1、登峰杯论文题 目：一种基于 C8051F410 芯片带校时功能的时钟 班 级: _09 电科_ 姓 名:_胡科迪_学 号:_一种基于 C8051F410 芯片带校时功能的时钟胡科迪（温州大学物理与电子信息工程学院，09 电科）摘要：本文主要介绍一种通过微处理器 C8051F410 来实现的、带有校时功能的时钟的设计和实现。它借助四个 8 段数码管来显示当前时间，包括分、秒以及分隔符号。该时钟工作稳定，误差较小。关键词：单片机，C8051F410，时钟，校时A Clock with the Function of Timing Based on Chip C8051F410Kedi Hu(Phy
2、sics and electronic information Engineering College of Wenzhou University, Electronic Information Science and Technology of 09)Abstract：This paper mainly introduce the design and realization of a clock with function of timing which is based on MCU C8051F410.It displays current time including minute,
3、second and separator with four eight-segment nixietubes.This clock works steadily with a low error.Keywords: single chip microcomputer,C8051F410,clock,timing.引言C8051F41x 器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型 MCU，它具有一下主要特性：1、 高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核（可达50MIPS） 2、 高精度可编程的24.5MHz内部振荡器 3、 4个通用的16位定时器 4、 硬件实时时钟（smaRTClock），
4、工作电压可低至1V，带64字节电池后备RAM和后备稳压器 由于它内部有高精度可编程的振荡器，我们可以通过对其特殊功能寄存器（SFR）的配置，完成计数定时，配合中断系统，设计出一个可以校正时间的电子时钟。.硬件设计A 数码管及数字显示数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，是单片机系统中最常用的一种显示输出，主要用于单片机控制中的数据输出和状态信息显示。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示） ，如图 1 所示；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数
5、码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，3相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。 。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图 1.八段数码管及其显示方式按照本设计要求，我们需要掌握数字 09 以及小数点的显示段码，参考图 2图 2.8 段 LED 数码
6、管字型字段编码表B 单片机电路原理图这里着重介绍单片机副板的原理图，如图 3 所示。8 脚的排针 J1 接入的八个电阻这里起到限流的作用，防止电流过大而烧坏数码管上的 LED 灯泡。4 个数码管的位置通过 CON4的四个引脚接入 C8051F410 的 I/O 端口来被单片机控制。图左下部分的 4 个按键这里用来校时。图 3. 副板电路原理图图 4 是整个单片机的连接实物图。图 4. 实物连接图5.代码设计A. 定时器 T0、T1C8051F41x 内部有 4 个 16 位计数器/定时器：其中两个与标准 8051 中的计数器/定时器兼容，另外两个是 16 位自动重装载定时器，可用于其他外设或作
7、为通用定时器使用。这些定时器可以用于测量时间间隔，对外部事件计数或产生周期性的中断请求。定时器0和定时器1有5个可选择的时钟源，由定时器时钟选择位（T1M-T0M）和时钟分频位（SCA1-SCA0）决定。时钟分频位定义一个分频时钟，作为定时器0和/或定时器1的时钟源。 定时器0和定时器1可以被配置为使用分频时钟或系统时钟。定时器2和定时器3可以使用系统时钟、系统时钟/12或外部振荡器时钟/8作为时钟源。 定时器 0 和定时器 1 可以工作在计数器方式。当作为计数器使用时，在为定时器所选择的输入引脚（T0 或 T1）上出现负跳变时计数器/定时器寄存器的值加 1。对事件计数的最大频率可达到系统时钟
8、频率的四分之一。输入信号不需要是周期性的，但在一个给定电平上的保持时间至少应为两个完整的系统时钟周期，以保证该电平能够被正确采样。计数器/定时器 T0、T1 都是一个 16 位的寄存器，在被访问时以两个字节的形式出现：一个低字节（TL0 或 TL1）和一个高字节（TH0 或 TH1） 。计数器/定时器控制寄存器（TCON）用于允许定时器 0 和定时器 1 以及指示它们的状态。通过将 IE 寄存器中的 ET0 位置 1 来允许定时器 0 中断，通过将 ET1 位置 1 来允许定时器 1 中断。这两个计数器/定时器都有四种工作方式，通过设置计数器/定时器方式寄存器（TMOD）中的方式选择位 T1M
9、1-T0M0 来选择工作方式，每个定时器都可以被独立配置。定时器 0 和定时器 1 几乎完全相同，有四种工作方式。在方式0，定时器0和定时器1被作为13位的计数器/定时器使用。图24.1给出了定时器0工作在方式0时的原理框图。下面介绍对定时器0的配置和操作。由于这两个定时器在工作上完全相同，定时器1的配置过程与定时器0一样。 TH0 寄存器保持 13 位计数器/定时器的 8 个 MSB，TL0 在 TL0.4-TL0.0 位置保持 5 个LSB。TL0 的高 3 位（TL0.7-TL0.5）是不确定的，在读计数值时应屏蔽掉或忽略这 3 位。作为 13 位定时器寄存器，计到 0x1FFF（全 1
10、）后再计一次将发生溢出，使计数值回到0x0000，此时定时器溢出标志 TF0（TCON.5）被置位并产生一个中断。方式 1 的操作与方式 0 完全一样，所不同的是计数器/定时器使用全部 16 位。用与方式 0 相同的方法允许和控制工作在方式 1 的计数器/定时器。这里我们选择工作方式 1，即16 位重载的方式。图 4 显示了工作方式 0 的原理。图 4.工作方式 0B. 按键问题经常会产生按键控制不稳定的现象，如显示为“5”时，按下K1 键一次，应该加一显示“6”，但显示“7”或“8”，甚至更多，为了保证工作稳定，我们添加代码来消去按键的抖动。其原理如图5所示。图5.消除按键抖动通常的按键所用
11、开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时,电压信号如下图。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms10ms。这是一个很重要的时间参数,在很多场合都要用到。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU 对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。按键的抖动,可用硬件或软件两种方法。7软件延时消抖：如果按键较多
12、,常用软件方法去抖，即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms10ms 的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms10ms 的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序C 运行在Keil环境下的程序代码这里我们借助Keil uVision4的环境在实现本设计的功能。主要代码如下：下面是前面的宏定义部分，增加整个程序的可读性。#include code unsigned char led_710=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;/LED显示代码c
13、ode unsigned char position4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /显示位置（改成4段）char time2,time_set2; / 时、分、秒计数和设置单元char dis_buff4; / 显示缓冲区，存放要显示的4 个字符的段码值char time_counter,key_stime_counter; / 时间计数单元，char clock_state = 4,return_time;bit point_on,set_on,time_1s_ok,key_stime_ok; /point_on秒显示标志#define SYSCLK /8 /时钟8分频#de
14、fine TIMER_TICKS_MS 2#define T2_RELOAD_CLOCKS SYSCLK/500 /2ms由前面宏定义的变量T2_RELOAD_CLOCKS可知，定时长度为1/500s,即2ms。定时部分程序，：void Timer2_Init(void)TMR2CN / Enable Timer2 in 16 auto-reload modeCKCON |= 0x10; / Timer2 uses SYSCLKTMR2RL = -T2_RELOAD_CLOCKS; TMR2 = TMR2RL; TMR2CN |= 0x04; /Start Timer2ET2 = 1; / T
15、imer2 interrupt enabled这里，posit以扫描的方式隔一定时间使4个数码管顺序轮流显示，但是扫描时间超出了人肉眼的分辨时间，所以它们看起来是处于常亮状态。P0来控制数码管的显示顺序，P1来控制单个数码管的显示字码。数码管显示程序如下：void display(void) static char posit=0;P0 = 0xff;P1 = led_7dis_buffposit;if (set_on / 校时闪烁if (point_on / 秒闪烁P0 = positionposit;if (+posit =4 )posit = 0;下段代码作用是把一个二位的十进制数的十位
16、和个位通过除10的取整取余得到十位数和个位数，再利用display(void)这个函数把它们转换成数码管上的显示段码。void time_to_disbuffer(char *time) / 时钟时间送显示缓冲区函数char i,j=0;for (i=0;i=5)key_stime_counter = 0;key_stime_ok = 1; / 10ms 到if (!(+time_counter % 25)9set_on = !set_on; / 设置校时闪烁标志if (time_counter = 100)time_counter = 0;time_1s_ok = 1; / 1s 到TF2H
17、 = 0;主程序主要部分：time_to_disbuffer(time);while (1)if (time_1s_ok) / 1 秒到time_1s_ok = 0;point_on = point_on; / 每1秒小数点闪烁标志if (+time0 = 60) / 秒加1，以下为时间调整time0 = 0;if (+time1 = 60)time1 = 0;if (+return_time = 10) if (clock_state = 4) time_to_disbuffer(time);if (clock_state != 4) if (clock_state = 1) time_se
18、t0 += 10;if (clock_state = 2) time_set1 += 1;if (clock_state = 3) time_set1 += 10;if (time_set0 = 60) time_set0-= 60; / 以下设置时间调整if (time_set1 = 60) time_set1-= 60;/以下省略时的调整time_to_disbuffer(time_set); / 设置时间送显示缓存.结果及结论通过C8051F410的仿真器，把在Keil 4下得到的代码载入芯片，实现了可以校正时间的电子时钟。每隔1S中间的分秒分隔小数点都会经历变暗或变灭，从而达到闪烁的效果。整个电子时钟工作稳定，按键校时功能可以按照预定地得到实现。但是由于指令周期考虑不全和硬件自身的原因易引起定时误差，该电子时钟存在着一定的误差，不过基本可以满足我们的设计要求。参考文献：1 潘琢金译.C8051F410/1/2/3 混合信号 ISP FLASH微控制器数据手册2 杨卫波.单片机原理与应用实践课程实验指导书.温州大学，20113 翟流顺.80C51单片机定时误差的分析.临沧师范高等专科学校学报，Vol.21 No.1 Apr.2011
