項目七制作可定時定鬧的數(shù)字鐘

1、單片機原理與應(yīng)用教材項目七制作可定時定鬧的數(shù)字鐘本項目完成的數(shù)字鐘為24小時制時間顯示，可校準（按鍵）、可定時、定鬧、定時時間掉電保存等。涉及數(shù)碼顯示、中斷系統(tǒng)、定時器、按鍵輸入、E2PR0M讀/寫、數(shù)據(jù)運算處理等單片機綜合知識，是一個相對復(fù)雜的實用程序。由此展開，可得到如打鈴儀、校園定時廣播系統(tǒng)、倒計時器及與時間控制有關(guān)的工業(yè)控制器等產(chǎn)品項目；可與項目三有機合并，成為一個適合比賽用的綜合顯示牌。【知識目標(biāo)】知道串行總線的概念。會用E2PR0M，重點為AT24系列芯片的讀/寫時序。知道并會用基本的硬件/軟件措施增強單片機系統(tǒng)的可靠性。【技能目標(biāo)】完成數(shù)字鐘的設(shè)計。擴展數(shù)字鐘功能。學(xué)會單片機項目

2、開發(fā)規(guī)劃步驟。任務(wù)一I2C總線與AT24C02【任務(wù)目標(biāo)】知道I2C通信、時序概念。學(xué)會AT24C02讀/寫步驟。學(xué)會看器件手冊、了解時序?！咀x一讀】知識I2C總線概念與AT24C021.I2C總線概念I(lǐng)2C總線協(xié)議即雙向數(shù)據(jù)通信“握手”約定，這種約定允許通過一個簡單的兩線系統(tǒng)總線在各種設(shè)備之間進行通信操作。I2C總線實際上已經(jīng)成為一個國際標(biāo)準，在超過數(shù)百種不同的IC上實現(xiàn)并得到50多家公司的認可，下面是fc總線的一些特征。1）只要求兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線（SDA），一條串行時鐘線CSCL）。2）每個連接到總線的器件都可以通過唯一的地址作為發(fā)送器或接收器。3）串行8位雙向數(shù)據(jù)傳輸速率在標(biāo)

3、準模式時可達100Kb/s。2.AT24C02AT24C但是電可擦除的串行只讀存儲器（E2PR0M），可存儲256個字節(jié)內(nèi)容，每個字節(jié)為8位。該器件特點：兩線串行接口、雙向數(shù)據(jù)傳輸、硬件數(shù)據(jù)寫保護、8字節(jié)頁寫方式等。可保證10萬次擦寫周期及有效保存數(shù)據(jù)10年。由于這種器件上電后可在線編程數(shù)據(jù)、失電時長期保存，故被廣泛用于智能儀表、信息存儲卡、掉電保護等各個領(lǐng)域。AT24C02屬AT24CXX系列的一個型號，該系列其他型號的芯片功能均與之兼容，僅存儲空間大小有區(qū)別，如AT24C0l為128字節(jié)。對AT24C02引腳功能闡述如下。AT24C02引腳排列如圖7-1所示。圖7-1AT24C02引腳排列

4、1）串行時鐘（SCL）0SCL為串行時鐘端，時鐘信號用于對輸入和輸出數(shù)據(jù)的同步，寫入串行E2PR0M的數(shù)據(jù)用其上升沿同步，輸出數(shù)據(jù)用其下降沿同步。2）串行數(shù)據(jù)（SDA）。SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端。該引腳是漏極開路驅(qū)動，可以與其他漏極開路或集電極開路的器件“線或”連接。3）寫保護端CWP）。該引腳用于硬件數(shù)據(jù)保護。當(dāng)其接地時，可對整個器件進行正常的讀/寫操作；當(dāng)其接正電源Vcc時，芯片具有數(shù)據(jù)寫保護功能，數(shù)據(jù)只能讀出不能寫入。4）器件地址CA0、Al、A2）。片選或頁面選擇地址輸入，用于器件的選擇。在一個單總線上最多可掛8個AT24C02器件。每個器件通過引腳A0、Al，A2的不同連接（接V

5、cc或接地）來設(shè)置不同器件的地址，如圖7-2所示。圖7-2不同接法的器件地址5）電源（VCC）0AT24C02標(biāo)準電壓為+5V。3.AT24C02編程步驟AT24C02遵守I2C總線協(xié)議，其讀/寫時序如圖7-3所示。圖7-3I2C時序編程步驟如下。1）主控器件發(fā)送一個起始信號啟動一次數(shù)據(jù)傳送，啟動時序規(guī)范如圖7-4（a）所示。圖7-424C02定時規(guī)范2）發(fā)送命令字節(jié)，其格式如下：該命令字節(jié)的D7D4位為固定部分，規(guī)定為1010；D3D1為受控器件的地址編碼（如圖7-2所示）D0位表明隨后的操作是寫或讀，D0位等于1為讀，D0位等于0為寫。例如對圖7-2（a）接法的24C02器件發(fā)送的命令字節(jié)

6、為101000000D0位為0表示隨后命令為寫入。3）發(fā)送完命令字節(jié)后，SCL發(fā)送第九個時鐘，等待受控器件（24C02）接收完畢并在數(shù)據(jù)線SDA上產(chǎn)生應(yīng)答位（ACK）作為響應(yīng)。主控器件單片機收到應(yīng)答信號后，就可以進行數(shù)據(jù)傳送了。4）如果是寫操作，首先發(fā)送被寫入器件的內(nèi)存首地址，等待應(yīng)答信號（ACK）后，逐個發(fā)送各數(shù)據(jù)。如果是讀操作，首先發(fā)送被讀/寫器件的內(nèi)存首地址，等待應(yīng)答信號（ACK）后，在SDA數(shù)據(jù)線上按時鐘節(jié)拍逐位移入數(shù)據(jù)。AT24C02內(nèi)存地址范圍為00HFFH。5）讀/寫數(shù)據(jù)完畢后，發(fā)送停止信號，終止操作。時序如圖7-4（b）所示?！咀鲆蛔觥繉嵱?xùn)AT24C02讀/寫操作1.實訓(xùn)目的熟

7、悉E2PR0M編程原理及步驟，進一步明確其時序要求。2.實訓(xùn)內(nèi)容在AT24C02內(nèi)存地址80H寫入數(shù)據(jù)后讀出，并在LED上顯示。3.實訓(xùn)步驟1）畫出AT24C02與單片機89C51接口電路，如圖7-5所示。2）畫出程序流程圖。寫操作流程圖如圖7-6所示，要求自行完成讀操作流程圖、數(shù)碼管顯示流程圖。3）程序編寫、編譯、芯片燒錄。參考程序如下。圖7-5AT24C02接口電路圖7-6AT24C02寫操作流程圖；*；項目七：24C02讀寫操作；MCU：89C51，系統(tǒng)時鐘12MHZ；功能：寫入數(shù)據(jù)并讀出，同時顯示在LED上；已在實驗板上調(diào)試通過；*LEDEQUP0LED1EQUP2.7SDAEQUP2

8、.1；數(shù)據(jù)線SCLEQUP2.0；時鐘線WRNUMEQU30H；讀出數(shù)據(jù)存儲WRITEDATAEQU3DH；E2PR0M寫入數(shù)據(jù)緩存0RG0000HLJMPSTART0RG0003HRETI0RG000BHRETI0RG0013HRETI0RG00lBHRETI0RG0023HRETSTART：M0V P0，#0FFHM0VP1，#0FFHM0V R0"#7FHCLRAM：M0VR0，#00DJNZR0，ÇLRAM；內(nèi)容RAM單元清零M0V SP，#70H；堆戰(zhàn)設(shè)置在60H單元MAIN：LCALLWRITE；將數(shù)據(jù)寫入LCALLREAD；數(shù)據(jù)讀出，在WR_NUM單元LCAL

9、LLEDPLAY；將WR一肌用單元數(shù)顯示在LEDLJMPMAIN；*；數(shù)碼管顯示子程序；*LED_PLAY：M0V A，WR_NUM；顯示十位M0VDPTR，#TABM0VCA，A+DPTRM0V P0，ACLRLED1RETTAB：DB0C0H，0F9H，0A/H，0B0H，99H，92H，82H，0F8H，80H，90HF共陽數(shù)碼管段碼；*；E2PR0M讀子程序（AT24C02）；*READ：LCALLSTART_EEPR0MM0V A，#0A0HLCALLWBYTEM0V A，#80H；寫入讀數(shù)據(jù)地址LCALLWBYTEN0PN0PLCALLSTARTEEPR0MM0V A，#0A1H；

10、寫入芯片地址LCALLWBYTELCALLRBYTEM0VWR_NUM，A；讀出數(shù)據(jù)LCALLST0PRET；*；WRITE：E2PR0M讀子程序（AT24C02）；*WRITE：LCALLSTART_E2PR0MM0V A，#0A0HLCALLWBYTEM0V A，#80H；寫入數(shù)據(jù)地址LCALLWBYTEM0V A，#0；寫入數(shù)據(jù)（0），存24C02地址80HLCALLWBYTE；寫入LCALLST0P；停RET；*；字節(jié)寫子程序；入口；A；占用：R3，write_data；*WBYTE：N0PN0PM0VWRITE_DATA，AWBY1：M0V A，WRITE_DATAM0V R3，#8

11、WBY0：CLRSCLRLCAM0VSDA，CSETBSCLDJNZR3，WBY0；8次CLRSCLN0PN0PSETBSCLN0PN0PN0PN0PJBSDA，WBYl；等ACK響應(yīng)，沒有響應(yīng)則重寫CLRSCLN0PN0PRET；*；字節(jié)讀子程序；出口：A；占用：R3；*RBYTE：N0P；字節(jié)讀N0PM0V R3，#8RBY0：CLRSCLN0PN0PSETBSCLN0PN0PMQVc，SDARLCADJNZR3，RBY0CLRSCLN0PN0PSETBSDAN0PN0PSETBSCLN0PN0PRET；*START_EEPR0M：CLRSCL；啟動子程序N0PN0PSETBSDAN0PN

12、0PSETBSCLN0PN0PCLRSDAN0PN0PCLRSCLRET；*ST0P：CLRSCL；停止子程序N0PN0PCLRSDAN0PN0PSETBSCLN0PN0PSETBSDAN0PN0PCLRSCLRETEND4）實驗板上運行程序井觀察數(shù)碼管顯示結(jié)果，依次修改寫入數(shù)據(jù)（限于09）并驗證程序的正確性。5）完成實訓(xùn)報告?！咀h一議】1）I2C總線時序要求非常嚴格，編寫程序時應(yīng)保證其時序的正確，此為程序成敗的關(guān)鍵，對照寫入數(shù)據(jù)的子程序畫出其時序圖，將有助于對I2C總線的理解。2）實訓(xùn)程序中多次出現(xiàn)“N0P"指令，思考其作用是什么？3）在AT24C02地址80H開始連續(xù)寫入1、2、

13、3、4四個數(shù)據(jù)，應(yīng)如何編寫程序？在實訓(xùn)參考程序上改動完成?！驹u一評】表7-1AT24C02讀/寫操作實訓(xùn)評測任務(wù)二數(shù)字鐘的設(shè)計【任務(wù)目標(biāo)】學(xué)會對單片機項目的任務(wù)分析法。懂得初步規(guī)劃單片機內(nèi)部資源。完成數(shù)字鐘的程序調(diào)試?！咀x一讀】知識1數(shù)字鐘任務(wù)分析1.任務(wù)分析數(shù)字鐘以其顯示直觀、走時準確而受到了人們的歡迎。在工業(yè)控制方面，數(shù)字鐘作為一種嵌入式電子部件被廣泛應(yīng)用于智能儀表、自動化控制設(shè)備、汽車及與時間有關(guān)的各類控制設(shè)備中。在基本數(shù)字鐘顯示時、分、秒的基礎(chǔ)上，為滿足各種需要，可增加其他相關(guān)功能，如顯示星期、日期（農(nóng)歷、陽歷）、環(huán)境溫度、定時定鬧、多路定時控制（打鈴儀）。圖7-7所示為部分數(shù)字鐘。圖

14、7-7部分數(shù)字鐘外形作為一種計時工具，數(shù)學(xué)鐘的核心離不開計時器，利用單片機設(shè)計制作數(shù)字鐘具有電路簡潔、計時準確、控制靈活等優(yōu)點，任務(wù)設(shè)計流程采用自頂向下設(shè)計法，如圖7-8所示。本項目數(shù)字鐘功能確定：采用四位數(shù)碼管顯示時、分，一路定鬧輸出，采用三個按鍵完成時鐘較準、定時調(diào)節(jié)，定時時間可永久記憶。圖7-8數(shù)字鐘設(shè)計自頂向下分析法2.數(shù)字鐘硬件電路設(shè)計根據(jù)本項目的功能分析，確定電路結(jié)構(gòu)如圖7-9所示，采用89C51最小系統(tǒng)為核心，采用4只共陽LED用作顯示，P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，P2./P2.7口作為位掃描輸出；P1.6口接按鍵7為定鬧設(shè)定，P1.5口接接鍵11調(diào)分鍵，P1.4口接按鍵15為調(diào)小時鍵。

15、P2./P2.7I/0口外接。三極管9012的作用是增強89C51P2口驅(qū)動電流，單片機系統(tǒng)晶振選12MHz，有利于提高秒計時的準確性。圖7-9數(shù)字鐘電路為簡化電路設(shè)計，時鐘的秒點以數(shù)碼管的小數(shù)點顯示，故數(shù)碼管LED3應(yīng)倒裝，因此LED3段碼與其他三種數(shù)碼管不同，在編寫程序時必須注意。知識2時鐘系統(tǒng)程序規(guī)劃1.主程序主程序完成89C51初始化、調(diào)用顯示子程序、按鍵判斷、定鬧時間判斷等功能，流程圖如圖7-10所示。對主程序中幾個標(biāo)志說明如下。FLAGT：時鐘調(diào)整標(biāo)志，供加1子程序用，F(xiàn)LAG_T為1時，調(diào)整小時位，F(xiàn)LAGT為0時調(diào)整分位。圖7-10主程序流程圖阻YDATA：鬧鐘設(shè)定鍵鍵值，每按

16、一次設(shè)定鍵（KEYM0V），鍵值加1，鍵值范圍03。各鍵值意義如表7-2所示。定鬧時間最小單位是分，只需每分鐘查詢一次鬧鈴時間是否己到即可。設(shè)定一個1分鐘時間標(biāo)志FLAGN，1分鐘時間到，由定時器T0子程序置1（FLAGN=l），主程序根據(jù)FLAGN標(biāo)志決定是否查詢定鬧時間。表7-2鍵值標(biāo)志按住時間調(diào)整鍵（阻YH0UR，阻YMINU）不放，時間連續(xù)加1，故程序中不必判斷按鍵是否松開。2.加l子程序加1子程序完成小時、分位的加l調(diào)整，這里有兩種情況，一是對時鐘的調(diào)整（加1）。二是對定鬧時間的調(diào)整：調(diào)整時還須分清是調(diào)小時位還是分位，以上各種情況根據(jù)不同的標(biāo)志完成，表7-3給出了各標(biāo)志代表的意義，圖

17、7-11為加l子程序流程圖。表7-3加1子程序標(biāo)志操作圖7-11加子程序流程圖值得提的是，當(dāng)分位或小時位連續(xù)加l時，單片機運行速度很快，如“加1"速度不加以限責(zé)L二二二會給調(diào)整帶來困難。表7-3中FLAGSPEED標(biāo)志即用來限制調(diào)整速度，本項目設(shè)計為每0.5s加1，F(xiàn)LAGSPEED標(biāo)志產(chǎn)生于定時中斷子程序。3.T0定時中斷子程序定時器T0用于時間計時，定時溢出周期設(shè)為50ms，累計中斷20次為Is，按時、分、秒進制規(guī)律分別給時、分、秒單元賦值。時鐘采用24小時制，即時間到23時59分59秒后全部歸零。定時器T0同時還需完成各種與定時有關(guān)的標(biāo)志，供其他程序使用。由T0產(chǎn)生的標(biāo)志列于表

18、7-4。表7-4T0產(chǎn)生的標(biāo)志4.顯示子程序數(shù)碼智顯示采用動態(tài)掃描顯示法。根據(jù)時鐘所處的狀態(tài)，顯示內(nèi)容分為兩種：是顯示正常走時的時鐘；二是顯示定鬧時間。進入定鬧時間調(diào)整狀態(tài)時，顯示定鬧時間，并且小時位或分位數(shù)字閃爍，表明該位己進入調(diào)整狀態(tài)，可以進行調(diào)整。不同的顯示狀態(tài)由各自標(biāo)志來判斷。顯示子程序所用的標(biāo)志如表7-5所示。表7-5顯示子程序中的標(biāo)志【做一做】實訓(xùn)1定時、顯示子程序的編寫1.實訓(xùn)目的進一步熟悉動態(tài)掃描顯示法、定時中斷的設(shè)置應(yīng)用。2.實訓(xùn)內(nèi)容完成時鐘顯示、定時子程序流程圖、程序編寫。3.實訓(xùn)步驟（1）畫出顯示子程序流程圖。由圖7-9時鐘電路可知，數(shù)碼管段碼由單片機P0口驅(qū)動，位選分別

19、由P2.7、P2.6、P2.5、P2./完成。在數(shù)字鐘系統(tǒng)中，顯示內(nèi)容有兩個方面，是顯示正常的時鐘；二是在按鍵的控制下可以顯示定鬧時間，在顯示子程序里依靠鍵值KEY_DATA識別（參見表7-5），由此畫出顯示子流程圖如圖7-12所示。圖7-12顯示子、程序流程圖（2）定時中斷子程序定時器T0中斷子程序主要完成時間的累加，以24小時制的規(guī)律運行，即每60s分加1.每1小時加1.每24小時后時間歸零。另外，由表7-3可知，須產(chǎn)生FLAG250ms、FLAG_speed、FLAGS、FLAGN這幾個與時間有關(guān)的標(biāo)志，供其子程序使用。根據(jù)任務(wù)分析完成定時子程序流程圖。（3）顯示、定時中斷參考子程序；*

20、；定時器T0中斷子程序；*TIMER0：M0VT日0，#3CH0RLTL0，#0B0H；重裝初值PUSHPSWPUSHACCDJNZDATAl，T_0M0VDATA1，#SCPLFLAG250MS；250m8時間到標(biāo)志T_0：DJNZDATA2，T_lM0VDATA2，#10SETBFLAG_SPEED；0.5s時間到標(biāo)志T_l：DJNZDATA0，TIMER0_ENDM0VDATA0，#10CPLFLAGS；每一分鐘給標(biāo)志INCSEC0NDM0V A，SEC0NDCJNE A，#120，TIMER0_ENDM0VSEC0ND，#0SETBFLAGNINCMlNUTEM0V A，MlNUTEC

21、JNE A，#60，TIMER0_ENDM0VMINUTE，#0INCH0URM0V A，H0URCJNE A，#24，TIMER0_ENDM0VH0UR，#0TIMER0END：P0PACCP0PPSWRETI；*；數(shù)碼管顯示子程序；*LEDPLAY：CLRLED_1CLRLED_2CLRLED_3CLRLED_4M0V A，KEY_DATACJNE A，#0，PLAY_SETM0V A，H0UR；顯示時鐘，BCD轉(zhuǎn)換M0VB，#10DIVABM0VLED_Q，AM0VLED_B，BM0V A'，MlNUTEM0VB，#10DIVABM0VLED_S，AM0VLED_G，BLJMPP

22、LAY_10PLAY_SET：M0V A，H0UR_SET；顯示定鬧時間，BCD轉(zhuǎn)換M0VB，#10DIVABM0VLED_Q，AM0VLED_B，BM0V A，MlNUTE_SETM0VB，#10DIVABM0VLED_S，AM0VLED_G，BPLAY_10：M0V A，KEY_DATACJNE A，#1，PLAY_0JNBFLAG_250MS，PLAY_0M0V A，#0FFH；熄滅符AJMPPLAY1PLbY_0：M0V A，LED_Q；顯示小時十位M0VDPTR，#TABM0VCA，A+DPTRPLAY_1：M0V P0，ASETBLED1LCALLDELIMSCLRLED1M0V

23、A，KEY_DATACJNE A-，#1，PLAY_2JNBFLAG_250MS，PLAY_2M0V A，#0FFH；熄滅符AJMPPLAY3PLAY_2：M0V A，LED_B；顯示小時十位M0VDPTR，#TABM0VCA，A+DPTRJBFLAG_S，PLAY_3CLRACC.7；點亮秒點PLAY_3：M0V P0，ASETBLED_2LCALLDEL_1MSCLRLED_2PLAY_4：M0V A，KEY_DATACJNE A，#2，PLAY_5JNBFLAG_250MS，PLAY_5M0V A，#0FFH；熄滅符AJMPPLAY6PLAY_5：M0V A，LED_S；顯示分十位M0V

24、DPTR，#TABl；實驗板上第二位數(shù)碼管倒裝，其段碼不同M0VCA，A+DPTRJBFLAG_S，PLAY_6CLRACC.6；點亮秒點PLAY_6：M0V P0，ASETBLED3LCALLDEL_lMSCLRLED3M0V A，KEY_DATACJNE A，#2，PLAY_7JNBFLAG_250MS，PLAY_7M0V A，#0FFH；熄滅符AJMPPLAY_8PLAY_7：M0V A，LED_G；顯示分個位M0VDPTR，#TABM0VCA，A+DPTRPLAY_8：M0V P0，ASETBLED4LCALLDELlMSCLRLED4LED_PLAY_END：RETTAB：DB0C0

25、H，0F歸，0A4H，0B0H，99H，92H，82H，0F8日，80H，90日；共陽數(shù)碼管段碼TABl：DB0C0H，0F9H，64H，70H，59H，52H，42H，0F8H，40H，50H；倒裝數(shù)碼管段碼；*；1ms延時子程序；*DEL_lMS：M0V R0，#2DEL_l：M0V Rl，#250DEL_0：DJNZRl，DEL_0DJNZR0，DEL_lRET（4）顯示子程序調(diào)試在編譯軟件中輸入顯示子程序，軟件匯編通過后燒錄在實驗板上測試。為使顯示子程序正確顯示效果，需在顯示子程序前定義相關(guān)寄存器、并給H0UR（小時）、H0URSET（定鬧小時）、MINUTE（分）、MINUTESET

26、（定鬧分）賦值，觀察實驗板是否正確顯示：在阻Y一DATA為0時，應(yīng)顯示時鐘，為1時應(yīng)顯示定鬧時鐘。（5）定時器T0中斷子程序調(diào)試調(diào)試前需做相關(guān)設(shè)置（頭文件）：1）打開定時器T0中斷、總中斷。2）設(shè)置T0定時器初值（按50ms計算）。3）T0中斷子程序相關(guān)寄存器定義。T0定時中斷子程序采用軟件仿真的形式進行調(diào)試，利用Medwin編譯軟件的單步、斷點等功能，觀察是否能產(chǎn)生相關(guān)標(biāo)志，時鐘寄存器單元是否按設(shè)定的要求累加。（6）顯示子程序、定時器中斷子程序聯(lián)調(diào)顯示、定時子程序聯(lián)合調(diào)試可在實驗板上直觀顯示，產(chǎn)生時鐘的效果。調(diào)試前同樣須設(shè)置好頭文件（主程序），如單片機數(shù)據(jù)存儲器清零初始化、定時器設(shè)置、中斷設(shè)

27、置、調(diào)用顯示子程序。實訓(xùn)完成后，寫出實訓(xùn)報告，并填寫評測表。【議一議】1）本實訓(xùn)提供了-種復(fù)雜程序的調(diào)試方法：先按功能模塊（子程序）調(diào)試、最后總調(diào)。這種方法最適合于初次編寫程序的人員，優(yōu)點是容易在較小的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)錯誤并迅速排錯：缺點是比較費時：故編程具備相當(dāng)熟練的基礎(chǔ)后可跳過分功能調(diào)試，直接進行總調(diào)。2）調(diào)試某一子程序時，為能使程序正確運行、能直觀觀察到數(shù)據(jù)以達到調(diào)試的目的，需在調(diào)試子程序前做些準備工作，如給某些寄存器人為的賦予特定值、加上必要的調(diào)用指令等。務(wù)必讓子程序全部功能顯示出來，讓可能的錯誤全部暴露。3）本實訓(xùn)給出了參考子程序，但并不是唯一的編寫方法，“依葫蘆畫瓢”后可大膽編寫具有自己

28、思路的程序，才能逐步形成自己的編程風(fēng)格?！驹u一評】填定表7-6中的內(nèi)容。表7-6定時、顯示子程序?qū)嵱?xùn)評測表【做一做】實訓(xùn)2數(shù)字鐘的調(diào)試1.實訓(xùn)目的完成整個數(shù)字鐘的調(diào)試，學(xué)會程序調(diào)試、排錯方法。2.實訓(xùn)內(nèi)容1）完成數(shù)字鐘主程序。2）完成E2PR0M讀/寫子程序，保存、讀出走鬧時間。3）其他子程序（顯示、T0中斷子程序、加1子程序等組合聯(lián)調(diào)。3.實訓(xùn)步驟1）細化圖7-10所示流程圖，并寫出程序。2）編寫定鬧時間讀/寫子程序，將定鬧時間小時位、分位寫入24C02保存，每次開機時從24C02讀出定鬧時間。3）完成全部子程序，整機調(diào)試。4）脫機運行。參考主程序如下。；*；項目七：可走時定鬧的數(shù)字鐘；MC

29、U：89C51，系統(tǒng)時鐘12MHz；功能：24小時制時鐘，帶走鬧功能，定鬧時間可永久保存；己在實驗板上調(diào)試通過；*為89C51I/O口定義*KEY_日0UREQUP1.4；調(diào)時KEY_M1NUEQUP1.5；調(diào)分KEY_M0VEQUP1.6；設(shè)定鍵，進入定鬧時間調(diào)整LEDEQUP0LED1EQUP2.7LED2EQUP2.6LED3EQUP2.5LED4EQUP2.4S0UNTEQUP2.3；鬧鐘報警SDAEQUP2.1；E2PR0M數(shù)據(jù)線SCLEQUP2.0；E2PR0M時鐘線；*以下為用戶RAM定義*H0UREQU30H；時鐘小時單元MlNUTEEQU31H；時鐘分單元SEC0NDEQU3

30、2H；時鐘秒單元H0URSETEQU33H；定鬧時間小時單元M1NUTE_SETEQU34H；定鬧時間分單元LED_QEQU35H；BCD千位LEDBEQU36日；BCD百位LEDGEQU37H；BCD個位LEDSEQU38H；BCD十位DATA0EQU39HDATA1EQU3AHDATA2EQU3BHKEY_DATAEQU3CH；設(shè)定鍵鍵值=1調(diào)定鬧小時，=2調(diào)定鬧分，=3保存定鬧時間WRITE_DATAEQU3DH；E2PR0M寫入數(shù)據(jù)緩存FLAG_SEQU20H.0；秒閃標(biāo)志FLAG_TEQU20H.1；=1調(diào)時鐘小時位，=0調(diào)時鐘分位FLAG_SPEEDEQU20H.2；調(diào)整速度FLA

31、G_250MSEQU20H.3FLAGNEQU20H.4；每分鐘查詢一次定鬧時間標(biāo)志；主程序開始：0RG0000HLJMPSTART0RG0003HRET10RG000BHLJMPT1MER00RG0013HN0PRET10RG001BHN0PRETI0RG0023HN0PRETISTART：M0V P0，#0FFHMQVP1，#0FFHCLRS0UNTM0V R0，#7FHCLRAM：M0VR0，#00DJNZR0，CLRAM；內(nèi)容RAM單元清零M0VDATA0，#10M0VDATAl，#5M0VDATA2，#10M0V SP，#60H；堆棧設(shè)置在60H單元M0VH0UR，#12；上電默認時

32、間12：_00M0VTM0D，#01H；設(shè)置T0方式1SETBEASETBET0M0VTH0，#3CHM0VTL0，#0B0H；50ms初值SETBTR0LCALLREAD；讀出定鬧時間MAIN：LCALLLEDPLAYJBKEY_H0UR，MAIN_0LCALLLEDPLAYLCALLLEDPLAYJBKEY_H0UR，MAIN_0SETBFLAGTLCALLADD1；小時加1MAIN_0：JBKEY_MINU，MAIN_1LCALLLEDPLAY.LCALLLEDFLAYJBKEY_MINU，MAIN_1CLR.FLAGTLCALLADD1；分加1MAIN_1：JBKEY_M0V，MAIN

33、_3；調(diào)定鬧時間LCALLLEDPLAYLCALLLEDPLAYJBKEY_M0V，MAIN_3INCKEYDATAMAIN2：LCALLLEDPLAYJNBKEY_M0V，MAIN_2；按鍵松開？M0V A，KEY_DATACJNE A，#3，MAIN_3LCALLWRITE；保存定鬧時間M0VKEY_DATA，#0MAIN_3：JNBFLAG_N，MAIN；每分鐘查詢一次鬧鐘CLRFLAGNM0V A，H0UR_SETCJNE A，H0UR，MAIN_4M0V A，MlNUTE_SETCJNE A，MINUTE，MAIN_4SETBS0UNT；鬧鐘響一分鐘LJMPMAINMAIN4：CLR

34、S0UNTLJMPMAIN24C02讀/寫參考子程序為下。；*；EEPR0M讀子程序（AT24C02）；*READ：LCALLSTARTEEPR0MM0V A，#0A0HLCALLWBYTEM0V A，#80H；寫入數(shù)據(jù)地址LCALLWBYTEN0PN0PLCALLSTART_EEPR0MM0V A，#0A1H；寫入芯片地址，定鬧時間存在24C02內(nèi)存80H、81HLCALLWBYTELCALLRBYTEM0VH0UR_：SET，A；讀出定鬧小時位LCALLSTARTEEPR0MM0V A，#0A0HLCALLWBYTEM0V A，#81H；寫入數(shù)據(jù)地址LCALLWBYTEN0PN0PLCAL

35、LSTART_EEPR0MM0V A，#0A1H；寫入芯片地址LCALLWBYTELCALLRBYTEM0VMINUTE_SET，A；讀出定鬧分位LCALLST0PRET；*；WriteE2PR0M子程序CAT24C02）；*WRITE：LCALLSTART_EFPR0MM0V A，#0A0HLCALLWBYTEM0V A，#80H；寫入數(shù)據(jù)地址LCAbLWBYTEM0V A，H0UR_SET；寫定鬧小時位，存24C02地址80HLCALLWBYTE；寫入數(shù)據(jù)地址M0V A，MINUTE_SET；寫定鬧分位，存24C02地址81HLCALLWBYTELCALLST0P；停RET；*；字節(jié)寫子程

36、序；入口：A；占用：R3，WRITE_DATA；*WBYTE：M0VWRITE_DATA，AWBY1：M0V A，WRITE_DATAM0V R3，#8WBY0：CLRSCLRLCAM0VSDA，C；寫位SETBSCLDJNZ.R3，WBY0；8次CLRSCLN0PN0PSETBSCLN0PN0PN0PN0PJBSDA，WBYl；等ACK響應(yīng)CLRSCLN0PN0PRET；*；字節(jié)讀子程序；出口：A；占用：R3；*RBYTE：N0P；字節(jié)讀N0PM0V R3，#8RBY0：CLRSCLN0PN0PSETBSCLN0PN0PM0VC，SDARLCADJNZR3，RBY0CLRSCLN0PN0PS

37、ETBSDAN0PN0PSETBSCLN0PN0PRET；*；啟動子程序；*STARTEEPR0M：CLRSCL；啟動子程序N0PN0PSETBSDAN0PN0PSETBSCLN0PN0PCLRSDAN0PN0PCLRSCLRET；*；停止子程序；*ST0P：CLRSCLN0PN0PCLRSDAN0PN0PSETBSCLN0PN0PSETBSDAN0PN0PCLRSCLRET【議一議】1）本實訓(xùn)項目數(shù)字鐘的完成具有實用意義，可直接投入生活應(yīng)用。2）程序中所用標(biāo)志較多，寫程序時若列出表格，注明標(biāo)志功能，可減少差錯：凡涉及標(biāo)志，一定有“生”有“死”，即標(biāo)志產(chǎn)生于何時，又在何時消除，這是一個很嚴密的

38、邏輯，不容一點差錯。3）實訓(xùn)數(shù)字鐘程序可保存定鬧時間，即掉電后重新開機定鬧時間不變，但時鐘回到預(yù)設(shè)12：00，需重調(diào)時鐘：解決的辦法是：給單片機加后備電池，掉電后，數(shù)碼管不亮，但單片機正常運行，時間雖沒有顯示但仍在走，重新加電后又正常顯示時間。4）由于晶振等的誤差，導(dǎo)致時鐘走時與標(biāo)準時鐘（北京時間）有偏差，實訓(xùn)中數(shù)字鐘大約每24小時會偏差ls（誤差0.001%），可在軟件中進行調(diào)整或選擇精度高的晶振：高檔的時鐘一般會選用專用的時鐘芯片如DS1302。5）該數(shù)字鐘稍加改進可成為多時間走鬧（控制）的時鐘控制器，如打鈴儀、多路定時控制器及其他與時間有關(guān)的控制裝置。6）該數(shù)字鐘在調(diào)整時鐘時只能遞增循環(huán)

39、調(diào)整，沒有設(shè)計遞減按鍵，在使用時會感到不便，可考慮增加一個遞減按鍵（或用現(xiàn)有按鍵復(fù)用），在實訓(xùn)中思考并實踐?！驹u一評】請?zhí)顚懕?-7中內(nèi)容。表7-7數(shù)字鐘實訓(xùn)評測表任務(wù)三單片機可靠性設(shè)計【任務(wù)目標(biāo)】知道單片機可靠性設(shè)計的重要性。能說出影響單片機系統(tǒng)運行可靠性的基本因素。懂得提高可靠性的基本方法，能在軟件/硬件設(shè)計時初步應(yīng)用?！咀x一讀】幾乎所有的單片機工程師都有這樣的經(jīng)歷，在實驗室千辛萬苦安裝和調(diào)試好的單片機系統(tǒng)投入工業(yè)現(xiàn)場進行實際運行時，卻發(fā)現(xiàn)不能正常工作，有的一開機就失靈，有的時好時壞，那么，究竟是什么原因造成這種現(xiàn)象呢？原因只有二個，那就是干擾。眾所周知，工業(yè)環(huán)境有強大的電磁干擾，在單片機

40、沒有采取抗干擾措施或措施不得力時，單片機系統(tǒng)便不能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境。故在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計時，抗干擾設(shè)計成為重中之重，有時為抗干擾所做的工作甚至比前期開發(fā)的工作還要多，由此可見抗干擾技術(shù)的重要性?？垢蓴_技術(shù)從大的方面來分，可分為硬件措施和軟件措施兩大類。知識1硬件電路的可靠性設(shè)計硬件電路設(shè)計得當(dāng)，可將絕大多數(shù)干擾拒之門外，這是單片機系統(tǒng)可靠性的第一道防線：硬件抗干擾的優(yōu)點是效率高，缺點是投入成本增加，同時使設(shè)備體積增大。最主要的硬件措施大致有元件可靠性選擇、電磁屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、供電電源的可靠性設(shè)計、輸入/輸出的隔離措施、合理的PCB板設(shè)計等。1.元件的可靠性選擇元件的正確選用是單片機電路可靠性設(shè)計中

41、的重要環(huán)節(jié)，選用的元器件是否合理與優(yōu)質(zhì)將直接影響到整個系統(tǒng)的性能與可靠性水平、系統(tǒng)成本及日后的維護。選用時應(yīng)遵循以下基本準則。1）滿足性能要求。元件的各項性能參數(shù)要滿足電路性能要求，如電壓等級、電流頻率特性、放大參數(shù)與功耗等。2）滿足可靠性要求?？煽啃砸蟀目垢蓴_性能及使用壽命兩個方面。元件的壽命（失效率）隨著工作電壓、環(huán)境溫度等提高而成倍地縮短t失效率增加），在半導(dǎo)體技術(shù)水平尚不很發(fā)達的情況下，降額使用已成為提高系統(tǒng)可靠性的常用方法。降額設(shè)計是指使元件在低于其額定應(yīng)力情況下工作。影響元件可靠性運行的應(yīng)力有電應(yīng)力（電壓、電流、功率、頻率）、溫度、機械應(yīng)力（振動、沖擊）等。當(dāng)工作應(yīng)力高于

42、額定應(yīng)力時失效率就增加，例如金屬膜電阻，在700C溫度下，若功率降低50%，其失效率就降低兩個數(shù)量級，云母電容器的環(huán)境溫度降低50%，電壓降低30%時其失效率降低三個數(shù)量級，可見元件降額、使用是提高其可靠性的有效方法。元件常用降額系數(shù)如表7-8所示。表7-8各種元件降額系數(shù)表7-8中，電阻指功率降額，電容為電壓降額，半導(dǎo)體器件（集成電路）為功率、電流電壓降額，繼電器開關(guān)為電流降額。3）盡量減少元件品種、型號，保證安裝、維護的方便。4）全面考慮系統(tǒng)應(yīng)用的工作環(huán)境溫度、濕度、振動、沖擊及電參數(shù)條件。5）保證可靠性的條件下，盡量選用廉價的元件，以降低成本。2.電路設(shè)計常用的抗干擾措施1）光電隔離。在

43、輸入/輸出通道上采用光電藕合器進行信號傳遞，可有效地將傳感器、開關(guān)，功率執(zhí)行器件（如繼電器、可控硅）從電氣上隔離開來，很大一部分干擾將被阻擋。2）硬件濾波電路。在一些低頻信號傳遞回路上常用串接RC低通濾波器，可大大削弱各類高頻干擾信號，如各類“毛刺”干擾。3）過壓保護電路：在單片機輸入/輸出回路上采用過壓保護元件，防止輸入過高電壓損壞單片機系統(tǒng)，如用限流電阻、穩(wěn)壓管、瞬變二極管（TVS）等。4）穩(wěn)定可靠的電源技術(shù)：單片機系統(tǒng)的供電電源是干擾進入的重要途徑，要求穩(wěn)壓電源穩(wěn)定、內(nèi)阻小、紋波系數(shù)小、抗干擾能力強。條件允許時，可在電路板各個位置上多接一些濾波電容，電路中每一個集成芯片的供電端均加應(yīng)接一

44、個瓷片電容（去相電容）。5）電路PCB板設(shè)計應(yīng)合理，符合電氣性能要求，如盡可能降低電源走線、地線的阻抗，輸入與輸出信號應(yīng)遠離，避免平行走線，電源與地線的環(huán)路面積應(yīng)盡量小。知識2軟件抗干擾技術(shù)設(shè)計單片機系統(tǒng)尤其是測控系統(tǒng)時，可靠性是最重要的指標(biāo)之二，要求其在工作環(huán)境惡劣、干擾嚴重時也能可靠運行。系統(tǒng)的可靠性除采用硬件抗干擾方法外，還應(yīng)輔之以優(yōu)良的軟件抗干擾技術(shù)。軟件抗干擾技術(shù)主要包括抑制疊加在模擬輸入信號上的干擾噪聲的影響，如數(shù)字濾披技術(shù)，以及由于干擾使程序運行發(fā)生海亂、導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)時能將其納入正軌的措施，如軟件指令冗余、軟件陷阱、看門狗技術(shù)等。1.數(shù)字濾波技術(shù)模擬信號經(jīng)單片機AD轉(zhuǎn)

45、換后來集，如有干擾作用于模擬信號會使AD轉(zhuǎn)換偏離真實值，如果僅采集一次，無法確定該結(jié)果是否可靠，必須多次來樣，通過某種處理后才能得到二個可信度較高的結(jié)果。即從數(shù)據(jù)系列中提取可靠的、近似真實數(shù)據(jù)的軟件算法稱為數(shù)字濾波算法。常用的數(shù)字濾波技術(shù)有中值濾波、算術(shù)平均濾波、滑動平均濾波、去極值平均濾波等。算術(shù)平均濾波算法適用于抑制隨機干擾，采集次數(shù)越多，平滑效果越好，但會影響系統(tǒng)的靈敏度，以下為算術(shù)平均濾波算法例程。設(shè)將8個己采集到的數(shù)據(jù)存放在30H37H單元，其程序段如下。M0V A，#0M0V R2，AM0V R3，AM0V R0，#30HL00P1：M0V AR0；取一個采樣值M0V A，R3M0

46、V R3，A；累加和低位放在R3CLRAADDCA，R2M0V R2，A；累加和高位放在R2INC R0CJNER0，#38H，L00Pl；累加完8個數(shù)據(jù)？SWAPA；以下累加和除以8RLAXCH A，R3SWAPARLAADDA，#80H；四舍五入ANLA，#lFHADDCA，R3；平均值在A中2.輸出口重復(fù)刷新為保證輸出數(shù)據(jù)的可靠性，最有效的方法是定時重復(fù)輸出同一數(shù)據(jù)，這樣外部設(shè)備受到干擾時還沒來得及做出反應(yīng)，個正確的輸出信息又來到，即可避免錯誤動作的發(fā)生。3.指令冗余技術(shù)當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。這時首先要盡快將程序納入正軌（執(zhí)行真正的指令系列）

47、0MCS-51指令系統(tǒng)中所有的指令都不超過三個字節(jié)，而且有很多單字節(jié)指令。當(dāng)程序彈飛到某一條單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌：當(dāng)程序彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯：當(dāng)程序彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機會就更大。因此，應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令（N0P），或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是指令冗余。指令冗余無疑會降低系統(tǒng)的效率，但在絕大多數(shù)情況下，CPU還不至于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程度，故這種方法還是可以采用的。4.軟件陷阱技術(shù)所謂軟件陷阱，就是條引導(dǎo)指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對

48、程序出錯進行處理的程序。如果把這段程序的入口標(biāo)號稱為ERR，則軟件陷阱即為一條“LJMPERR"指令。為加強其捕捉效果，一般還在它前面加兩條N0P指令，因此，真正的軟件陷阱由三條指令構(gòu)成，即N0PN0PLJMPERR例如，某8051系統(tǒng)共使用了三個中斷：INT0、T0和Tl，其中斷子程序分別為INT0P、TIMER0、TIMERl，可按下列方式設(shè)置軟件陷阱：0RG0000HLJMPMAIN0RG0003HLJMPINT0_P；INT0中斷入口N0PN0P；元余指令LJMPERR；陷阱0RG000BHLJMPTIMER0；T0中斷入口N0PN0P；冗余指令LJMPERR；陷阱0RG00

49、13HN0P；未使用的中斷N0PLJMPERR0RG00lBHLJMPTIMER1；T1中斷入口N0PN0PLJMPERR；陷阱MAIN：；主程序5.看門狗系統(tǒng)所謂看門狗技術(shù)（WATCHD0G），即“程序運行監(jiān)視系統(tǒng)”。程序運行時定期對“看門狗”還原一次（喂狗一次），當(dāng)程序彈飛到一個死循環(huán)時，CPU不能定期“喂狗”，“看門狗”將使程序強行復(fù)位，使之脫離死循環(huán)。這好比是主人養(yǎng)了一條狗，主人在正常干活的時候總是不忘每隔一段固定時間就給狗吃點東西，狗吃過東西后就安靜下來，不影響主人干活：如果主人打瞌睡，不干活了，到一定時間，狗餓了，發(fā)現(xiàn)主人還沒有給它吃東西，就會大叫起來，把主人喊醒。把“程序運行監(jiān)視

50、系統(tǒng)”稱為“看門狗”也就是這個意思。從這個比喻中可以看出，看門狗有如下特性。1）本身能獨立工作，基本上不依賴CPU。2）CPU在一個固定的時間間隔中和該系統(tǒng)打一次交道（喂一次狗），以表明系統(tǒng)“目前工作正?！?。3）當(dāng)CPU掉入死循環(huán)后，能及時發(fā)覺并使系統(tǒng)復(fù)位。在51系列中，許多增強型單片機如89S51己將看門狗系統(tǒng)做入芯片，使用起來比較方便：而89C51則必須由程序員自行建立外部看門狗電路。此部分內(nèi)容可參考相關(guān)資料，在此不再細述。知識鏈接單片機發(fā)展歷程8位單片機從1976年公布至今己30余年。以I；tel的8位單片機為例來了解單片機的發(fā)展歷史，其發(fā)展階段大致分為單片機探索階段，單片機完善階段，微控制器形成階段和微控制器完善階段。1.第一代：單片機探索階段工控領(lǐng)域?qū)τ嬎銠C提出了嵌入式應(yīng)用要求，首先是實現(xiàn)單芯片形態(tài)的計算機，以滿足構(gòu)成大量中小型智能化測控系統(tǒng)要求。因此，這階段的任務(wù)