單片機電子時鐘程序設(shè)計

共用體除非必要，否則我們不推薦使用，枚舉的用法比較簡單，在本書 19 章的項目實踐中有很好的示例，這節(jié)課我們先來練習(xí)一下結(jié)構(gòu)體的使用。下邊這個程序的功能是一個帶日期的電子鐘，相當于一個簡易萬年歷了，并且加入了按鍵調(diào)時功能。學(xué)有余力的同學(xué)看到這里，不妨先不看我們提供的代碼，自己寫寫試試。如果能夠獨立寫一個按鍵可調(diào)的萬年歷程序，單片機可以說基本入門了。如果自己還不能夠獨立完成這個程序，那么還是老規(guī)矩，先抄并且理解，而后自己獨立默寫出來，并且要邊默寫邊理解。

本例直接忽略了星期這項內(nèi)容，通過上、下、左、右、回車、ESC 這 6 個按鍵可以調(diào)整時間。這也是一個具有綜合練習(xí)性質(zhì)的實例，雖然在功能實現(xiàn)上沒有多少難度，但要進行的操作卻比較多而且煩瑣，同學(xué)們可以從中體會到把繁雜的功能實現(xiàn)分解為一步步函數(shù)操作的必要性以及方便靈活性。簡單說一下這個程序的幾個要點，方便大家閱讀理解程序。

把 DS1302 的底層操作封裝為一個 DS1302.c 文件，對上層應(yīng)用提供基本的實時時間的操作接口，這個文件也是我們的又一個功能模塊了，我們的積累也越來越多了。
定義一個結(jié)構(gòu)體類型 sTime 用來封裝日期時間的各個元素，又用該結(jié)構(gòu)體定義了一個時間緩沖區(qū)變量 bufTime 來暫存從 DS1302 讀出的時間和設(shè)置時間時的設(shè)定值。需要注意的是在其它文件中要使用這個結(jié)構(gòu)體變量時，必須首先再聲明一次 sTime 類型；
定義一個變量 setIndex 來控制當前是否處于設(shè)置時間的狀態(tài)，以及設(shè)置時間的哪一位，該值為 0 就表示正常運行，1～12 分別代表可以修改日期時間的 12 個位；
由于這節(jié)課的程序功能要進行時間調(diào)整，用到了 1602 液晶的光標功能，添加了設(shè)置光標的函數(shù)，我們要改變哪一位的數(shù)字，就在 1602 對應(yīng)位置上進行光標閃爍，所以 Lcd1602.c在之前文件的基礎(chǔ)上添加了兩個控制光標的函數(shù)；
時間的顯示、增減、設(shè)置移位等上層功能函數(shù)都放在 main.c 中來實現(xiàn)，當按鍵需要這些函數(shù)時則在按鍵文件中做外部聲明，這樣做是為了避免一組功能函數(shù)分散在不同的文件內(nèi)而使程序顯得凌亂。

/***************************DS1302.c 文件程序源代碼*****************************/
#include <reg52.h> 
sbit DS1302_CE = P1^7; 
sbit DS1302_CK = P3^5; 
sbit DS1302_IO = P3^4; 
struct sTime { //日期時間結(jié)構(gòu)體定義 
unsigned int year; //年 
unsigned char mon; //月 
unsigned char day; //日 
unsigned char hour; //時 
unsigned char min; //分 
unsigned char sec; //秒 
unsigned char week; //星期 
}; 
/* 發(fā)送一個字節(jié)到 DS1302 通信總線上 */
void DS1302ByteWrite(unsigned char dat){ 
unsigned char mask; 
for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1){ //低位在前，逐位移出 
if ((mask&dat) != 0){ //首先輸出該位數(shù)據(jù) 
DS1302_IO = 1; 
}else{ 
DS1302_IO = 0; 
} 
DS1302_CK = 1; //然后拉高時鐘 
DS1302_CK = 0; //再拉低時鐘，完成一個位的操作 
} 
DS1302_IO = 1; //最后確保釋放 IO 引腳 
} 
/* 由 DS1302 通信總線上讀取一個字節(jié) */
unsigned char DS1302ByteRead(){ 
unsigned char mask; 
unsigned char dat = 0; 
for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1){ //低位在前，逐位讀取 
if (DS1302_IO != 0){ //首先讀取此時的 IO 引腳，并設(shè)置 dat 中的對應(yīng)位 
dat |= mask; 
} 
DS1302_CK = 1; //然后拉高時鐘 
DS1302_CK = 0; //再拉低時鐘，完成一個位的操作 
} 
return dat; //最后返回讀到的字節(jié)數(shù)據(jù) 
} 
/* 用單次寫操作向某一寄存器寫入一個字節(jié)，reg-寄存器地址，dat-待寫入字節(jié) */
void DS1302SingleWrite(unsigned char reg, unsigned char dat){ 
DS1302_CE = 1; //使能片選信號 
DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x80); //發(fā)送寫寄存器指令 
DS1302ByteWrite(dat); //寫入字節(jié)數(shù)據(jù) 
DS1302_CE = 0; //除能片選信號 
} 
/* 用單次讀操作從某一寄存器讀取一個字節(jié)，reg-寄存器地址，返回值-讀到的字節(jié) */
unsigned char DS1302SingleRead(unsigned char reg){ 
unsigned char dat; 
DS1302_CE = 1; //使能片選信號 
DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x81); //發(fā)送讀寄存器指令 
dat = DS1302ByteRead(); //讀取字節(jié)數(shù)據(jù) 
DS1302_CE = 0; //除能片選信號 
return dat; 
} 
/* 用突發(fā)模式連續(xù)寫入 8 個寄存器數(shù)據(jù)，dat-待寫入數(shù)據(jù)指針 */
void DS1302BurstWrite(unsigned char *dat){ 
unsigned char i; 
DS1302_CE = 1; 
DS1302ByteWrite(0xBE); //發(fā)送突發(fā)寫寄存器指令 
for (i=0; i<8; i++){ //連續(xù)寫入 8 字節(jié)數(shù)據(jù) 
DS1302ByteWrite(dat[i]); 
} 
DS1302_CE = 0; 
} 
/* 用突發(fā)模式連續(xù)讀取 8 個寄存器的數(shù)據(jù)，dat-讀取數(shù)據(jù)的接收指針 */
void DS1302BurstRead(unsigned char *dat){ 
unsigned char i; 
DS1302_CE = 1; 
DS1302ByteWrite(0xBF); //發(fā)送突發(fā)讀寄存器指令 
for (i=0; i<8; i++){ //連續(xù)讀取 8 個字節(jié) 
dat[i] = DS1302ByteRead(); 
} 
DS1302_CE = 0; 
} 
/* 獲取實時時間，即讀取 DS1302 當前時間并轉(zhuǎn)換為時間結(jié)構(gòu)體格式 */
void GetRealTime(struct sTime *time){ 
unsigned char buf[8]; 
DS1302BurstRead(buf); 
time->year = buf[6] + 0x2000; 
time->mon = buf[4]; 
time->day = buf[3]; 
time->hour = buf[2]; 
time->min = buf[1]; 
time->sec = buf[0]; 
time->week = buf[5]; 
} 
/* 設(shè)定實時時間，時間結(jié)構(gòu)體格式的設(shè)定時間轉(zhuǎn)換為數(shù)組并寫入 DS1302 */
void SetRealTime(struct sTime *time){ 
unsigned char buf[8]; 
buf[7] = 0; 
buf[6] = time->year; 
buf[5] = time->week; 
buf[4] = time->mon; 
buf[3] = time->day; 
buf[2] = time->hour; 
buf[1] = time->min; 
buf[0] = time->sec; 
DS1302BurstWrite(buf); 
} 
/* DS1302 初始化，如發(fā)生掉電則重新設(shè)置初始時間 */
void InitDS1302(){ 
unsigned char dat; 
struct sTime code InitTime[] = { //2013 年 10 月 8 日 12:30:00 星期二 
0x2013,0x10,0x08, 0x12,0x30,0x00, 0x02 
}; 
DS1302_CE = 0; //初始化 DS1302 通信引腳 
DS1302_CK = 0; 
dat = DS1302SingleRead(0); //讀取秒寄存器 
if ((dat & 0x80) != 0){ //由秒寄存器最高位 CH 的值判斷 DS1302 是否已停止 
DS1302SingleWrite(7, 0x00); //撤銷寫保護以允許寫入數(shù)據(jù) 
SetRealTime(&InitTime); //設(shè)置 DS1302 為默認的初始時間 
} 
}

DS1302.c 最終向外提供出與具體時鐘芯片寄存器位置無關(guān)的、由時間結(jié)構(gòu)類型 sTime 作為接口的實時時間的讀取和設(shè)置函數(shù)，如此處理體現(xiàn)了我們前面提到過的層次化編程的思想。應(yīng)用層可以不關(guān)心底層實現(xiàn)細節(jié)，底層實現(xiàn)的改變也不會對應(yīng)用層造成影響，比如說日后你可能需要換一款時鐘芯片，而它與 DS1302 的操作和時間寄存器順序是不同的，那么你需要做的也僅是針對這款新的時鐘芯片設(shè)計出底層操作函數(shù)，最終提供出同樣的以 sTime 為接口的操作函數(shù)即可，應(yīng)用層無需做任何的改動。

/***************************Lcd1602.c 文件程序源代碼*****************************/
#include <reg52.h> 
#define LCD1602_DB P0 
sbit LCD1602_RS = P1^0; 
sbit LCD1602_RW = P1^1; 
sbit LCD1602_E = P1^5; 
/* 等待液晶準備好 */
void LcdWaitReady(){ 
unsigned char sta; 
LCD1602_DB = 0xFF; 
LCD1602_RS = 0; 
LCD1602_RW = 1; 
do { 
LCD1602_E = 1; 
sta = LCD1602_DB; //讀取狀態(tài)字 
LCD1602_E = 0; 
} while (sta & 0x80); //bit7 等于 1 表示液晶正忙，重復(fù)檢測直到其等于 0 為止 
} 
/* 向 LCD1602 液晶寫入一字節(jié)命令，cmd-待寫入命令值 */
void LcdWriteCmd(unsigned char cmd){ 
LcdWaitReady(); 
LCD1602_RS = 0; 
LCD1602_RW = 0; 
LCD1602_DB = cmd; 
LCD1602_E = 1; 
LCD1602_E = 0; 
} 
/* 向 LCD1602 液晶寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)，dat-待寫入數(shù)據(jù)值 */
void LcdWriteDat(unsigned char dat){ 
LcdWaitReady(); 
LCD1602_RS = 1; 
LCD1602_RW = 0; 
LCD1602_DB = dat; 
LCD1602_E = 1; 
LCD1602_E = 0; 
} 
/* 設(shè)置顯示 RAM 起始地址，亦即光標位置，(x,y)-對應(yīng)屏幕上的字符坐標 */
void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y){ 
unsigned char addr; 
if (y == 0){ //由輸入的屏幕坐標計算顯示 RAM 的地址 
addr = 0x00 + x; //第一行字符地址從 0x00 起始 
}else{ 
addr = 0x40 + x; //第二行字符地址從 0x40 起始 
} 
LcdWriteCmd(addr | 0x80); //設(shè)置 RAM 地址 
} 
/* 在液晶上顯示字符串，(x,y)-對應(yīng)屏幕上的起始坐標，str-字符串指針 */
void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str){ 
LcdSetCursor(x, y); //設(shè)置起始地址 
while (*str != '\0'){ //連續(xù)寫入字符串數(shù)據(jù)，直到檢測到結(jié)束符 
LcdWriteDat(*str++); 
} 
} 
/* 打開光標的閃爍效果 */
void LcdOpenCursor(){ 
LcdWriteCmd(0x0F); 
} 
/* 關(guān)閉光標顯示 */
void LcdCloseCursor(){ 
LcdWriteCmd(0x0C); 
} 
/* 初始化 1602 液晶 */
void InitLcd1602(){ 
LcdWriteCmd(0x38); //16*2 顯示，5*7 點陣，8 位數(shù)據(jù)接口 
LcdWriteCmd(0x0C); //顯示器開，光標關(guān)閉 
LcdWriteCmd(0x06); //文字不動，地址自動+1 
LcdWriteCmd(0x01); //清屏 
}

為了本例的具體需求，在之前文件的基礎(chǔ)上添加兩個控制光標效果打開和關(guān)閉的函數(shù)，雖然函數(shù)都很簡單，但為了保持程序整體上良好的模塊化和層次化，還是應(yīng)該在液晶驅(qū)動文件內(nèi)以函數(shù)的形式提供，而不是由應(yīng)用層代碼直接來調(diào)用具體的液晶寫命令操作。
/***************************keyboard.c 文件程序源代碼****************************/
（此處省略，可參考之前章節(jié)的代碼）

/*****************************main.c 文件程序源代碼******************************/
#include <reg52.h> 
struct sTime { //日期時間結(jié)構(gòu)體定義 
unsigned int year; 
unsigned char mon; 
unsigned char day; 
unsigned char hour; 
unsigned char min; 
unsigned char sec; 
unsigned char week; 
}; 
bit flag200ms = 1; //200ms 定時標志 
struct sTime bufTime; //日期時間緩沖區(qū) 
unsigned char setIndex = 0; //時間設(shè)置索引 
unsigned char T0RH = 0; //T0 重載值的高字節(jié) 
unsigned char T0RL = 0; //T0 重載值的低字節(jié) 
void ConfigTimer0(unsigned int ms); 
void RefreshTimeShow(); 
extern void InitDS1302(); 
extern void GetRealTime(struct sTime *time); 
extern void SetRealTime(struct sTime *time); 
extern void KeyScan(); 
extern void KeyDriver(); 
extern void InitLcd1602(); 
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str); 
extern void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y); 
extern void LcdOpenCursor(); 
extern void LcdCloseCursor(); 
void main(){ 
unsigned char psec=0xAA; //秒備份，初值 AA 確保首次讀取時間后會刷新顯示 
EA = 1; //開總中斷 
ConfigTimer0(1); //T0 定時 1ms 
InitDS1302(); //初始化實時時鐘 
InitLcd1602(); //初始化液晶 
//初始化屏幕上固定不變的內(nèi)容 
LcdShowStr(3, 0, "20 - - "); 
LcdShowStr(4, 1, " : : "); 
while (1){ 
KeyDriver(); //調(diào)用按鍵驅(qū)動 
if (flag200ms && (setIndex == 0)){ //每隔 200ms 且未處于設(shè)置狀態(tài)時， 
flag200ms = 0; 
GetRealTime(&bufTime); //獲取當前時間 
if (psec != bufTime.sec){ //檢測到時間有變化時刷新顯示 
RefreshTimeShow(); 
psec = bufTime.sec; //用當前值更新上次秒數(shù) 
} 
} 
} 
} 
/* 將一個 BCD 碼字節(jié)顯示到屏幕上，(x,y)-屏幕起始坐標，bcd-待顯示 BCD 碼 */
void ShowBcdByte(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char bcd){ 
unsigned char str[4]; 
str[0] = (bcd >> 4) + '0'; 
str[1] = (bcd&0x0F) + '0'; 
str[2] = '\0'; 
LcdShowStr(x, y, str); 
} 
/* 刷新日期時間的顯示 */
void RefreshTimeShow(){ 
ShowBcdByte(5, 0, bufTime.year); 
ShowBcdByte(8, 0, bufTime.mon); 
ShowBcdByte(11, 0, bufTime.day); 
ShowBcdByte(4, 1, bufTime.hour); 
ShowBcdByte(7, 1, bufTime.min); 
ShowBcdByte(10, 1, bufTime.sec); 
} 
/* 刷新當前設(shè)置位的光標指示 */
void RefreshSetShow(){ 
switch (setIndex){ 
case 1: LcdSetCursor(5, 0); break; 
case 2: LcdSetCursor(6, 0); break; 
case 3: LcdSetCursor(8, 0); break; 
case 4: LcdSetCursor(9, 0); break; 
case 5: LcdSetCursor(11, 0); break; 
case 6: LcdSetCursor(12, 0); break; 
case 7: LcdSetCursor(4, 1); break; 
case 8: LcdSetCursor(5, 1); break; 
case 9: LcdSetCursor(7, 1); break; 
case 10: LcdSetCursor(8, 1); break; 
case 11: LcdSetCursor(10, 1); break; 
case 12: LcdSetCursor(11, 1); break; 
default: break; 
} 
} 
/* 遞增一個 BCD 碼的高位 */
unsigned char IncBcdHigh(unsigned char bcd){ 
if ((bcd&0xF0) < 0x90){ 
bcd += 0x10; 
}else{ 
bcd &= 0x0F; 
} 
return bcd; 
} 
/* 遞增一個 BCD 碼的低位 */
unsigned char IncBcdLow(unsigned char bcd){ 
if ((bcd&0x0F) < 0x09){ 
bcd += 0x01; 
}else{ 
bcd &= 0xF0; 
} 
return bcd; 
} 
/* 遞減一個 BCD 碼的高位 */
unsigned char DecBcdHigh(unsigned char bcd){ 
if ((bcd&0xF0) > 0x00){ 
bcd -= 0x10; 
}else{ 
bcd |= 0x90; 
} 
return bcd; 
} 
/* 遞減一個 BCD 碼的低位 */
unsigned char DecBcdLow(unsigned char bcd){ 
if ((bcd&0x0F) > 0x00){ 
bcd -= 0x01; 
}else{ 
bcd |= 0x09; 
} 
return bcd; 
} 
/* 遞增時間當前設(shè)置位的值 */
void IncSetTime(){ 
switch (setIndex){ 
case 1: bufTime.year = IncBcdHigh(bufTime.year); break; 
case 2: bufTime.year = IncBcdLow(bufTime.year); break; 
case 3: bufTime.mon = IncBcdHigh(bufTime.mon); break; 
case 4: bufTime.mon = IncBcdLow(bufTime.mon); break; 
case 5: bufTime.day = IncBcdHigh(bufTime.day); break; 
case 6: bufTime.day = IncBcdLow(bufTime.day); break; 
case 7: bufTime.hour = IncBcdHigh(bufTime.hour); break; 
case 8: bufTime.hour = IncBcdLow(bufTime.hour); break; 
case 9: bufTime.min = IncBcdHigh(bufTime.min); break; 
case 10: bufTime.min = IncBcdLow(bufTime.min); break; 
case 11: bufTime.sec = IncBcdHigh(bufTime.sec); break; 
case 12: bufTime.sec = IncBcdLow(bufTime.sec); break; 
default: break; 
} 
RefreshTimeShow(); 
RefreshSetShow(); 
} 
/* 遞減時間當前設(shè)置位的值 */
void DecSetTime(){ 
switch (setIndex){ 
case 1: bufTime.year = DecBcdHigh(bufTime.year); break; 
case 2: bufTime.year = DecBcdLow(bufTime.year); break; 
case 3: bufTime.mon = DecBcdHigh(bufTime.mon); break; 
case 4: bufTime.mon = DecBcdLow(bufTime.mon); break; 
case 5: bufTime.day = DecBcdHigh(bufTime.day); break; 
case 6: bufTime.day = DecBcdLow(bufTime.day); break; 
case 7: bufTime.hour = DecBcdHigh(bufTime.hour); break; 
case 8: bufTime.hour = DecBcdLow(bufTime.hour); break; 
case 9: bufTime.min = DecBcdHigh(bufTime.min); break; 
case 10: bufTime.min = DecBcdLow(bufTime.min); break; 
case 11: bufTime.sec = DecBcdHigh(bufTime.sec); break; 
case 12: bufTime.sec = DecBcdLow(bufTime.sec); 
default: break; 
} 
RefreshTimeShow(); 
RefreshSetShow(); 
} 
/* 右移時間設(shè)置位 */
void RightShiftTimeSet(){ 
if (setIndex != 0){ 
if (setIndex < 12){ 
setIndex++; 
}else{ 
setIndex = 1; 
} 
RefreshSetShow(); 
} 
} 
/* 左移時間設(shè)置位 */
void LeftShiftTimeSet(){ 
if (setIndex != 0){ 
if (setIndex > 1){ 
setIndex--; 
}else{ 
setIndex = 12; 
} 
RefreshSetShow(); 
} 
} 
/* 進入時間設(shè)置狀態(tài) */
void EnterTimeSet(){ 
setIndex = 2; //把設(shè)置索引設(shè)置為 2，即可進入設(shè)置狀態(tài) 
LeftShiftTimeSet(); //再利用現(xiàn)成的左移操作移到位置 1 并完成顯示刷新 
LcdOpenCursor(); //打開光標閃爍效果 
} 
/* 退出時間設(shè)置狀態(tài)，save-是否保存當前設(shè)置的時間值 */
void ExitTimeSet(bit save){ 
setIndex = 0; //把設(shè)置索引設(shè)置為 0，即可退出設(shè)置狀態(tài) 
if (save){ //需保存時即把當前設(shè)置時間寫入 DS1302 
SetRealTime(&bufTime); 
} 
LcdCloseCursor(); //關(guān)閉光標顯示 
} 
/* 按鍵動作函數(shù)，根據(jù)鍵碼執(zhí)行相應(yīng)的操作，keycode-按鍵鍵碼 */
void KeyAction(unsigned char keycode){ 
if ((keycode>='0') && (keycode<='9')){ //本例中不響應(yīng)字符鍵 
}else if (keycode == 0x26){ //向上鍵，遞增當前設(shè)置位的值 
IncSetTime(); 
}else if (keycode == 0x28){ //向下鍵，遞減當前設(shè)置位的值 
DecSetTime(); 
}else if (keycode == 0x25){ //向左鍵，向左切換設(shè)置位 
LeftShiftTimeSet(); 
}else if (keycode == 0x27){ //向右鍵，向右切換設(shè)置位 
RightShiftTimeSet(); 
}else if (keycode == 0x0D){ //回車鍵，進入設(shè)置模式/啟用當前設(shè)置值 
if (setIndex == 0){ //不處于設(shè)置狀態(tài)時，進入設(shè)置狀態(tài) 
EnterTimeSet(); 
}else{ //已處于設(shè)置狀態(tài)時，保存時間并退出設(shè)置狀態(tài) 
ExitTimeSet(1); 
} 
}else if (keycode == 0x1B){ //Esc 鍵，取消當前設(shè)置 
ExitTimeSet(0); 
} 
} 
/* 配置并啟動 T0，ms-T0 定時時間 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms){ 
unsigned long tmp; //臨時變量 
tmp = 11059200 / 12; //定時器計數(shù)頻率 
tmp = (tmp * ms) / 1000; //計算所需的計數(shù)值 
tmp = 65536 - tmp; //計算定時器重載值 
tmp = tmp + 28; //補償中斷響應(yīng)延時造成的誤差 
T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定時器重載值拆分為高低字節(jié) 
T0RL = (unsigned char)tmp; 
TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位 
TMOD |= 0x01; //配置 T0 為模式 1 
TH0 = T0RH; //加載 T0 重載值 
TL0 = T0RL; 
ET0 = 1; //使能 T0 中斷 
TR0 = 1; //啟動 T0 
} 
/* T0 中斷服務(wù)函數(shù)，執(zhí)行按鍵掃描和 200ms 定時 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{ 
static unsigned char tmr200ms = 0; 
TH0 = T0RH; //重新加載重載值 
TL0 = T0RL; 
KeyScan(); //按鍵掃描 
tmr200ms++; 
if (tmr200ms >= 200){ //定時 200ms 
tmr200ms = 0; 
flag200ms = 1; 
} 
}

main.c 主文件，負責(zé)所有應(yīng)用層的功能實現(xiàn)，文件比較長，還是那句話“不難但比較煩瑣”，希望對具體問題分析細化能力還不太強的同學(xué)們把這個文件多練習(xí)幾遍，學(xué)習(xí)一下其中把具體問題逐步細化并一步步實現(xiàn)出來的編程思想，多進行此類練習(xí)，鍛煉程序思維能力，將來遇到具體項目設(shè)計需求的時候，你很快就可以找到方法并實現(xiàn)它們了。

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單片機電子時鐘程序設(shè)計

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