
JNB P3.7,OUT1 ;判斷節(jié)能開關7是否按下，按下則數(shù)碼管不顯示，延長其壽命
MOV DPTR,#LEDTAB
MOV A,SECOND ;顯示當前時間秒位
MOV B,#10
DIV AB ;A存十位，B存?zhèn)�位
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
CLR SEC_S
ACALL D_1MS ;顯示當前時間秒十位
SETB SEC_S
MOV A,B
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
CLR SEC_G
ACALL D_1MS ;顯示當前時間秒個位
SETB SEC_G
MOV A,MINUTE ;顯示當前時間分位
MOV B,#10
DIV AB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
CLR MIN_S
ACALL D_1MS
SETB MIN_S
MOV A,B
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
CLR MIN_G
ACALL D_1MS
SETB MIN_G
MOV A,HOUR ;顯示當前時間時位
MOV B,#10
DIV AB
MOV DPTR,#LEDTAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
CLR HOU_S
ACALL D_1MS
SETB HOU_S
MOV A,B
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
CLR HOU_G
ACALL D_1MS
SETB HOU_G
MOV A,WEEK ;顯示當前星期數(shù)
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
CLR Y_S
ACALL D_1MS
SETB Y_S
OUT1:
RET
日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時的顯示，閃爍的顯示程序與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句ACALL調(diào)用；有點直接嵌套在相應的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。
B.2.5 調(diào)整程序
時鐘包括很多調(diào)整，如時間，日期，鬧鈴，秒表等，本程序，設計了相應的調(diào)整程序段，通過對應的按鍵，程序跳入調(diào)整模式或功能模式。在此著重分析一下鬧鈴重響以及定時功能的實現(xiàn)過程，這兩個功能都靈活運用了標志位。
1，定時功能運用了一個內(nèi)存地址3CH為標志位，只有3CH中所存值非0時，在主程序中才判斷定時是否已到。3CH值初始化為0，程序開始運行時并不判斷定時是否已到。當通過按鍵進入定時初值設置，并開始倒計時，3CH的值被賦為1，
當?shù)褂嫊r顯示到0時，進入閃爍提示，提示結束后3CH又被賦值為0，程序回到主程序后，不必判斷定時是否已到。
但當?shù)褂嫊r未完，按返回鍵回到主程序時，3CH的值為1，故在主程序判斷未完成的定時任務，倒計時到0時調(diào)用同一個提示程序，最后仍可保證在主程序不再定時開啟時去判斷定時，從而節(jié)約資源。
2，重鬧鈴的精髓也是標志位的設計，以F0為標志位，其初值為0，正常響鈴時判斷重響功能鍵，若重響功能關閉，則跳過重響設定程序；若重響功能開啟，則判斷標志位F0，為了更好的說明，將相關程序截取如下：
//鬧鈴重響功能是否判斷//
JNB P0.6,RERING
//重響定時，//
RERING: ;鬧鈴重響判斷程序
JNB F0, RE ;標志位F0為0，不進行鬧鈴重響設定
CPL F0
MOV 3CH,#1 ;定時判斷標志位賦1， 定時判斷功能開啟
JNB P0.7,M1 ;鬧鈴重響間隔時間選取
MOV R4,#0 ;鬧鈴重響間隔30秒
MOV R3,#30
AJMP MAIN
M1: ;鬧鈴重響間隔60秒
MOV R4,#1
MOV R3,#0
AJMP MAIN
JB P2.7,GO ;判斷暫停鍵是否按下，未按下則響鈴
JNB P0.6,GO1 ; 音樂暫停鍵，再判斷鬧鈴重響功能是否開啟
AJMP END0
GO1: ;鬧鈴重響功能開啟處理程序
JB F0,GO ;重響標志位判斷，若F0為1，表明此次響鈴調(diào)用為重鬧鈴導致,進入重鬧鈴環(huán)節(jié)；若F0為0則表示此次鬧鈴調(diào)用為正常鬧鈴導致，因為重鬧鈴功能開啟，故將F0置1，以便重鬧鈴的實現(xiàn)！
CPL F0
AJMP END0
通過以上程序可知，鬧鈴初次響時，標志位F0總是0，若重響功能開啟，則在初次鬧鈴自然結束或人為按鍵結束后通過CPL F0 語句，使F0置1，為重響時間間隔的設置提供條件。當F0值為1時，才能在鬧鈴功能關閉的情況下重鬧鈴，重鬧鈴不像正常鬧鈴那樣，即使沒有人為關閉，音樂唱完后，自動回到主程序，而是一直再響，若要關閉重鬧鈴，則撥動重鬧鈴開啟開關即可。重鬧鈴結束后回到調(diào)用鬧鈴的位置，用CLR F0 使標志位復位，至此一個重鬧鈴循環(huán)結束。又回到初次鬧鈴前的狀態(tài)。若要重響開啟重鬧鈴，則需再次開啟重鬧鈴功能。
*******************************************************************************
JNB P0.6,SHENGYIN2 ;鬧鈴重響功能開啟時，跳入響鈴程序
AJMP TISHI ;不是鬧鈴重響定時，則定時時間到時，跳入提示程序
AJMP MAIN
SHENGYIN2:
SETB F0 ;鬧鈴重響標志位設定
LCALL RING ;響鈴
CLR F0 ;標志位復位
AJMP MAIN
以上程序段可以區(qū)別正常定時和重鬧鈴定時，通過若重鬧鈴功能選擇鍵按下，則定時，時間到通過一直響鈴來提示；若重鬧鈴功能關閉則定時到用閃爍來提示。我們不難發(fā)現(xiàn)重鬧鈴開關也可作為定時在主程序中判斷時，不同提示方式的選擇開關，我們不會影響重鬧鈴標志位，因為在鬧鈴子程序調(diào)用語句后有F0標志位的清零語句：CLR F0
*****************************************************************
C. 程序調(diào)試及仿真
本程序通過Keil單片機開發(fā)平臺實現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件。程序再編譯過程中可以發(fā)現(xiàn)錯位，并及時改正，在設計時非常重要，使錯誤被扼殺在搖籃中。
通過Keil和硬件仿真平臺Proteus的聯(lián)合，可以將設計效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變設計，優(yōu)化程序。
c.1 利用Keil軟件實驗過程截圖：
1，建一個工程，并設定與Proteus仿真相關的參數(shù)
2，匯編程序，并生成HEX文件
c.2利用Proteus仿真實驗過程截圖：
1.普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一 9點10分38秒
2.日期調(diào)節(jié)，顯示模式仿真圖，表示：2010年7月10日
3.鬧鈴調(diào)節(jié)顯示仿真圖，表示鬧鈴時刻為8點整
4.定時，倒計時顯示仿真圖，表示此時定時初值已經(jīng)減到54秒，及還有54秒定時到。定時最大值為59分59秒。
5.秒表顯示仿真圖，表示秒表已經(jīng)從0記到8.28秒。秒表可計時到小時，其中小時位數(shù)字可到99，即最大計時為100小時
D，電子時鐘電路板焊接實現(xiàn)
通過軟，硬件設計和仿真，基本上實現(xiàn)了自己想要的功能，就可以真刀真槍的干一場了。
軟件通過調(diào)試基本上是沒問題的，但是硬件仿真過于泛泛，對電路的細節(jié)要求不是那么高，有些問題是不能發(fā)現(xiàn)的，最后的實現(xiàn)效果還是要用實物來驗證的。
元器件的購買是個苦活，雖然中發(fā)市場那么大，但那些元件才是我要的那個它呢？我們購買的量少，對于那些元器件廠家來說，根本不屑做我們的生意，根本不用說砍價了。經(jīng)過一番“跋涉”，終于搜刮齊了元器件。
根據(jù)以往經(jīng)驗，焊接電路的布線非常重要，首先要在電路板上將線的大致走向規(guī)劃好，如何美觀，精簡是要領。一下是本次試驗的硬件電路實現(xiàn)
正面：
反面：
五.實驗總結及感想
一分耕耘，一分收獲。只有親自用實踐來驗證這句話，在能得其要領。經(jīng)過這次單片機課程設計，我從一個單片機實踐的門外漢，已經(jīng)越升為略知一二的新手。雖然還有很多有關單片機的應用有待學習，但萬變不離其宗，只要深入了解單片的原理，全部知識點，各個細節(jié)，一切設計皆有可能。
在實驗的開始幾天，基本上沒有收獲，不知何從下手，不知所措。為了看得更遠，不妨站在前人的肩膀上，我在整體思路模糊的情況下，在網(wǎng)上大量招資糧，各種與電子時鐘相關的文章，我閱讀了不少。隨著涉獵的點滴積累，我對電子時鐘的設計方案已經(jīng)慢慢醞釀而成。有了方向和不少知識儲備后，在接下來的幾天，幾乎每天都有突破，雖然有時只是一句程序的修改或誕生，但那種收獲的感覺很暖人心。
實驗中遇到了不少問題，接下來總結一下，共同探討。
1，按鍵問題。我的設計中，很多功能選擇是通過按鍵開關實現(xiàn)的。在仿真中發(fā)現(xiàn)，調(diào)整數(shù)值時，有時按鍵反應太快，按一次，跳了幾下，使設置時間，日期很不方便。但是仿真多了之后，找到了按鍵（實際上是按鼠標）的節(jié)奏，對按鍵的掌控力提高了不少，不怎么會出現(xiàn)跳變的情況了。有些開關我采用了長按鍵的方式來防抖，效果不錯，但是每次都要長按鍵，調(diào)整效率太低，我沒有普及。本來想把所有的按鍵都加延時防抖電路，但仿真中感覺對鍵盤的控制力沒提高多少，有時還是會出問題，這個方案放棄了。索性將板子焊接出來了在調(diào)試軟件吧，仿真畢竟不是那么“真”啊！實際電路調(diào)試中，按鍵反應沒有出現(xiàn)過于靈敏的問題，基本可控制。
出現(xiàn)以上問題，我認為是電路板上焊接點太多，接觸不是很好，影響了信號的傳輸時間，從而解決了按鍵問題！也有可能是按鍵質(zhì)量問題，接觸不良。
2， P0口開關問題。P0口比較特殊，它存在高阻態(tài)，要使其輸入不是高電平就是低電平，就要接上拉電阻，給其高電平輸入。
3， 音樂鬧鈴問題。在鬧鈴時間到，鬧鈴提醒時，我的數(shù)碼管為熄滅狀態(tài)，因為開始我的響鈴程序內(nèi)，沒有數(shù)碼管掃描顯示程序。但加入數(shù)碼管顯示子程序后，我的鬧鈴音樂被影響了，一開始不知所措，有點懷疑是顯示程序時間過長，影響音樂的定時（節(jié)拍），我就在響鈴程序中加延時模塊，延時長度逐漸提高，最后出現(xiàn)了類似的問題，看來時顯示程序占用時間太長，使音樂每個音符的節(jié)拍出現(xiàn)了紊亂，音樂功能被遏制了！魚和熊掌不能兼得，我只能犧牲顯示來獲得音樂鬧鈴，但為了彌補顯示，我設計了閃爍提醒方案，就是在手動或音樂自然停止后，進入當前時間閃爍提示，8秒后若不按返回鍵，則自動跳入主程序。
在仿真中，老師提供的響鈴電路不能實現(xiàn)功能，但是在我的電路板中效果很好，令人費解！
4，中斷沖突問題，為了實現(xiàn)秒表，我在T0中斷嵌套了秒表相關進位程序，由于秒表要求精度0.01秒，故我的T0中斷定時為就剛好0.01秒，中斷100次，剛好1秒。秒表確實實現(xiàn)了，但是我的鬧鈴音質(zhì)變差了。一開始以為是鬧鈴程序存太多冗余環(huán)節(jié)，影響了T1的音樂輸出中斷，但是檢查程序后，發(fā)現(xiàn)沒什么多余的，裁剪無從下手。
在仿真中，我讓音樂模塊運行，發(fā)現(xiàn)音質(zhì)很好。添加T0中斷服務程序，但是將中斷進入的間隔變大，即0.05秒進入一次中斷，發(fā)現(xiàn)音質(zhì)有所下降，有滋滋聲，但比原來的好。最后認定應該是T0中斷過于頻繁，T1音樂頻率發(fā)生中斷被打破，當單位時間內(nèi)被打破的次數(shù)達到一定程度時，音符和節(jié)拍的對應發(fā)生紊亂，最終音質(zhì)變差。
雖然如此，我的焊接的電路板的表現(xiàn)卻很爭氣，鬧鈴音質(zhì)可以接受！雖然這次實際表現(xiàn)不錯，但問題還是有的，還是要解決的，我的方案是把秒表程序放在T1中斷服務程序，雖然音樂的發(fā)生要用到T1中斷，但是秒表的顯示和鬧鈴音樂的演奏上不會重合在一起，鬧鈴判斷是在主程序，而秒表實現(xiàn)是在秒表子程序，故原本相互矛盾的兩個功能，在T1中斷服務程序中找到了共同的歸宿，和諧相處。
5，顯示數(shù)字分隔問題。本實驗中用8個共陰極數(shù)碼管顯示日歷及其時間，但是8個數(shù)碼管連在一起，顯示過程中不能有效地區(qū)分時，分，秒和年，月，日，數(shù)碼管是兩兩組合起來，形成某位的十位和個位，故用小數(shù)點在適當位置一直保持高亮狀態(tài)，形成分隔符，實現(xiàn)方便的讀取數(shù)據(jù)。具體方法是，將需要小數(shù)點位高亮的數(shù)碼管找出來，在動態(tài)顯示掃描到該數(shù)碼管時，先將提取的字段碼的最高位變?yōu)?,利用語句 ORL A,#10000000B 實現(xiàn)，修正字碼后，再將字碼送入P1口顯示數(shù)字，如此問題得以解決。
6，添加倒計時器嘀嘀聲提示功能。這個功能我用到了T1中斷，作為音調(diào)頻率發(fā)生器，但是T1已經(jīng)承擔了音樂鬧鈴的音調(diào)發(fā)生功能，在此通過設立標志位實現(xiàn)中斷服務程序的轉(zhuǎn)變。即使我將秒表的實現(xiàn)服務程序放入T1中斷實現(xiàn)，也沒問題，只要選擇標志位判斷就可以了。在此，我們用調(diào)整狀態(tài)指示燈的狀態(tài)來做標志位，具體的說是P0.1口做標志位。
還有一個問題就是如何使鈴聲有間隔的響，這就牽涉到定時，在此我們用硬件定時，即T1中斷的次數(shù)作為定時參數(shù)。我的設計是音調(diào)響0.25秒，然后用T1延時0.5秒，由于計數(shù)器工作于方式1時，12MHZ時鐘頻率下時，一次中斷最多定時65536*1us=0.065536秒，為了實現(xiàn)0.5秒的響聲間隔，將T1中斷1次定時為0.05秒，中斷10次后，重新裝音調(diào)發(fā)生計數(shù)初值。
對于響鈴時間的設定原理類似，可以有發(fā)聲頻率求出一次發(fā)聲定時中斷的時間，N次發(fā)聲定時中斷后，使時間變化0.25秒，而后轉(zhuǎn)入發(fā)聲間隔定時程序。
但是隨之又產(chǎn)生了問題，進入T1中斷后到底重裝誰的計數(shù)初值，是發(fā)聲中斷定時呢，還是響聲間隔定時呢？在此我們用到了標志位F0,通過對其設置，實現(xiàn)計數(shù)初值的準確裝入！
設計中，倒計時到最后10秒時，開始發(fā)出1KHZ的嘀嘀音，當?shù)褂嫊r到0時，開始發(fā)出3KHZ的嘀嘀音，并數(shù)碼管閃爍顯示四個0，表示倒計時到0分0秒。其實，我們可以設定倒計時最后10秒時，沒減1秒，提示音響一聲，定時到0時，使響音間隔縮短，發(fā)出急促的聲音，起到比較合適的提示作用。但仿真中總是不能得到我要的效果，提示CPU占用過大的警告，系統(tǒng)已經(jīng)不工作于實時環(huán)境了。仿真怎么也不能發(fā)出間隔1秒，或更長的嘀嘀音，本想用自己焊好的電子時鐘實際試驗此功能，但是電路板已經(jīng)上交給老師了，為了驗證我的設計理念，看來只有在開發(fā)板中，實物驗證了。
在整個電子時鐘系統(tǒng)中仿真時，響鈴音質(zhì)不是很好，有雜音，我認為這是由于更高級的T0中斷打破了T1中斷，這在音樂鬧鈴中也出現(xiàn)過。比如發(fā)出1KHZ的音調(diào)，通過計算公式 1/(1000*2)=0.0005 得出T1發(fā)音中斷間隔為0.0005秒，而T0計時中斷的進入間隔為0.01秒（100次T0中斷為1秒），可見在發(fā)音時，最多連續(xù)正常進入20個發(fā)音中斷（0.01/0.0005=20）,若T0中斷的服務時間長于T1發(fā)音定時時間長度，則即使通過修正重裝計數(shù)初值，得到的計數(shù)初值已經(jīng)溢出，計數(shù)初值變更為0，則下一個T1中斷進入的時間為0.065536秒，而我們要求的T1中斷間隔時間為0.0005秒，顯然生成的方波的占空比出現(xiàn)紊亂，音質(zhì)出現(xiàn)問題。我查看了我的T0中斷服務指令有近200行，由于MCS-51單片機的指令周期一般為1-2個機器周期，在本系統(tǒng)中，用12M的時鐘，每個機器周期為(1/12000000)*12=1us，則T0中斷服務占用時間至多為400us,可見中斷服務程序執(zhí)行用時沒有超過0.0005秒，可見通過修正重裝計數(shù)初值后，下次進入中斷時，方波電平的反轉(zhuǎn)不會出現(xiàn)問題。但是如果同一時刻兩計數(shù)器都達到溢出時，優(yōu)先執(zhí)行T0中斷，此時本應電平反轉(zhuǎn)的方波仍保持此刻電平狀態(tài)，直到T0中斷服務程序結束才反轉(zhuǎn)電平，可知方波的占空比發(fā)生突變，影響音質(zhì)。
在整個系統(tǒng)的仿真中，嘀嘀聲提示音只是偶爾比較靠譜的出現(xiàn)一次，但嘀嘀聲的間隔及音調(diào)發(fā)生的頻率不正常，通常結果是發(fā)出沉悶的噗噗聲，發(fā)聲頻率勉強分辨，發(fā)聲間隔不能仿真實現(xiàn)，似乎是一定的。如果我只將嘀嘀聲提示子程序作為主程序單獨運行，則能清晰地分辨高，低音頻，以及實現(xiàn)響音的間隔，但是若提高響音的間隔，運行的結果沒有什么變化，響音間隔沒多大變化。對于嘀嘀聲提示子程序的仿真文件，我將和電子時鐘整個系統(tǒng)的仿真文件一并提交。
我認為有些細節(jié)是仿真軟件不能模擬的，必須要通過開發(fā)板的實際操作得以驗證，PC機的資源有限，運行速度和性能的差異也有可能產(chǎn)生仿真的不同結果。
以下為具體實現(xiàn)程序段：
TIMER1: ;計數(shù)器T1中斷服務程序
JB P0.1,OO ;判斷中斷服務的種類
MOV A,56H ;此標志位決定倒計時最后10秒和
定時到時發(fā)出不同頻率的聲音
CJNE A,#0,PP
JNB F0,III
DJNZ 55H,OOT
CPL F0
III:
DJNZ 50H,EE ;定時前十秒嘀嘀聲提醒
MOV 50H,#100
DJNZ 51H,EE
MOV 51H,#10
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H
MOV 55H,#10
CPL F0
AJMP OT
OOT:MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H
AJMP OT
EE:MOV TH1,#0FEH
MOV TL1,#0CH
CPL P2.6
AJMP OT
PP:
JNB F0,II
DJNZ 54H,OOT1
CPL F0
II:DJNZ 52H,FF ;定時到嘀嘀聲提示
MOV 52H,#150
DJNZ 53H,FF
MOV 53H,#10
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H
MOV 54H,#10
CPL F0
AJMP OT
OOT1:
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H
AJMP OT
FF:MOV TH1,#0FFH
MOV TL1,#5AH
CPL P2.6
AJMP OT
OO: ;音樂鬧鈴服務程序
MOV TH1,21H ;定時器T1置初值
MOV TL1,20H
CPL P2.6 ;音符對應頻率產(chǎn)生
OT:RETI
以上就是實驗中遇到的主要問題，基本上都找到了相應的解決之道。整個實驗的過程就是一個解決問題的過程，每天都解決一些問題，我的實驗也就解決了，當然結果不重要，功利化的追求結果，會使人浮躁，還是享受那份疑難迎刃而解的快感吧！
歡迎光臨 (http://www.torrancerestoration.com/bbs/)
Powered by Discuz! X3.1