简易秒表的制作

1．实训目的
（1）利用单片机定时器中断和定时器计数方式实现秒、分定时。
（2）通过LED显示程序的调整，熟悉8155与8051，8155与LED的接口技术，熟悉LED动态显示的控制过程。
（3）通过键盘程序的调整，熟悉8155与矩阵式键盘的接口技术，熟悉键盘扫描原理。
（4）通过阅读和调试简易秒表整体程序，学会如何编制含LED动态显示、键盘扫描和定时器中断等多种功能的综合程序，初步体会大型程序的编制和调试技巧。
2．实训设备与器件
（1）实训设备：单片机开发系统、微机。
（2）实训器件：实训电路板1套。
3． 实训步骤与要求
（1）要求：利用实训电路板，以8位LED右边2位显示秒，左边6位显示0，实现秒表计时显示。以4×4矩阵键盘的KE0、KE1、KE2等3键分别实现启动、停止、清零等功能。
（2）方法：用单片机定时器T0中断方式，实现1秒定时；利用单片机定时器1方式3计数，实现60秒计数。用动态显示方式实现秒表计时显示，用键盘扫描方式取得KE0、KE1、KE2的键值，用键盘处理程序实现秒表的启动、停止、清零等功能。
（3）实验线路分析：采用实训电路板，其原理图参见附录。8位LED显示的位码由8155的PA口输出，段码由8155的PB口输出，PB口线与LED之间接有200Ω限流电阻，LED为共阴极数码管，LED显示方式为动态显示方式。4×4矩阵键盘的行线经5.1KΩ电阻上拉后与8155PC口的PC0~PC3口线相连，列线与8155PA口的PA0~PA3口线相连。8155的控制口地址为4400H，PA口地址为4401H，PB口地址为4402H，PC口地址为4403H。系统本采用11.0592MHz的晶振，本实训应改为12MHz晶振，以方便定时。
（4）软件设计：软件整体设计思路是以键盘扫描和键盘处理作为主程序，LED动态显示作为子程序。二者间的联系是：主程序查询有无按键，无按键时，调用二次LED动态显示子程序（约延时8ms）后再回到按键查询状态，不断循环；有按键时，LED动态显示子程序作为按键防抖延时被连续调用二次（约延时16ms），待按键处理程序执行完后，再回到按键查询状态，同时兼顾了按键扫描取值的准确性和LED动态显示的稳定性。秒定时采用定时器T0中断方式进行，60秒计数由定时器1采用方式3完成，中断及计数的开启与关闭受控于按键处理程序。由上述设计思路可设计出软件流程图如图7.1所示。
（5）程序编制：编程时置KE0键为“启动”，置KE1键为“停止”，置KE2键为“清零”，因按键较少，在处理按键值时未采用散转指令“JMP”，而是采用条件转移指令“CJNE”，每条指令后紧跟着一条无条件跳转指令“AJMP”，转至相应的按键处理程序，如不是上述3个按键值则跳回按键查询状态。8位LED显示的数据由显示缓冲区30H~37H单元中的数据决定，顺序是从左至右，动态显示时，每位显示持续时间为1ms，1ms延时由软件实现，8位显示约耗时8ms。主程序、按键查询子程序采用第0组工作寄存器，显示子程序采用第1组工作寄存器。1秒定时采用定时器T0方式1中断，每50ms中断一次，用21H做50 ms计数单元，每20次为一个循环，计满20次，60秒计数单元（20H）计数1次。60秒计数采用定时器T1方式2计数，计数脉冲采用软件置位、复位P3.5口的方法实现，用20H单元做60秒计数单元，如定时器T1溢出，则20H单元被清零，20H单元的数据采用十进制计数，该数据被拆成个位和十位两个数据后分别送至显示缓冲区的30H、31H单元。

图7.1 简易秒表软件流程图
按照上述思路可编制源程序如下：
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 000BH
AJMP CONT
；◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇主程序◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇
；――――――――――初始化程序――――――――――――
MAIN： MOV TMOD，#61H ；置T0方式1定时，T1方式2计数
MOV TH0，#3CH ；T0置初值
MOV TL0，#0B0H
MOV TH1，#0C4H ；T1置初值
MOV TL1，#0C4H
MOV DPTR，#4400H ；8155控制口地址送DPTR
MOV A，#43H ；设置8155工作方式字
MOVX @DPTR，A ；设置PA、PB口输出，PC口输入
MOV 20H，#00H ；60秒计数单元置初值
MOV 21H，#14H ；50ms计数单元置初值
MOV SP，#3FH ；堆栈指针置初值
MOV R2，#08H ；LED待显示位数送R2
MOV R0，#30H ；显示缓冲区首址送R0
STAR： MOV @R0，#00H ；显示缓冲区清零
INC R0
DJNZ R2，STAR
CLR A ；累加器清零
；―――――――――――键盘查询程序――――――――――
KEY： ACALL KS ；调按键查询子程序判是否有键按下 JNZ K1 ；有键按下转移
ACALL DISP ；无键按下，调显示子程序延时
AJMP KEY ；继续查询按键
；―――――――――――键盘扫描程序――――――――――
K1： ACALL DISP ；键盘去抖延时
ACALL DISP
ACALL KS ；再次判别是否有键按下
JNZ K2 ；有键按下转移
AJMP KEY ；无按键，误读，继续查询按键
K2： MOV R3，#0FEH ；首列扫描字送R3
MOV R4，#00H ；首列号送R4
K3： MOV DPTR，#4401H ；PA口地址送DPTR，开始列扫描
MOV A，R3
MOVX @DPTR，A ；列扫描字送PA口
INC DPTR ；指向PC口
INC DPTR
MOVX A，@DPTR ；读取行扫描值
JB ACC.0，L1 ；第0行无键按下，转查第1行
MOV A，#00H ；第0行有键按下，行首键号送A
AJMP LK ；转求键号
L1： JB ACC.1，L2 ；第1行无键按下，转查第2行
MOV A，#08H ；第1行有键按下，行首键号送A
AJMP LK ；转求键号
L2： JB ACC.2，L3 ；第2行无键按下，转查第3行
MOV A，#10H ；第2行有键按下，行首键号送A
AJMP LK ；转求键号
L3： JB ACC.3，NEXT ；第3行无键按下，转查下一列
MOV A，#18H ；第3行有键按下，行首键号送A
AJMP LK
LK： ADD A，R4 ；形成键码送A
PUSH ACC ；键码入栈保护
K4： ACALL DISP
ACALL KS ；等待键释放
JNZ K4 ；未释放，等待
POP ACC ；键释放，弹栈送A
AJMP PR ；转键盘处理程序

NEXT： INC R4 ；修改列号
MOV A，R3
JNB ACC.3，KEY ；4列扫描完返回按键查询状态
RL A ；未扫描完，改为下列扫描字
MOV R3，A ；扫描字暂存R3
AJMP K3 ；转列扫描程序
；―――――――――――键盘处理程序―――――――――――――――
PR： CJNE A，#00H，PR01 ；不是KE0键码，转KE1键
AJMP KE0 ；转KE0键处理程序
PR01： CJNE A，#01H，PR02 ；不是KE1键码，转KE2键
AJMP KE1 ；转KE1键处理程序
PR02： CJNE A，#02H，PR03 ；不是KE2键码，返回按键查询
AJMP KE2 ；转KE2键处理程序
PR03： AJMP KEY
KE0： SETB TR0 ；启动定时器T0
SETB TR1 ；启动定时器T1
SETB ET0 ；允许定时器T0中断
SETB EA ；开中断
AJMP KEY ；返回键盘查询状态
KE1： CLR EA ；关中断
CLR ET0 ；禁止定时器T0中断
CLR TR1 ；关定时器T1
CLR TR0 ；关定时器T0
AJMP KEY
KE2： CLR EA ；关中断
AJMP MAIN ；返回主程序进行初始化
；――――――――――按键查询子程序――――――――――――――
KS： MOV DPTR，#4401H ；置8155PA口地址
MOV A，#00H
MOVX @DPTR，A ；全扫描字#00H送PA口
INC DPTR ；指向PC口
INC DPTR
MOVX A，@DPTR ；读入PC口状态
CPL A ；变正逻辑，高电平表示有键按下
ANL A，#0FH ；屏蔽高4位
RET ；返回，A≠0表示有键按下
；―――――――――LED动态显示子程序―――――――――――――
DISP： PUSH ACC ；A入栈保护
SETB RS0 ；保护第0组工作寄存器,启用第1组工作寄存器
MOV R2，#08H ；LED待显示位数送R2
MOV R1，#00H ；设定显示时间
MOV R3，#7FH ；选中最右端LED
MOV R0，#30H ；显示缓冲区首址送R0
MOV A，@R0 ；秒显示个位送A
DISP1： MOV DPTR，#TAB ；指向字形表首址
MOVC A，@A+DPTR ；查表取得字形码
MOV DPTR，#4402H ；指向8155PB口（段码口）
MOVX @DPTR，A ；字形码送PB口
MOV A，R3 ；取位选字
MOV DPTR，#4401H ；指向8155PA口（位选口）
MOVX @DPTR，A ；位码送PA口
DJNZ R1，$ ；延时0.5ms
DJNZ R1，$ ；延时0.5ms
RR A ；位选字移位
MOV R3，A ；移位后的位选字送R3
INC R0 ；指向下一位缓冲区地址
MOV A，@R0 ；缓冲区数据送A
DJNZ R2，DISP1 ；未扫描完，继续循环
CLR RS0 ；恢复第0组工作寄存器
POP ACC ；A弹栈，恢复现场
RET
TAB： DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H ；共阴极LED字形表
DB 6DH，7DH，07H，7FH，6FH
；――――――――――定时器中断服务程序―――――――――――――
CONT： PUSH ACC ；保护现场
MOV TH0，#3CH ；定时器T1重置初值
MOV TL0，#0B0H
MOV A，20H ；秒计数器送A
AJMP CONT1
REN： AJMP REN1
CONT1： DJNZ 21H，REN ；1秒定时未到，中断返回
MOV 21H，#14H ；重置50ms计数初值
CLR P3.5 ；软件产生定时器T1计数脉冲
NOP
NOP
SETB P3.5
INC A ；1秒计数值加1
DA A ；换算为10进制计数
JBC TF1，CONT2 ；60秒到，转清零
CONT3： MOV 20H，A ；计数值送60秒计数单元20H
ANL A，#0FH ；屏蔽高4位
MOV 30H，A ；秒表个位待显示数据送显示缓冲区
MOV A，20H
SWAP A ；60秒计数单元高、低4位数据互换
ANL A，#0FH ；屏蔽高4位
MOV 31H，A ；秒表十位待显示数据送显示缓冲区
AJMP REN1
CONT2： MOV A，#00H
AJMP CONT3
REN1： POP ACC ；恢复现场
RET ；中断返回
END
4． 实训总结与分析
（1）例5.4与本实训相比，二者均是秒表，但差别较大。前者采用发光二极管显示，后者采用七段码LED（俗称数码管），后者显示更直观；前者计时采用软件延时，后者采用定时器中断，后者更准确；前者功能单一，程序一旦开始运行，中间过程无法控制，后者功能齐全，可随时启动、停止、清零，后者智能化程度更高。综上所述，后者更实用。

（2）设计、调试大型程序时，需先根据要求划分模块，优化结构；再根据各模块特点确定何为主程序，何为子程序，何为中断服务程序，相互间如何调用；再根据各模块性质和功能将各模块细化，设计出程序流程图；最后才根据各模块流程图编制具体程序。调试时应先调主程序，实现最基本最主要的功能，在此基础上再将各模块功能往主程序上堆砌，直至各模块联调、统调，实现全部功能。本实训将整个程序划分为键盘程序，动态显示程序，秒计时程序三大模块，根据各自的特点确定键盘程序为主程序，动态显示程序为子程序，秒计时程序为定时器中断服务程序。主程序又细分为初始化程序，键盘查询程序，键盘扫描程序，键盘处理程序四大部分。三大模块之间的关系是：键盘程序在无键按下时，不断调用动态显示子程序；在有键按下时，先调用动态显示子程序消抖，再进入键盘处理程序，控制中断服务程序的运行；处理完毕后，再不断调用动态显示子程序。经上述处理后，三大模块运行协调一致，既保持了动态显示的稳定性，又保持了键盘的可靠性，还保持了秒计时的准确性，较好地实现了全部功能。
（3）本实训只用到实验线路板8位LED显示中的两位，只用到4×4键盘16个按键中的3个，因此，其功能还有较大的扩展空间。只要将上述程序稍加改动即可实现秒、分、时、日显示，并可作全方位修改的实时时钟。如增加LED显示位数或将显示改为LCD显示模块，可实现年、月、周、日、时、分、秒显示。