51单片机进阶案例（1）——基于MATLAB GUI的单片机串口与PC的通信实现实时时钟和双向可调时钟功能（利用DS1302时钟芯片和LCD1602液晶屏）

一、案例描述

利用51单片机（STC89C52）和DS1302时钟芯片实现实时时钟和可调时钟功能，并在LCD1602液晶屏上显示时分秒。
并在此基础上实现，运用Matlab的GUI工具编辑一个可视化界面，用以跟单片机进行串口通信，既可以在MATLAB中实时修改时钟内容同步到单片机上，也可以在单片机中实时修改时钟内容，同步到PC上。

二、实现功能

实现功能为：
运用keil编写时钟程序，烧录到单片机中，时钟程序实现的功能是实现时钟的显示，并且能用开发板上的四个按钮进行时钟的修改，一个按钮进入修改模式，一个按钮对时间进行移位，另两个实现时间的增减。
编辑GUI界面，实现对单片机的控制，其中，GUI界面通过串口采样开发板上时钟的数值，并在GUI界面上进行显示。同样的，可以通过GUI界面实现对开发板上时钟的修改并同步。

三、51单片机部分实现

3.1 实时时钟的实现

实时时钟的实现与上篇文章（51单片机案例（1）——利用DS1302实现实时时钟和可调时钟的功能）基本相同，唯一的区别在于在LCD1602第一行不再显示年月日，而是以固定字符CLOCK:代替。

在上文中，由于我用的是郭天祥的51单片机开发板，而郭天祥的51单片机的四个独立按键S2,S3,S4,S5和LCD1602存在引脚冲突（共用引脚P3），因此选择矩阵键盘第四列的四个按键S9，S13，S17，S21作为上述的四个按键。但是，当我使用串口时，用于串口与P3.0引脚冲突，导致按键S9无法正常使用，因此我这里使用的按键为S4，S13，S17，S21，故在按键中稍作修改。

这里读者也需要确认，请不要与LCD1602引脚、串口引脚冲突即可。

3.2 串口通信的实现

3.2.1 接收数据

51单片机接收数据利用的是串口相关程序，串口内容可参考文章：51单片机之串口通信详解及代码示例。接收数据利用中断4进行，在中断4函数中，接收串口数据，并赋值给MODE和数组date，让data+1，由于接收的为MODE、时、分、秒、MODE这五个程序，因此当Count>4时置零重新接收。代码如下：

	MODE=SBUF;
	date[Count]=SBUF;
	Count++;
	if(Count>4)Count=0;

MODE表示模式，在实时时钟功能中设置的MODE为0和1，为0表示正常显示时间，为1表示调整时间，这时时/分/秒开始闪烁。
在本文中，我们增加了两种MODE模式，分别是2和3，当串口接收到模式2时表示PC端正在修改时钟，这时单片机时钟暂停，等待PC端修改时钟完成；当串口接收到模式3时，表示PC端修改时钟完成，这时单片机时钟继续，代码如下：

		switch(MODE){
			case 0:TimeShow();break;
			case 1:{TimeSet();break;}//设置时间并向MATLAB发送数据【未完待续】
			case 2:break;	//时钟暂停
			case 3:{UART_TimeSet();MODE=0;break;}	//时钟继续
		}

这里调用UART_TimeSet函数将串口接收的date数组赋值给DS1302_Time数组并显示，代码如下：

//串口设置时钟
void UART_TimeSet(){
	DS1302_Time[0]=date[1];
	DS1302_Time[1]=date[2];	
	DS1302_Time[2]=date[3];
	
	LCD_ShowNum(2,1,DS1302_Time[0],2);
	LCD_ShowNum(2,4,DS1302_Time[1],2);
	LCD_ShowNum(2,7,DS1302_Time[2],2);
	DS1302_SetTime();
	
}

3.2.2 发送数据

向PC发送数据设置在MODE1模式中，当MODE==1时，即调整完时钟确认后开始发送数据，发送的数据为DS1302_Time数组，代码如下：

else if(MODE==1{
	MODE=0;
	DS1302_SetTime();
	UART_SendByte(DS1302_Time[0]);
	UART_SendByte(DS1302_Time[1]);
	UART_SendByte(DS1302_Time[2]);}

四、MATLAB部分实现

4.1 GUI界面

MATLAB GUI界面如下：

4.2 设置滑动条和可编辑文本框同步

设置可编辑文本框中实时显示滑动条的值，并设置为整数：

function slider1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject    handle to slider1 (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)
sliderdata = get(hObject,'Value');  %得到滑动条的值
set(handles.edit1,'string',round(sliderdata));  % 设置滑动条的值，设置的是数值

设置当在可编辑文本框中修改内容，进度条实时修改更新：

function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject    handle to edit1 (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)
editdata = get(hObject,'String');  %得到可编辑文本的值
set(handles.slider1,'Value',str2num(editdata));  % 设置滑动条的值，设置的是数值，value类型

4.3 时钟功能

MATLAB GUI时钟功能的实现利用的是timer函数（TimerFcn），关于其详细内容可以参考文章：MATLAB GUI设计之利用timer函数（TimerFcn）实现定时功能详解，这里也不进行详细介绍。

4.4 操作说明

操作说明如下：
START点击开始，MATLAB开始计时，默认从0开始，也可自行调整。
ADJUST点击进入修改模式，同时单片机开发板亦会进入修改模式，同步调整时分秒，滑动滑动条或在可编辑文本框中输入数值进行调整，调整完成后点击second、minute或hour确认调整的是时、分还是秒。当点击hour时，由于小时为0-23，因此这时滑动条自动修改大小为0-23，对于second和minute，滑动条大小为0-59。
EXIT点击退出界面。
GET点击后打开串口，从单片机中获取数值。

五、操作说明效果演示

这里介绍一下我的接线，由于郭天祥51单片机板子没有DS1302时钟芯片而我又需要用到，因此这里花两块钱买了一个DS1302，将DS1302的CLK连接P2.6，DAT连接P2.4，RST连接P2.5，如下图所示。

首先将keil程序下载到单片机，然后启动单片机再启动并MATLAB程序。
这时启动单片机，单片机时钟会正常显示，默认从12:59:55开始运行。
这时单独START MATLAB程序，时钟会正常显示，默认从00:00:00开始运行。

利用单片机按钮修改时钟并同步到MATLAB GUI中：在单片机上通过按下四个按键进行修改，这里修改为14:00:12。然后在点击确认确认修改之前，首先在MATLAB GUI中点击GET按钮，然后再点击确认修改，这时单片机和MATLAB会同步到14:00:12同时运行。

利用MATLAB GUI中的ADJUST按钮修改时钟并同步到51单片机中，点击ADJUST按钮后，MATLAB和51单片机按钮同时暂停，这时滑动条、可编辑文本框和三个按钮显示，进行时分秒相应调节。这里调节为06:06:06，调节后点击OK按钮（ADJUST的文本自动变为OK），这时单片机和MATLAB会同步到06:06:06同时运行。

运行视频如下：

单片机串口与PC的通信实现实时时钟和双向可调时钟功能

六、改进空间

当然本项目也存在改进空间，比如有一个常见问题是利用单片机按钮修改时钟并同步到MATLAB GUI中：在在点击确认确认修改之前，首先在MATLAB GUI中点击GET按钮，然后再点击确认修改，才能同步到MATLAB GUI中，这样就会造成操作复杂，可以考虑其他方法实现~

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ok，以上便是全部内容了，由于本文工作量颇大，代码量很多，因此我设置成了付费，如果需要源代码，联系方式如下【请备注：DS1302】（白嫖党慎入）。

参考：

1. 单片机常用芯片总结（一）——LCD1602液晶屏
2. 单片机常用芯片总结（二）——DS1302时钟芯片
3. 51单片机之串口通信详解及代码示例
4. MATLAB与51单片机进行串口通信详解
5. 51单片机案例（1）——利用DS1302实现实时时钟和可调时钟的功能
6. MATLAB GUI设计之利用timer函数（TimerFcn）实现定时功能详解
7. 基于Matlab GUI的单片机串口与PC的通信