PIC 数字电子时钟设计

4.4.1  程序流程图

首先来看看整个程序的流程图。对整个程序的流程、功能有了全面掌握之后，我们才能全盘考虑，才能写出好的代码，减少BUG的出现。

main主函数主循环如图4-5所示。

由于本实例中涉及了定时器中断，所以，在此也要设计有关定时器中断的流程图，如图4-6所示。

当进入中断后，首先是保护现场，即保存变量等，并屏蔽中断，防止中断处理过程中，进入另一个中断，从而打乱程序的顺序。之后，将时间累计值加1，表 示又一次时间中断。之后，对定时器参数进行重新设置，包括TMR0溢出值的设置，才能保证下一次中断的准确产生。之后，恢复现场、使能中断，最后退出中 断。

 

图4-5   全局循环流程

 

图4-6   中断处理函数流程

4.4.2  预定义及全局变量

前面说到了多用变量来衔接各个函数，从而分工明确，也易于代码维护。本小节，我们来编写一下预定义，后面的代码就能根据这些预定义来编写不同的分支，调用不同的变量。

我们采用枚举类型来定义菜单，代码如下：

enum my_menu
{
    normol_run,
    clock_hour,
    clock_min,
    clock_sec,
    alarm_hour,
    alarm_min,
    alarm_sec
};

上述代码定义了正常运行状态normol_run，用来表示正处于正常的运行状态，没有用户输入；调整时钟小时状态clock_hour用来表示现 在处于用户输入状态，正在更改时钟的小时数值；类似地，还有clock_min和clock_sec。闹钟部分，则有变量alarm_hour、 alarm_min和alarm_sec。

使用同样的方法，我们也可以用枚举类型来定义运行过程中用到的不同变量，代码如下：

enum my_param
{
    curr_cl_hour,
    curr_cl_min,
    curr_cl_sec,
    curr_al_hour,
    curr_al_min,
    curr_al_sec,
    temp_cl_hour,
    temp _cl_min,
    temp _cl_sec,
    temp _al_hour,
    temp _al_min,
    temp _al_sec
}

上述代码，我们定义了当前正常运行状态下的时钟小时curr_cl_hour、时钟分钟curr_cl_min、时钟秒 数 curr_cl_sec、闹钟小时curr_al_hour、闹钟分钟curr_al_min、闹钟秒数curr_al_sec，以及临时状态下，即 用户调整时间/闹钟状态下的时钟小时temp_cl_hour、时钟分钟temp _cl_min、时钟秒数temp _cl_sec、闹钟小时temp_al_hour、闹钟分钟temp _al_min和闹钟秒数temp _al_sec。

下列代码是对键盘的定义，分别表示模式切换、增加、减少和确定：

enum my_keyborad
{
    mode,
    add,
    subtract,
    ok
}

4.4.3  main主函数及初始化

本小节，我们来讲述main主函数如何编写，代码如下：

void main()
{
    init();
    while(1)
    {
        count_time();
        keyboard();
        key_cmd();
        lcd_refresh();
    }
}

上面的main函数，调理很清晰，程序开始后，进行初始化，之后就进入一个while大循环，依次进行时间计算、键盘扫描、键盘响应和液晶显示刷新函数。各个函数之间通过变量来衔接。 

接下来，我们来看看初始化函数的编写。我们设计定时器是200次时钟周期溢出。在“硬件电路设计”一节中，我们采用4MHz的外部晶振，而PIC16F877内部的定时器采用晶振频率的1/4。故而定时器中断周期是 。

void init()
{
    OPTION=0b00000111 ;
    TMR0=56;                        //设置200次时钟周期溢出
    INTCON =0b10100000 ;        //使能定时器中断
    TRISD=0;
    lcd_init();
    time_count = 0;
    curr_menu = normol_run;
    curr_cl_hour = 0;
    curr_cl_min = 0;
    curr_cl_sec = 0;
    curr_al_hour = 0;
    curr_al_min = 0;
    curr_al_sec = 0;
    temp_cl_hour = 0;
    temp_cl_min = 0;
    temp_cl_sec = 0;
    temp_al_hour = 0;
    temp_al_min = 0;
    temp_al_sec = 0;
}

其中，液晶初始化函数的代码如下：

void lcd_init()
{
    delayMs(300);               //最好延时300ms以上
    lcd_write(0x429,12);            //专用初始化命令
    lcd_write(0x418,12);            //内部RC振荡器
    lcd_write(0x401,12);            //开启振荡器
    lcd_write(0x403,12);            //开启显示器
}

.4  定时器中断函数

为了保证定时准确，定时中断函数中只累计最小的时间单位，更高的时间单位放在while循环中累计，即count_time()函数（参见4.4.5节），以防妨碍定时中断的准确。

void interrupt ISR(void)
{
    ...         //保护现场，屏蔽中断（根据实际工程修改）
    if(time_out>0)
        time_out--;
    time_count++;
    if((INTCON&0b00000100)!=0)
    {
        INTCONINTCON=INTCON&0b11111011;
        TMR0=0;
        PORTD++; }
    }
    ...         //恢复现场，使能中断（根据实际工程修改）
}

设计这个函数是为了保证定时的准确，不能由于定时中断函数中运行过多的程序，而耽误了中断时间，导致中断时间不准确。所以，时间的运算、进位及超时的判断都在while循环中进行。我们用count_time函数来表示。

void count_time()
{
    if(time_count == 5000)
    {
        time_count = 0;
        curr_cl_sec++;
    }
    if(curr_cl_sec == 60)
    {
        curr_cl_sec = 0;
        curr_cl_min++;
    }
    if(curr_cl_min == 60)
    {
        curr_cl_min = 0;
        curr_cl_hour++;
    }
    if(curr_cl_hour == 24)
    {
        curr_cl_sec = 0;
    }
    if( (curr_cl_hour == curr_al_hour)
    && (curr_cl_min == curr_al_min)
    &&( curr_cl_sec == curr_al_sec)
    {
        bell();                         //蜂鸣器响起
    }
    if(time_out<=0)
    {
        curr_menu = normal_run;
        time_out = 0;
    }
    else if(time_out%800==0)
    {
        flag_Flash = ~flag_Flash;       //每0.8秒闪烁一次
    }
}

4.6  液晶底层驱动

本小节，我们来看看段式液晶底层驱动的编写，有关LCM0825的指令，请参考数据手册。下列是写数据/命令给LCM0825的函数：

void lcd_write(int dat,int length)
{
    int temp,i;
    nCS;
    for(i=0;i=length;i++)
    {
        temp = dat<<i;
        nWR;
        if( length = 12)
        {
            if( temp & 0x800 ==0x800)
                DATA = 1;
            else
                DATA =0;
        }
        if( length = 13)
        {
            if( temp & 0x1000 ==0x1000)
                DATA = 1;
            else
                DATA =0;
        }
        WR;
        delayMs(100);
    }
    CS;
    WR
    DATA;
}
.4.7  液晶显示程序

液晶刷新函数，顾名思义，就是根据状态用来刷新屏幕上的显示。我们可以将其分为4个部分，即刷新前置字符、刷新小时、刷新分钟和刷新秒数。代码如下所示：

void lcd_refresh()
{
    display_front();
    display_hour();
    display_min();
    display_sec();
}

1. 显示前端提示子函数

前端显示子函数，也就是显示段式液晶上第1位和第2位的函数，用来表示当前是正常运行状态，或是调节时钟状态，或是调节闹钟状态，效果图如图4-7 所示。图的左侧是显示“CL”，表示CLOCK，调节时钟状态；中间是“AL”，表示ALARM，调节闹钟状态；右侧无显示，表示正常运行状态。

 

（点击查看大图）图4-7   前端显示效果图

前端显示的代码如下所示：

void display_front()
{
    switch( curr_menu )
    {
        case normal_run :
            display_number(13,1,0);         //第1个数码管不显示任何数字
            display_number(13,2,0);         //第2个数码管不显示任何数字
            break;
        case clock_hour :
        case clock_min :
        case clock_sec :
            display_number(10,1,0);         //第1个数码管显示“A”
            display_number(12,2,0);         //第2个数码管显示“L”
            break;
        case alarm_hour :
        case alarm_min :
        case alarm_sec :
            display_number(11,1,0);         //第1个数码管显示“C”
            display_number(12,2,0);         //第2个数码管显示“L”
            break;
        default: break;
    }
}

2. 显示小时子函数

显示小时子函数，在段式液晶的第3位和第4位上将小时显示出来，显示的效果如图4-8所示。注意，小时显示的第四位要加个小点DOT，以便和分钟区分。

 

图4-8  显示小时效果图

显示小时的代码如下所示：

void display_hour()
{
    if(curr_menu == clock_hour)
    {
        display_number(curr_cl_hour/10,3,0);
        display_number(curr_cl_hour%10,4,1);
    }
    if(curr_menu == alarm_hour)
    {
        display_number(curr_al_hour/10,3,0);
        display_number(curr_al_hour%10,4,1);
    }
}

3. 显示分钟子函数

相同的道理，分钟的显示是在段式液晶的第5位和第6位上显示的。效果图和小时显示一样，代码如下所示：

void display_min()
{
    if(curr_menu == clock_min)
    {
        display_number(curr_cl_min/10,5,0);
        display_number(curr_cl_min%10,6,1);
    }
    if(curr_menu == alarm_min)
    {
        display_number(curr_al_min/10,5,0);
        display_number(curr_al_min%10,6,1);
    }
}

4. 显示秒数子函数

相同的道理，秒数的显示是在段式液晶的第7位和第8位上显示的。效果图和小时显示一样，代码如下所示：

void display_sec()
{
    if(curr_menu == clock_sec)
    {
        display_number(curr_cl_sec/10,7,0);
        display_number(curr_cl_sec%10,8,1);
    }
    if(curr_menu == alarm_sec)
    {
        display_number(curr_al_sec/10,7,0);
        display_number(curr_al_sec%10,8,1);
    }
}

5. 显示数字子函数

我们来讲述前几小节经常调用的显示数字子函数display_number()，代码如下所示：

void display_number(int number, int section, int dot)
{
    int temp_dat;
    if(dot ==1)
        show_arry[0]=array[2*number]&0x1;
    temp_dat = 0x1400 + (2*section)<<4 + show_array[0];
    lcd_write(temp_dat, 13);
    temp_dat = 0x1400 + (2*section+1)<<4 + show_array[1];
    lcd_write(temp_dat, 13);
}

4.4.8  键值读入程序

我们来讲述键盘扫描程序。根据“硬件电路设计”一节的设计，4个按键是连接在PORTB上面的。所以，键值读入程序的代码如下所示：

int keyboard(void)
{
        int keyvalue,key;
        keyvalue = PORTB;
    keyvaluekeyvalue = keyvalue & 0x0f
    switch(keyvalue)
    {
        case 0x1:
            key = OK;
            break;
        case 0x2:
            key = subtract;
            break;
        case 0x4:
            key = add;
            break;
        case 0x8:
            key = mode;
            break;
        default: break;
    }
    return keyvalue;
}

4.4.9  键盘响应程序

上一小节，我们讲述了键盘扫描程序，已获取了当前输入的键值，之后，程序就进入键盘响应函数。

1. 键盘响应总分支

我们用switch来分支表示，这样，层次更加分明。代码如下所示：

void key_cmd()
{
    switch key:
    {
        case mode:
            mode_fun();
            time_out = 50000;
            break;
        case add:
            add_fun();
            time_out = 50000;
            break;
            case subtract:
            subtract_fun();
            time_out = 50000;
            break;
        case ok:
            ok_fun();
            time_out = 50000;
            break;
        default:break;
    }
}

2. “模式切换”按键响应函数

“模式切换”按键，表示切换模式，即“调节时钟”、“调节闹钟”和“正常运行”互相切换。代码如下所示：

void mode_fun()
{
    if(curr_menu<alarm_sec)
        curr_menu++;
    if(curr_menu == alarm_sec)
        curr_menu = normol_run;
}

3. “增加”按键响应函数

“增加”按键，表示增加输入值。代码如下所示：

void add_fun()
{
    switch( curr_menu )
    {
        case clok_hour:
            temp_cl_hour++;
            break;
        case clok_min:
            temp_cl_min++;
            break;
        case clok_sec:
            temp_cl_sec++;
            break;
        case alarm_hour:
            temp_al_hour++;
            break;
        case alarm_min:
            temp_al_min++;
            break;
        case alarm_sec:
            temp_al_sec++;
            break;
    }
}

4. “减少”按键响应函数

“减少”按键，表示减少输入值。代码如下所示：

void subtract_fun()
{
    switch( curr_menu )
    {
        case clok_hour:
            temp_cl_hour--;
            break;
        case clok_min:
            temp_cl_min--;
            break;
        case clok_sec:
            temp_cl_sec--;
            break;
        case alarm_hour:
            temp_al_hour--;
            break;
        case alarm_min:
            temp_al_min--;
            break;
        case alarm_sec:
            temp_al_sec--;
            break;
    }
}

5. “确认”按键响应函数

“确认”按键，表示确认当前输入的值，并保存到最终变量上。代码如下所示：

void enter_fun()
{
    if(time_out >= 0)
    {
        curr_cl_hour = temp_cl_hour;
        curr_cl_min = temp_cl_min;
        curr_cl_sec = temp_cl_sec;
        curr_al_hour = temp_al_hour;
        curr_al_min = temp_al_min;
        curr_al_sec = temp_al_sec;
    }
}
.5  本章小结

本章讲述了如何设计一个基于PIC单片机的数字电子闹钟。实现了时钟、闹钟功能，并具备调整时钟/闹钟的功能。读者学习之后，可以根据实际应用的需 要，更换器件，添加更多的软件设置，以达到符合自己需要的功能。比如：采用点阵式液晶，可显示图片；添加多个定时日程管理；采用矩阵键盘，增加输入功能按 键（reset等）；软件上，更加细化定时，可以做成码表，精确到百分之一秒；支持二十四进制和十二进制并可切换。