单片机应用技术项目式教程课件：数字电子钟的设计

单片机应用技术项目式教程—基于Proteus和KeilCSINGLE-CHIP

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TECHNOLOGY

数字电子钟的设计定时/计数器的应用01LED数码管结构，分类及应用02数字电子钟的设计03知识要点05

数字电子钟的设计

了解定时/计数器的结构及原理，并用C语言编程01掌握LED动态扫描的编程方法02能用proteus软件绘制仿真原理图03能应用C语言编程输出方波和矩形波，并进行仿真04学习要求05实现数字电子钟的设计4.１定时/计数器工作原理4.１.１传统ＭＣＳ－５１单片机定时／计数器的基本结构定时／计数器的基本结构如图４.１所示。基本部件是两个１６位寄存器Ｔ０和Ｔ１，每个寄存器分成两个８位寄存器（Ｔ０由高８位ＴＨ０和低８位ＴＬ０组成，Ｔ１由ＴＨ１和ＴＬ１组成）。ＴＭＯＤ是定时／计数器的工作方式寄存器，由它确定定时／计数器的工作方式和功能；ＴＣＯＮ是定时／计数器的控制寄存器，用于控制Ｔ０、Ｔ１的启动和停止，以及设置溢出标志。４.２定时/计数器的特殊功能寄存器

ＳＴＣ１５系列单片机

定时/计数器的特殊功能

寄存器见表4-１。４.２定时/计数器的特殊功能寄存器4.２.１定时／计数器Ｔ０和Ｔ１的控制寄存器控制寄存器（ＴＣＯＮ）（８８Ｈ）的低４位用于控制外部中断，已在前面介绍ＴＣＯＮ的高４位用于控制定时／计数器的启动和中断申请。其格式如下：１）ＴＦ１：定时/计数器Ｔ１溢出中断请求标志位（可看作ＴｉｍｅｒＦｕｌｌ的缩写）。定时/计数器Ｔ１计数溢出时由硬件自动置ＴＦ１为“１”。在进入中断服务程序后ＴＦ１由硬件自动清“０”；若用于查询方式，此位可作为状态位供查询，但应注意查询后要由软件清“０”。２）ＴＲ１：定时/计数器Ｔ１运行控制位（可看作ＴｉｍｅｒＳｔａｒｔ的缩写）。ＴＲ１置“１”时，定时/计数器Ｔ１开始工作；ＴＲ１置“０”时，定时/计数器Ｔ１停止工作。ＴＲ１由软件置“１”或清“０”。所以，用软件可控制定时/计数器Ｔ１的启动与停止。３）ＴＦ０：定时/计数器Ｔ０溢出中断请求标志位，其功能与ＴＦ１类同。４）ＴＲ０：定时/计数器Ｔ０运行控制位，其功能与ＴＲ１类同。４.２定时/计数器的特殊功能寄存器４.２.２工作方式寄存器工作方式寄存器（ＴＭＯＤ）（８９Ｈ）用于设置定时／计数器的工作方式，低４位用于Ｔ０，高４位用于Ｔ１。其格式如下：

１）ＧＡＴＥ：门控位。ＧＡＴＥ＝０时，若软件使ＴＣＯＮ中的ＴＲ０或ＴＲ１设置为“１”，则启动定时／计数器工作；ＧＡＴＥ＝１时，当软件使ＴＲ０或ＴＲ１设置为“１”，同时外部中断引脚ＩＮＴ０或ＩＮＴ１也为高电平时，才能启动定时／计数器工作。即此时定时器的启动条件，加上了ＩＮＴ０或ＩＮＴ１引脚为高电平这一条件。

２）Ｃ／Ｔ：定时／计数模式选择位。Ｃ／Ｔ＝０为定时模式，Ｃ／Ｔ＝１为计数模式。

３）Ｍ１Ｍ０：工作方式设置位。定时／计数器有４种工作方式，由Ｍ１Ｍ０进行设置。ＳＴＣ１５系列单片机的方式０与传统ＭＣＳ－５１单片机不同，为１６位自动重装定时／计数器，其他方式与传统ＭＣＳ－５１单片机相同，具体功能见表４.２。４.２定时/计数器的特殊功能寄存器４.２.２工作方式寄存器工作方式寄存器（ＴＭＯＤ）（８９Ｈ）用于设置定时／计数器的工作方式，低４位用于Ｔ０，高４位用于Ｔ１。其格式如下：

１）ＧＡＴＥ：门控位。ＧＡＴＥ＝０时，若软件使ＴＣＯＮ中的ＴＲ０或ＴＲ１设置为“１”，则启动定时／计数器工作；ＧＡＴＥ＝１时，当软件使ＴＲ０或ＴＲ１设置为“１”，同时外部中断引脚ＩＮＴ０或ＩＮＴ１也为高电平时，才能启动定时／计数器工作。即此时定时器的启动条件，加上了ＩＮＴ０或ＩＮＴ１引脚为高电平这一条件。

２）Ｃ／Ｔ：定时／计数模式选择位。Ｃ／Ｔ＝０为定时模式，Ｃ／Ｔ＝１为计数模式。

３）Ｍ１Ｍ０：工作方式设置位。定时／计数器有４种工作方式，由Ｍ１Ｍ０进行设置。ＳＴＣ１５系列单片机的方式０与传统ＭＣＳ－５１单片机不同，为１６位自动重装定时／计数器，其他方式与传统ＭＣＳ－５１单片机相同，具体功能见表４.２。４.２定时/计数器的特殊功能寄存器４.２.２工作方式寄存器工作方式寄存器（ＴＭＯＤ）（８９Ｈ）用于设置定时／计数器的工作方式，低４位用于Ｔ０，高４位用于Ｔ１。其格式如下：

１）ＧＡＴＥ：门控位。ＧＡＴＥ＝０时，若软件使ＴＣＯＮ中的ＴＲ０或ＴＲ１设置为“１”，则启动定时／计数器工作；ＧＡＴＥ＝１时，当软件使ＴＲ０或ＴＲ１设置为“１”，同时外部中断引脚ＩＮＴ０或ＩＮＴ１也为高电平时，才能启动定时／计数器工作。即此时定时器的启动条件，加上了ＩＮＴ０或ＩＮＴ１引脚为高电平这一条件。

２）Ｃ／Ｔ：定时／计数模式选择位。Ｃ/T=０为定时模式，Ｃ/T=１为计数模式。

３）Ｍ１Ｍ０：工作方式设置位。定时／计数器有４种工作方式，由Ｍ１Ｍ０进行设置。由于ＴＭＯＤ不能进行位寻址，因此只能用字节指令设置定时／计数器的工作方式。ＣＰＵ复位时ＴＭＯＤ所有位清“０”，工作在非门控定时器方式０状态。ＳＴＣ１５系列单片机的方式０与传统ＭＣＳ－５１单片机不同，为１６位自动重装定时／计数器，其他方式与传统ＭＣＳ－５１单片机相同，具体功能见表４.２。４.2.３辅助寄存器ＡＵＸＲ

ＳＴＣ１５系列单片机是１Ｔ的８０５１单片机，为兼容传统８０５１单片机，定时器０、定时器１和定时器２复位后是传统８０５１的速度，即１２分频，这是为了兼容传统８０５１单片机。但也可不进行１２分频，通过设置新增加的特殊功能寄存器ＡＵＸＲ，将Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２设置为１Ｔ。ＡＵＸＲ格式如下：Ｔ０ｘ１２：定时器０速度控制位。取值０时定时器０是传统8051速度，即12分频；取值１时定时器０的速度是传统8051的１２倍，不分频。Ｔ１ｘ１２：定时器１速度控制位。取值０时定时器１是传统8051速度，即12分频；取值１时定时器１的速度是传统8051的１２倍，不分频。ＵＡＲＴ＿Ｍ０ｘ６：串行口１模式０的通信速度设置位。取值０时串行口１模式０的速度是传统8051单片机串口的速度，即１２分频；取值１时串行口１模式０的速度是传统８０５１单片机串行口速度的６倍，２分频。Ｔ２Ｒ：定时器２允许控制位。取值０时不允许定时器２运行；取值１时允许定时器２运行。４.２定时/计数器的特殊功能寄存器Ｔ２＿Ｃ/Ｔ：控制定时器2用作定时器或计数器。取值０时用作定时器（对内部系统时钟进行计数）；取值1时用作计数器（对引脚Ｔ２/Ｐ3.1的外部脉冲进行计数）。Ｔ２ｘ１２：定时器2速度控制位。取值0时定时器2是传统8051速度，即12分频；取值1时定时器2的速度是传统8051的12倍，不分频。如果串行口1或串行口2用T2作为波特率发生器，则由Ｔ２ｘ１２决定串行口１或串行口２是１２Ｔ还是１Ｔ。ＥＸＴＲＡＭ：内部／外部ＲＡＭ存取控制位。取值0时允许使用逻辑上在片外、物理上在片内的扩展ＲＡＭ；取值1时，禁止使用逻辑上在片外、物理上在片内的扩展ＲＡＭ。Ｓ１ＳＴ２：串行口1（ＵＡＲＴ１）选择定时器2作波特率发生器的控制位。取值0时选择定时器１作为串行口１（ＵＡＲＴ１）的波特率发生器；取值１时选择定时器２作为串行口１（ＵＡＲＴ１）的波特率发生器，此时定时器１得到释放，可以作为独立定时器使用。Ｔ０ＣＬＫＯ／Ｐ3.５、Ｔ１ＣＬＫＯ／Ｐ３.４和Ｔ２ＣＬＫＯ／Ｐ３.０的时钟输出控制由ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ（ＡＵＸＲ２）寄存器的Ｔ０ＣＬＫＯ位、Ｔ１ＣＬＫＯ位和Ｔ２ＣＬＫＯ位控制。Ｔ０ＣＬＫＯ的输出时钟频率由定时器０控制，Ｔ１ＣＬＫＯ的输出时钟频率由定时器１控制，相应的定时器需要工作在定时器的模式０（１６位自动重装载模式）或模式２（８位自动重装载模式），不允许相应的定时器中断，免得ＣＰＵ反复进中断。Ｔ２ＣＬＫＯ的输出时钟频率由定时器２控制，同样不允许相应的定时器中断，免得ＣＰＵ反复进中断。定时器２的工作模式固定为模式０（１６位自动重项目４数字电子钟的设计１１７装载模式），在此模式下定时器２可用作可编程时钟输出。ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ（ＡＵＸＲ２）格式如下：Ｔ０ＣＬＫＯ：是否允许将Ｐ３.５/Ｔ１引脚配置为定时器０（Ｔ０）的时钟输出T0CLKO１允许将Ｐ3.5/T1引脚配置为定时器０（Ｔ０）的时钟输出T0CLKO；０不允许将Ｐ3.5/T1引脚配置为定时器０（Ｔ０）的时钟输出T0CLKO.Ｔ１ＣＬＫＯ：是否允许将Ｐ３.４/Ｔ０引脚配置为定时器１（Ｔ１）的时钟输出T1CLKO１允许将P3.4/T0引脚配置为定时器１（Ｔ１）的时钟输出T1CLKO；０不允许将

P3.4/T0引脚配置为定时器１（Ｔ１）的时钟输出T1CLKO。Ｔ２ＣＬＫＯ：是否允许将Ｐ３.０引脚配置为定时器２（Ｔ２）的时钟输出Ｔ２ＣＬＫＯ。１允许将Ｐ3.0引脚配置为定时器２的时钟输出T2CLKO；０不允许将Ｐ3.0引脚配置为定时器２的时钟输出T2CLKO４.２定时/计数器的特殊功能寄存器４.2.５定时器Ｔ０和Ｔ１的中断控制寄存器：ＩＥ和ＩＰ

1.中断允许寄存器ＩＥ

ＣＰＵ对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器（ＩＥ)（Ａ８Ｈ）控制的.ＩＥ的状态可通过程序由软件设定。某位设定为“１”，相应的中断源

中断允许；某位设定为“０”,相应的中断源中断屏蔽。ＣＰＵ复位时，ＩＥ各位清“０”,禁止所有中断。IＥ各位的定义如下（标注STC15系列表示传统51没有相应功能）：ＥＴ０：定时／计数器（Ｔ０）中断允许位。ＥＴ１：定时／计数器（Ｔ１）中断允许位。ＥＡ：CPU中断总允许位。２.中断优先级寄存器ＩＰＭＣＳ－５１单片机有两个中断优先级，因此可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器（ＩＰ）（Ｂ８Ｈ）中的相应位的状态来规定的。ＩＰ的状态由软件设定，某位设定为“１”，则相应的中断源为高优先级中断；某位设定为“０”，则相应的１１８单片机应用技术项目式教程———基于Ｃ５１＋Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真中断源为低优先级中断。单片机复位时，IP各位清“０”,各中断源同为低优先级中断。ＩP各位的定义如下（标注ＳＴＣ１５系列表示传统５１没有相应功能）：ＰＴ０：定时／计数器（Ｔ０）中断优先级设定位。ＰＴ１：定时／计数器（Ｔ１）中断优先级设定位。注意：当定时器／计数器０工作在模式３（不可屏蔽中断的１６位自动重装载模式）时，不需要设置ＥＡ＝１，只需设置ＥＴ０＝１就能打开Ｔ０的中断，此模式下的Ｔ０中断与总中断使能位ＥＡ无关。一旦此模式下的定时器／计数器０中断被打开后，该定时器／计数器０中断优先级就是最高的，它不能被其他任何中断所打断（不管是比定时器／计数器０中断优先级低的中断还是比其优先级高的中断，都不能打断此时的定时器／计数器０中断），而且该中断打开后既不受ＥＡ／ＩＥ７控制也不再受ＥＴ０控制，即清零ＥＡ或ＥＴ０都不能关闭此中断。４.２定时/计数器的特殊功能寄存器４.３定时／计数器０的工作模式ＳＴＣ１５单片机和传统ＭＣＳ－５１单片机定时／计数器Ｔ０有４种工作方式（方式０、１、２、３），Ｔ１有３种工作方式（方式０、１、２），此外Ｔ１还可作为串行通信接口的波特率发生器，若错将Ｔ１设置为方式３，则Ｔ１将停止工作。下面以定时／计数器Ｔ０为例进行介绍。１.方式０当ＴＭＯＤ的Ｍ１Ｍ０为“００”时，定时／计数器工作于方式０，传统ＭＣＳ－５１单片机方式０为１３位计数器，由ＴＬ０的低５位（高３位未用）和ＴＨ０的８位组成。１３位定时／计数器是为了与Ｉｎｔｅｌ公司早期的产品ＭＣＳ－４８系列兼容，该系列已过时，且计数初值装入易出错，所以在实际应用已不再使用。４.３定时／计数器０的工作模式ＳＴＣ１５系列单片机对传统ＭＣＳ－５１单片机进行了创新设计，模式０下定时器／计数器作为可自动重装载的１６位计数器，具体结构图如图４.２所示。

４.３定时／计数器０的工作模式

定时器０有两个隐藏的寄存器ＲＬ＿ＴＨ０和ＲＬ＿ＴＬ０。ＲＬ＿ＴＨ０与ＴＨ０共用同一个地址，ＲＬ＿ＴＬ０与ＴＬ０共用同一个地址。当ＴＲ０＝０即定时器／计数器０被禁止工作时，对ＴＬ０写入的内容会同时写入ＲＬ＿ＴＬ０，对ＴＨ０写入的内容也会同时写入ＲＬ＿ＴＨ０。当ＴＲ０＝１即定时器／计数器０被允许工作时，对ＴＬ０写入内容，实际上不是写入当前寄存器ＴＬ０中，而是写入隐藏的寄存器ＲＬ＿ＴＬ０中；对ＴＨ０写入内容，实际上也不是写入当前寄存器ＴＨ０中，而是写入隐藏的寄存器ＲＬ＿ＴＨ０。这样可以巧妙地实现１６位重装载定时器。当读ＴＨ０和ＴＬ０的内容时，所读的内容就是ＴＨ０和ＴＬ０的内容，而不是ＲＬ＿ＴＨ０和ＲＬ＿ＴＬ０的内容。当定时器０工作在模式０（ＴＭＯＤ［１∶０］／［Ｍ１，Ｍ０］＝００Ｂ）时，［ＴＬ０，ＴＨ０］的溢出不仅置位ＴＦ０，而且会自动将［ＲＬ＿ＴＬ０，ＲＬ＿ＴＨ０］的内容重新装入［ＴＬ０，ＴＨ０］。当Ｔ０ＣＬＫＯ／ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ０＝１时，Ｐ３５／Ｔ１引脚配置为定时器０的时钟输出Ｔ０ＣＬＫＯ。输出时钟频率＝Ｔ０溢出率／２。如果Ｃ／Ｔ＝０，定时器／计数器Ｔ０对内部系统时钟计数，则：Ｔ０工作在１Ｔ模式（ＡＵＸＲ７／Ｔ０ｘ１２＝１）时的输出时钟频率＝（ＳＹＳｃｌｋ）／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２；Ｔ０工作在１２Ｔ模式（ＡＵＸＲ７／Ｔ０ｘ１２＝０）时的输出时钟频率＝（ＳＹＳｃｌｋ）／１２／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２。如果Ｃ／Ｔ＝１，定时器／计数器Ｔ０是对外部脉冲输入（Ｐ３４／Ｔ０）计数，则输出时钟频率＝（Ｔ０＿Ｐｉｎ＿ＣＬＫ）／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２４.３定时／计数器０的工作模式２.方式１ＳＴＣ１５系列单片机和传统５１单片机在方式１上功能基本相同，ＳＴＣ１５系列单片机相比传统５１单片机主要是对系统时钟,增加了1T模式。当ＴＭＯＤ的Ｍ１Ｍ０为“０１时，定时／计数器工作于方式１，其逻辑结构如图4.３所示。４.３定时／计数器０的工作模式

３.方式２当Ｍ１Ｍ０为“１０”时，定时／计数器工作于方式２，其逻辑结构如图４.４所示（ＳＴＣ１５系列单片机和传统５１单片机在方式２上功能基本相同，ＳＴＣ１５系列单片机相比传统５１单片机主要是对系统时钟，增加了１Ｔ模式，同时增加了Ｔ０ＣＬＫＯ输出）。

４.方式３本书讲解ＳＴＣ１５系列单片机的方式３，传统５１单片机定时器０的方式３，请参考相关书籍。对定时器／计数器１，在方式３时，定时器１停止计数，效果与将ＴＲ１设置为０相同。对定时器／计数器０，其工作方式３与工作方式０是一样的（图４.５是定时器方式３的原理图，与方式０是一样的）。唯一不同的是：当定时器／计数器０工作在方式３时，只需允许ＥＴ０／ＩＥ.１（定时器／计数器０中断允许位），不需要允许ＥＡ／ＩＥ.７（总中断使能位），就能打开定时器／计数器０的中断，此方式下的定时器／计数器０中断与总中断使能位ＥＡ无关；一旦工作在方式３下的定时器／计数器０中断被打开（ＥＴ０＝１），那么该中断是不可屏蔽的，其优先级是最高的，即该中断不能被任何中断所打断，而且该中断打开后既不受ＥＡ／ＩＥ.７控制也不再受ＥＴ０控制，当ＥＡ＝０或ＥＴ０＝０时都不能屏蔽此中断。故将此方式称为不可屏蔽中断的１６位自动重装载模式，该方式可用于实时操作系统中的节拍定时器。４.4应用定时／计数器输出方波和矩形波ＭＣＳ－５１单片机的定时／计数器可以用于较精确的延时和计数，对于延时的应用，可遵循以下几个方面进行应用设计。１）确定延时时间。２）定时／计数器初始化。定时／计数器初始化主要包括：１）确定定时／计数器的工作方式。

２）计算定时／计数器的初值。

３）在主程序中进行初始化设计，包括定时／计数器的初始化和中断初始化，即对ＴＨ０、ＴＬ０或ＴＨ１、ＴＬ１，ＴＭＯＤ、ＴＣＯＮ、ＩＰ、ＩＥ赋值。

４）中断服务程序设计。下面以输出方波和矩形波为例具体讲解定时／计数器的应用。４.４应用定时／计数器输出方波和矩形波

在实际应用中，需要产生一定频率的波形，在本书中，方波指占空比为５０％的波形，矩形波指占空比可变的波形，本节主要讲解方波的实现。对于方波的实现，ＳＴＣ１５系列单片机可以使用两种方法实现。方法１是使用定时／计数器方式０或方式２的可编程分频输出实现，但该方法输出引脚固定，不适用传统的ＭＣＳ－５１单片机；方法２是应用定时／计数器的延时实现，输出引脚适用于所有Ｉ／Ｏ引脚，也适用传统ＭＣＳ－５１单片机。１.可编程分频输出生成的方波

对于可编程分频输出生成的方波，本书以定时／计数器０方式０为例，讲解相关应用方法，其他定时器（如Ｔ１～Ｔ４）的使用方法，可参考相关书籍。

定时／计数器０方式０可编程分频输出方波的频率：

１Ｔ模式，输出时钟频率＝（ＳＹＳｃｌｋ）／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２；

１２Ｔ模式，输出时钟频率＝（ＳＹＳｃｌｋ）／１２／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２。

图４.６为输出方波的图形，周期为Ｔ，每延时２／Ｔ时间输出翻转，方波的

图４.６周期为Ｔ的方波周期Ｔ／２＝（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）∗机器周期；

输出频率ｆ∗２＝１／（（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）∗机器周期）；

１Ｔ模式，ｆ＝（ＳＹＳｃｌｋ）／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２；

１２Ｔ模式，ｆ＝（ＳＹＳｃｌｋ）／１２／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２。

由于定时／计数器是１６位计数器，因此对于１Ｔ模式，输出频率范围为ＳＹＳｃｌｋ／（６５５３６∗２）～ＳＹＳｃｌｋ／２；对于１２Ｔ模式，输出频率范围为ＳＹＳｃｌｋ／（６５５３６∗２４）～ＳＹＳｃｌｋ／２４。【例４.１】产生一个５０Ｈｚ的方波，此方波由Ｐ３.５引脚输出，晶振频率为１２ＭＨｚ，１２Ｔ模式。解题思路：输出引脚Ｐ３.５为可编程分频输出引脚，方波频率ｆ＝５０Ｈｚ，在输出频率范围之内，因此可以用可编程分频输出实现。编程步骤如下：（１）确定定时器初值：ｆ＝（ＳＹＳｃｌｋ）／１２／（６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］）／２，ｆ＝５０Ｈｚ，ＳＹＳｃｌｋ＝１２ＭＨｚ６５５３６－［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］＝５０００００／５０［ＲＬ＿ＴＨ０，ＲＬ＿ＴＬ０］＝６５５３６－１００００；在Ｃ语言编程中，ＴＬ０为低８位，ＴＬ０＝６５５３６－１００００；ＴＨ０为高８位，ＴＨ０＝（６５５３６－１００００）＞＞８；（２）求Ｔ０的方式控制字ＴＭＯＤ：ＧＡＴＥ＝０，Ｃ／Ｔ＝０，Ｍ１Ｍ０＝００，可取方式控制字为ＴＭＯＤ＝００Ｈ，即Ｔ０的方式０。（３）１２Ｔ模式为默认模式（上电复位后的模式），可以不用设置。（４）ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ（ＡＵＸＲ２）寄存器设置。对于可编程分频输出，需要设置ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ（ＡＵＸＲ２）寄存器的Ｄ０为１，由于ＩＮＴ＿ＣＬ⁃ＫＯ（ＡＵＸＲ２）寄存器不能位寻址，只能对字节赋值。方法１：直接对寄存器赋值，即ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ＝０ｘ１；但这种方法影响其他位的设置，因此需要对所有位都设置后统一赋值；方法２：使用与、和、或设置的方法，对某一位赋值，如果对ｎ位置１，则ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ｜＝（１＜＜ｎ）；如果对ｎ位清０，则ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ＆＝！（１＜＜ｎ）；本节中使用方法２实现，ＩＮＴ＿ＣＬＫＯ｜＝（１＜＜０）；（５）启动计数器。ＴR０＝１；具体程序如下:２.延时实现方波使用延时实现方波，根据图４.７，方波的周期为Ｔ，每延时２／Ｔ时间输出翻转，实现周期为Ｔ的方波。该方法同时适合传统ＭＣＳ－５１单片机。为了兼容传统ＭＣＳ－５１单片机，实例使用定时／计数器０的方式１来实现，即１２Ｔ模式（注：如果采用ＳＴＣ１５系列单片机，推荐使用方式０实现）。在实际应用中，中断方式相较于查询方式有更高的效率，因此采用中断方式实现延时。【例４.２】产生一个１００Ｈｚ的方波（使用定时／计数器０方式１），此方波由Ｐ１.０引脚输出，晶振频率为１２ＭＨｚ。解题思路：方波频率ｆ＝１００Ｈｚ，周期Ｔ＝１／１００ｓ＝０.０１ｓ，如果让定时器计满０.００５ｓ，Ｐ１.０输出“０”，再计满０.００５ｓ，Ｐ１.０输出“１”，就能满足要求，此题转化为由定时器产生０.００５ｓ定时的问题。实现方法如下：（１）查询方式：通过查询Ｔ０的溢出标志ＴＦ０是否为“１”，判断定时时间是否已到。当ＴＦ＝１时，定时时间已到，对Ｐ1.０取反操作。其缺点是，ＣＰＵ一直忙于查询工作，占用了ＣＰＵ的有效时间。（２）中断方式：ＣＰＵ正常执行主程序，一旦定时时间到，ＴＦ０＝１向ＣＰＵ申请中断，ＣＰＵ响应了Ｔ０的中断，就执行中断程序，在中断程序里对Ｐ１.０进行取反操作。

（2）中断方式：思考：由于计数器是１６位，延时时间有一定限制，如对于１２ＭＨｚ时钟，在１2Ｔ模式下，最大延时时间为６５.５３６ｍｓ，那如果需要延时时间超过６５.５３６ｍｓ，程序需要怎样实现？思考：由于计数器是１６位，延时时间有一定限制，如对于１２ＭＨｚ时钟，在１2Ｔ模式下，最大延时时间为６５.５３６ｍｓ，那如果需要延时时间超过６５.５３６ｍｓ，程序需要怎样实现？４.4.２应用定时／计数器输出矩形波矩形波是占空比可变的波形，方波是特殊的矩形波，即占空比为５０％的矩形波。对于矩形波，可以应用计算值和比较值相比较的方法来实现，具体实现可参考图４.７。在图４.７中，计数值和比较值相比较，当计数值小于比较值时，输出为０，大于或等于比较值时，输出为１（相反也可以）。最大计数值ＣＮＴ∗Ｔ决定了矩形波的频率，比较值／计数值为矩形波的占空比，其中Ｔ为计一次数的时间，可以使用定时器中断实现，ＣＮＴ决定了占空比的精度。由于计数和比较需要在定时器中断中实现，因此Ｔ最好至少要大于３０个机器周期。【例４.３】利用定时／计数器（Ｔ０）的方式１，产生一个５０Ｈｚ的矩形波，由Ｐ２.０引脚输出，１２Ｔ模式，占空比２０％，占空比精度到１％，晶振频率为１２ＭＨｚ。解题思路：由于占空比精度到１％，最大计数值ＣＮＴ＝１００，矩形波频率ｆ＝５０Ｈｚ，周期Ｔ＝１／５０ｓ＝０.０２ｓ，Ｔ＝１００∗ｔ延时，ｔ延时＝０.０２／１００ｍｓ＝０.２ｍｓ。程序定时器中断延时时间０.２ｍｓ，进一次中断，计数器加１，Ｐ２.０口初值为０，当计数值＝比较值时，Ｐ２.０输出为１，当计数值等于最大计数值时，Ｐ２.０输出为０。

４.５ＬＥＤ数码管的结构和分类在单片机应用系统中，键盘和显示器是很关键的部件，是构成人机对话的一种基本设备。键盘能向计算机输入数据、传送命令，是人工干预计算机的主要手段。显示器则显示控制过程或结果。本节讲述显示器的工作原理、ＬＥＤ显示器的编码显示原理以及它们与单片机的接口技术。４.5.１显示器及其接口显示器是计算机的主要输出设备，它把运算结果、程序清单等以字符的形式显示出来，以供用户查阅。目前常用的显示器有数码管显示器（ＬＥＤ显示器）、液晶显示器（ＬＣＤ显示器）等。下面详细介绍ＬＥＤ显示器的结构与工作原理:４.５ＬＥＤ数码管的结构和分类ＬＥＤ显示器的结构如图４.８ａ所示，由８个发光二极管按“日”字形排列，其中７个发光二极管组成“日”字形的笔画段，另一个发光二极管为圆点形状，安装在显示器的右下角作为小数点使用，分别控制各笔画段的ＬＥＤ，使其中的某些发亮，从而可以显示出０～９的阿拉伯数字符号以及其他能由这些笔画段构成的各种字符。ＬＥＤ显示器根据内部结构不同分为两种，一种是把所有发光二极管的阳极连在一起，称为共阳极数码管，如图4.８ｂ所示；另一种是８个发光二极管的阴极连在一起，称为共阴极数码管，如图４.８所示。当某一二极管导通时，相应的字段发亮。这样，若干个二极管导通，就构成了一个字符。在共阴极数码管中，导通的二极管用“１”表示，其余的用“０”表示。这些“１”“０”数符按一定的顺序排列，就组成了所要显示字符的显示代码。例如，对于共阴极数码管来说，阳极排列顺序为ｈ、ｇ、ｆ、ｅ、ｄ、ｃ、ｂ、ａ。这样，字符１的显示代码为０００００１１０，字符Ｆ的显示代码为０１１１０００１，用十六进制表示分别为０６Ｈ和７１Ｈ。若要显示某一个字符，就在二极管的阳极按显示代码加高电平，阴极加低电平即可。显示七段码表见表4.

3。

从前面的学习知道，单片机的Ｐ０～Ｐ３口具有输入数据可以缓冲和输出数据可以锁存的功能，并且有一定的带负载能力。但一般Ｉ／Ｏ接口芯片的驱动能力是很有限的。在ＬＥＤ显示接口电路中，若输出口所能提供的驱动电流或吸收电流不能满足要求时，就需要增加ＬＥＤ驱动电路，特别是多段ＬＥＤ显示器更是如此。有两种形式的驱动电路：低电平有效驱动电路和高电平有效驱动电路。在低电平有效驱动电路中，当驱动管导通而使集电极处于低电平时，ＬＥＤ被正向导通而发光，驱动电路吸收ＬＥＤ工作电流。在高电平有效驱动电路中，当驱动管截止而使集电极处于高电平时，ＬＥＤ导通而发光，驱动电路为ＬＥＤ提供工作电流。驱动电路中的Ｒ为限流电阻，通常取数百欧。限流电阻Ｒ的计算公式如下：Ｒ＝(𝑉𝑖−𝑓−𝑐𝑠)/𝐼_𝑓式中，𝑉_𝑖为输入信号电平；𝑉_𝑓为输入端发光二极管的电压降，通常是１.２～２.５Ｖ；𝑉_𝑐𝑠为驱动器的电压降，通常是０.１～０.５Ｖ；𝐼_𝑓为发光二极管的工作电流，通常是２～１０ｍＡ。在单片机应用系统中，ＬＥＤ显示器的显示方法有两种：静态显示法和动态扫描显示法。

４.５.２数码管的静态显示所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占具有锁存功能的输出口线，ＣＰＵ把要显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器显示所需的数字或符号，此后，即使ＣＰＵ不再去访问它，因为各笔画段接口具有锁存功能，显示的内容也不会消失。静态显示法的优点是显示程序十分简单，显示亮度大，由于ＣＰＵ不必经常扫描显示器，因此节约了ＣＰＵ的工作时间。但静态显示也有其缺点，主要是占用的Ｉ／Ｏ接口线较多，硬件成本较高。所以静态显示法常用在显示器数目较少的应用系统中。ＬＥＤ采用静态显示与单片机接口时，共阴极或共阳极点连接在一起接地或接高电平。

每个显示位的段选线与一个８位并行口线对应相连，只要在显示位上的段选线上保持段码电平不变，则该位就能保持相应的显示字符。这里的８位并行口可以直接采用并行Ｉ／Ｏ接口芯片，也可以采用串入／并出的移位寄存器或者其他具有三态功能的锁存器等。

考虑到若采用并行Ｉ／Ｏ接口，占用Ｉ／Ｏ资源较多，因此静态显示器接口中通常采用串行口，设置为方式０输出方式，外接７４ＨＣ５９５移位寄存器，构成显示器接口电路。下面介绍采用ＢＣＤ／７段显示译码驱动芯片构成的静态显示接口电路，其特点是一个ＬＥＤ显示器仅占４条Ｉ／Ｏ口线，当一个并行Ｉ／Ｏ接口经过该译码显示驱动器时，可以连接两个ＬＥＤ显示器。

常用的ＢＣＤ数码显示译码驱动芯片有两种类型，一种是适用于共阳极显示器，如７４ＬＳ４７；另一种适用于共阴极显示器，如７４ＬＳ４９。图４.９是采用共阳极显示器的静态显示器接口电路。单片机输出控制信号由Ｐ２.０和ＷＲ合成，当二者同时为“０”时，或门输出为０，将Ｐ０口数据锁存到７４ＬＳ２７３中，口地址为ＦＥＦＦＨ。输出线的低４位和高４位分别接ＢＣＤ／７段显示译码驱动器７４ＬＳ４７。７４ＬＳ４７能使显示器显示出由Ｉ／Ｏ接口送来的ＢＣＤ码数和某些符号。

具体显示程序也非常简单，如欲在两个显示器上显示两位十进制数３５，仅需将该数送往显示口地址即可。

【例４.４】在单片机最小系统的基础上设计４位共阳数码管显示“１、２、３、４”。程序实现如下：

动态扫描显示法是单片机应用系统中最常用的显示方法之一。它是把所有显示器的８个笔画段ａ～ｈ的各段同名端互相并接在一起，并把它们接到字段输出接口上。为了防止各个显示器同时显示相同的数字，各个显示器的公共端ＣＯＭ还要受控制信号控制，即把它们接到位输出接口上。这样，对于一组ＬＥＤ显示器需要有两组信号来控制，一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是输出接口输出的控制信号，来选择第几位显示器工作，称为位码。在这两组信号的控制下，可以一位一位地轮流点亮各个显示器，显示各自的数码，以实现动态扫描显示。

由于动态扫描方法要求每个数码管显示时间基本相同，每个数码管显示的内容都是在中断服务程序中实现，中断服务程序主要由以下程序组成：１）计数器重赋初值（对于自动重载方式，不需要）。２）在对应数码管显示相应的数值。３）计数值＋１，当计数值＝数码管个数时，计算值回０。

４.５.４基于查表法动态显示实例本节通过实例讲解数码管动态扫描编程方法，实例具体要求如下：１）对４位数码管（共阳极）编程，实现从００００～９９９９十进制计数器，每计一次数时间为１ｓ。２）４位数码管与单片机的连接如图４.１０所示，该图用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件所画，未考虑硬件的驱动能力，未加限流电阻和驱动元件，只用于验证程序功能正确性。

对４位数码管实现从００００～９９９９十进制计数器，１ｓ延时和动态扫描的延时都需要使用定时器实现，整个程序的实现框图包括主程序框图和中断服务程序框图。（１）主程序框图计数器的主程序框图如图４.１１所示，其实现过程如下：

１）定时器初始化，实现１ｍｓ的延时，使用定时／计数器０方式１实现。２）变量赋初值，计数变量清０，ｃｎｔ１ｍｓ表示１ｍｓ计数一次，ｃｎｔ是０～９９９９计数器变量，ｃｎｔｂｉｔ是表示数码管个数的计数器，由于程序中使用４位数码管，因此该变量实现四进制计数器，对应４个数码管。ｃｎｔ和ｃｎｔ１ｍｓ是ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔ类型变量，ｃｎｔｂｉｔ为ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ类型变量，三个变量可以定义时直接清０；显示缓冲区赋初值，程序上电显示００００。３）判断计时是否到１ｓ，到１ｓ继续执行。４）ｃｎｔ１ｍｓ清０。５）ｃｎｔ计数器加１，并加到１００００时回０。６）取ｃｎｔ的个位、十位、百位和千位到显示缓冲区，以便在中断服务程序中显示。

（２）中断服务程序框图４位数码管计数器的中断服务程序框图如图４.１２所示，其实现过程如下：１）重赋初值

（２）中断服务程序框图４位数码管计数器的中断服务程序框图如图４.１２所示，其实现过程如下：１）重赋初值２）在对应数码管显示相应的数值，不同的计数值，表示相应的数码管亮，并显示相应的数值，如ｃｎｔｂｉｔ＝０，表示第０个数码管亮，显示计数器的个位值，ｃｎｔｂｉｔ＝１，表示第１个数码管亮，显示计数器的十位值，以此类推。程序实现可以采用两种方法。方法１：

使用ｓｗｉｔｃｈｃａｓｅ语句，根据不同的ｃｎｔｂｉｔ值，对相应的数码管赋值，这种方法由于代码量较大，运行时间长，不建议使用；方法２：采用查表法，设对应数码管的位码和段码，直接赋值，这种方法代码量小，运行时间短，因此一般使用该方法实现。具体实现如下

３）四进制计数器，使用对４求余数，实现四进制计数器。（３）程序清单

程序代码如下：

３）四进制计数器，使用对４求余数，实现四进制计数器。（３）程序清单

程序代码如下：

３）四进制计数器，使用对４求余数，实现四进制计数器。（３）程序清单

程序代码如下：

４.6数字电子时钟设计４.６.１项目功能描述设计数字电子时钟，具有时、分、秒计数显示功能，以２４小时循环计时，并用数码管显示，具体要求如下：１）用８个数码管实现数字电子钟，其中６个用于实现时、分、秒显示，２个数码管显示“－”。２）分钟、秒为六十进制计数，小时为二十四进制计数。３）８个数码管用动态扫描方式连接。４）单片机使用ＳＴＣ１５Ｗ４Ｋ３２Ｓ４芯片。５）用ＣＡＤ软件（ＡｌｔｉｕｍＤｅｓｉｇｎｅｒ）绘制硬件原理图，并根据原理图绘制Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真电路图，并用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真。

４.６.１项目功能描述设计数字电子时钟，具有时、分、秒计数显示功能，以２４小时循环计时，并用数码管显示，具体要求如下：１）用８个数码管实现数字电子钟，其中６个用于实现时、分、秒显示，２个数码管显示“－”。２）分钟、秒为六十进制计数，小时为二十四进制计数。３）８个数码管用动态扫描方式连接。４）单片机使用ＳＴＣ１５Ｗ４Ｋ３２Ｓ４芯片。５）用ＣＡＤ软件（ＡｌｔｉｕｍＤｅｓｉｇｎｅｒ）绘制硬件原理图，并根据原理图绘制Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真电路图，并用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真。

４.６.２项目硬件电路设计数字电子钟的硬件由单片机电路、电源电路、复位电路、晶振电路、数码管显示电路及数码管驱动电路组成，具体框图如图４.１３所示。

４.数码管显示电驱动电路由于传统５１系列单片机的灌电流能力强，对数码管的段选端一般为低电平有效，因此多位数码管选择共阳极数码管，由于点亮一位数码管的电流较大，一般超过４０ｍＡ，需要加驱动电路，采用ＰＮＰ晶体管驱动，具体电路如图４.１６所示。在Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真电路图中，由于ＰＮＰ晶体管仿真有问题，改用７４ＨＣ０４代替ＰＮＰ晶体管。

数字电子钟的整体电路图及仿真图分别如图４.１７和图４.１８所示。

１）定时器初始化，实现１ｍｓ的延时，使用定时／计数器０方式１实现。２）变量赋初值，显示赋初值，计数变量清０，ｃｎｔ１ｍｓ表示１ｍｓ一次计数，ｓｅｃ、ｍｉｎ、和ｈｏｕｒ分别表示秒、分钟和小时计数器，ｃｎｔｂｉｔ是表示数码管个数的计数器，由于程序中使用８位数码管，因此该变