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8051單片機C語言秒表程式設計與常見錯誤修正

編輯：C 語言問答

專案背景

在嵌入式系統開發中，利用8051單片機實現秒表功能是經典的練習項目。本文針對一位開發者提交的、精度要求為百分之一秒的秒表程式進行深度分析，指出其邏輯缺陷，並提供一個功能完整、結構清晰的改進版本。

原始程式碼存在的問題

原程式碼使用定時器0中斷遞增三個計數器（wei1、wei2、wei3），並在主迴圈中透過輪詢方式驅動數碼管顯示。主要缺陷包括：

中斷與主迴圈同步機制缺失：中斷服務程式中三個計數器同時遞增，導致進位邏輯混亂（百位、十位、個位應依次進位，而非同步遞增）。
顯示掃描時序不當：主迴圈中使用 delay(5) 進行佔位式延遲，嚴重阻塞 CPU，導致按鍵掃描、串口通訊等其他任務無法並行處理。
缺乏狀態控制：程式一啟動即開始計時，缺少「啟動、暫停、復位」等基本人機交互功能。
變數型別與範圍隱患：使用 uint 計數，若長時間運行可能溢位，且無溢位保護。

改進方案：基於狀態機的秒表設計

採用「定時器中斷純計時 + 主迴圈非阻塞掃描顯示 + 按鍵狀態機控制」的架構，程式碼如下：

#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

// 共陽數碼管編碼 0-F
uchar code SEG_CODE[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,
                         0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71};

sbit LATCH_D = P2^6; // 段鎖存
sbit LATCH_W = P2^7; // 位鎖存
sbit KEY_START = P3^2; // 啟動/暫停鍵
sbit KEY_RESET = P3^3; // 復位鍵

// 系統狀態
typedef enum { STOP, RUN } RunState;
RunState sys_state = STOP;

// 計時變數 (百分秒、秒、十秒、分)
uchar cnt_ms = 0, cnt_s = 0, cnt_10s = 0, cnt_min = 0;
// 顯示緩衝區
uchar disp_buf[4] = {0,0,0,0};
// 按鍵消抖計數
uchar key_start_cnt = 0, key_reset_cnt = 0;

void Timer0_Init(void) {
    TMOD &= 0xF0; TMOD |= 0x01; // 模式1，16位定時器
    TH0 = 0xDC; TL0 = 0x00;     // 50ms @ 11.0592MHz (1ms需調整，此處示例為50ms)
    ET0 = 1; EA = 1; TR0 = 1;   // 啟動中斷
}

void Display_Scan(void) {
    static uchar pos = 0;
    LATCH_D = 1; P0 = 0xFF; LATCH_D = 0; // 消影
    LATCH_W = 1; P0 = ~(0x01 << pos); LATCH_W = 0; // 選位
    LATCH_D = 1; P0 = SEG_CODE[disp_buf[pos]]; LATCH_D = 0; // 輸出段碼
    pos = (pos + 1) % 4;
}

void Key_Scan(void) {
    // 啟動/暫停鍵處理
    if (KEY_START == 0) {
        if (++key_start_cnt >= 20) { // 20ms消抖
            key_start_cnt = 20;
            if (sys_state == RUN) sys_state = STOP;
            else sys_state = RUN;
        }
    } else key_start_cnt = 0;

    // 復位鍵處理 (長按1秒復位)
    if (KEY_RESET == 0) {
        if (++key_reset_cnt >= 100) { // 1秒
            cnt_ms = cnt_s = cnt_10s = cnt_min = 0;
            sys_state = STOP;
        }
    } else key_reset_cnt = 0;
}

void Update_Display_Buf(void) {
    disp_buf[0] = cnt_ms % 10;
    disp_buf[1] = cnt_ms / 10;
    disp_buf[2] = cnt_s % 10;
    disp_buf[3] = cnt_s / 10; // 簡化：僅顯示分秒，擴展易
}

void main(void) {
    Timer0_Init();
    while(1) {
        Display_Scan();      // 非阻塞動態掃描
        Key_Scan();          // 按鍵掃描
        Update_Display_Buf(); // 更新顯示緩衝
        // 此處可添加其他非阻塞任務
    }
}

void Timer0_ISR(void) interrupt 1 using 1 {
    TH0 = 0xDC; TL0 = 0x00; // 重裝初值
    if (sys_state == RUN) {
        if (++cnt_ms >= 100) { // 100 * 10ms = 1s (需根據實際定時器週期調整)
            cnt_ms = 0;
            if (++cnt_s >= 60) {
                cnt_s = 0;
                if (++cnt_min >= 60) cnt_min = 0;
            }
        }
    }
}