毕业设计论文基于单片机的打铃系统.docx
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毕业设计论文基于单片机的打铃系统
学用打铃系统的设计
独创性声明
本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。
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对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
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摘要
本设计是以单片机为核心部件的电铃器的设计，用LED七断数码管作为计时显示用，用仿真实验箱的P2.5口去控制音乐的响与断。
首先利用定时器进行定时，使定时器工作于方式一定时50ms，配合软件计数器，调用中断程序使定时器定时20次以达到定时1s的目的，同时调用显示程序，显示到计时的时间；在每次秒加1的计时过程中，都与规定的上课（下课）时间作比较，如果相等就对P2.5口置高电平以驱动响铃电路，不等则返回。
关键词：
单片机；铃声；位码
目录
摘要I
目录II
引言1
1单片机的发展与应用2
1.1单片机的发展2
1.2单片机的应用2
2总体设计方案4
2.1系统框图4
2.2显示控制方案4
2.3铃声控制方案4
3硬件设计6
3.1单片机型号的选择6
3.2单片机附属电路7
3.3数码管显示电路8
4软件设计10
4.1设计思路10
4.2主程序模块10
4.3铃声子程序模块12
致谢16
参考文献17
引言
随着科技的发展，单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。
本设计是以AT89C51型单片机为核心的学用打铃系统。
这次设计中，先讲叙了单片机单片机的概念，各个阶段的发展应用。
本文所涉及的是市场占有率最高的是51系列，本设计后分三大部分，分别是总体方案设计、硬件设计和软件设计。
在这三大部分中，总体方案设计有总体设计及各方案的大致思路；硬件设计由单片机最小应用系统、动态显示部分和铃声控制原理；软件设计分为子程序的设计和系统程序。
1单片机的发展与应用
1.1单片机的发展
所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（CenterProcessingUnit,也即常称的CPU）和数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，特别适用于工业控制领域，因此又称为微控器。
单片机诞生于20世纪70年代，单片机的发展分为4个阶段：
第一阶段（1974—76年）：
单片机初级阶段。
因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。
第二阶段（1976—78年）：
低性能单片机阶段。
以Intel公司生产的MCS——48系列单片机为代表，最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大与4KB。
第三阶段（1978—83）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口。
多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。
第四阶段（1983年至今）8位单片机巩固发展以及16位单片机，32位单片机推出阶段。
此阶段的主要特征是：
发展16位单片机，32位单片机及专用型单片机。
1.2单片机的应用
单片机的应用非常广泛，比如以下几个方面：
在自动化技术中的应用：
例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
仪器仪表：
单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积，易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化和多功能化方向发展。
应用电子类产品中的应用：
比如，电子游戏、照相机、洗衣机手机、IC卡、汽车电子设备等。
通信技术、计算机方面的应用：
例如，在微波通信、短波、载波、光纤通信、程控交换等通信设备。
另如银行终端，以及计算机外部设备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等。
现代化的武器装备：
如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器设备、航天飞机导航系统。
2总体设计方案
2.1系统框图
下图为电铃系统的总体设计框图，如图2.1所示：
图2.1系统框图
利用MCS-51内部的定时器/计数器进行定时，该定时使用T0做50ms的定时中断，确保所显示时间的准确性。
2.2显示控制方案
显示分为静态示和动态显示静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。
该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。
LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫描89C51芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式。
2.3铃声控制方案
利用MCS-51内部的定时器/计数器进行并配合软件延时来实现此功能。
它和时间的计时控制类似，但为了避免相互影响，铃声的控制用T1定时器来完成，当上课铃（下课铃）到时，就会在仿真实验箱的扬声器接口自动响起所设定的音乐铃声。
需要指出的是，因为本系统采用的是音乐响铃方式，需对音谱有一定的了解，下表所示为音阶与频率的关系如表2.1所示。
表2.1音阶与频率的关系（X为十六进制数）
音阶
频率/Hz
X（Hex#）
1
262
F921
2
294
F9E1
3
330
FA8C
4
349
FAD8
5
392
FB68
6
440
FBE9
7
494
FC5B
1
523
FC8F
通过音阶与频率的关系可知音阶是由不同频率的方波产生，而方波的频率是由定时器控制，同时音的节拍是由延时子程序来完成的；本设计所用的音乐输出口是单片机实验箱上的P2.5，当定时器记数溢出，产生中断，将P2.5取反，P2.5即输出不同频率的脉冲并通过扬声器发出不同频率的音调。
3硬件设计
3.1单片机型号的选择
3.1.1AT89C51的特点
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C51单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能、CMOS、8位单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
AT89C51的管脚图如图3.1所示：
图3.1AT89C51的管脚示意图
3.1.2主要管脚介绍
1、P0口（39脚至32脚）：
是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用。
2、P1口（1脚至8脚）：
是准双向8位I/O口。
由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。
3、P2口（21脚至28脚）：
是准双向8位I/O口。
在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。
4、P3口（10脚至17脚）：
是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。
P3各口的第二功能定义如下所示。
P3.0-RXD（串行输入口）
P3.1-TXD（串行输出口）
P3.2-INT0（外部中断0）
P3.3-INT1（外部中断1）
P3.4-T0（定时器0外部输入）
P3.5-T1（定时器1外部输入）
P3.6-WR（外部数据存储器写脉冲）
P3.7-RD（外部数据存储器读脉冲）
3.2单片机附属电路
3.2.1复位电路
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。
单片机复位的条件是：
必须使RST/Vpd或RST引脚（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。
例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1us，则只需2us以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。
单片机复位电路一般有上电复位电路、手动复位电路和自动复位电路三种。
此次设计使用的是手动复位电路,该电路除具有手动复位功能外，同时还具有自动复位功能，在本设计中只需按下图中的REST键，此时电源VCC经两电阻分压，在REST端产生复位高电平。
3.2.2晶体振荡电路
石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。
本设计所用的晶体振荡电路如图3.2所示。
图3.2晶体振荡电路
时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是（1/12us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。
在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。
对于某种单片机，若采用了1MHZ的时钟频率，则时钟周期为1us；若采用4MHZ的时钟频率，则时钟周期为250us。
由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏（使计算机的每一步都统一到它的步调上来）。
显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。
设计中使用到的单片机的时钟范围是12MHz或11.0592MHz。
3.3数码管显示电路
3.3.1数码管简介
数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字09、字符AF及小数点“·”。
数码管的外形结构如下图a所示。
数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，它们的结构图分别如下图b和c所示：
而在本设计中，所用到的是共阴极数码管。
数码管外形结构共阴极数码管共阳极数码管
图3.3数码管图示
3.3.2数码管工作原理
采用动态扫描方式显示，它是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。
通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制。
动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数因为我们采用的是共阴极数码管，下面就对它的工作原理进行介绍。
共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。
通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。
根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
上面我们已介绍过，将码管，并送出相应的段码。
依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。
4软件设计
4.1设计思路
软件部分的设计，主要有主程序、显示子程序、中断服务子程序、铃声子程序的设计。
主程序是对各部分的初始化，它包括地址单元的初始化和定时器T0的初始化；显示子程序主要是显示出中断处理后的结果，这部分主要用动态显示；中断部分控制的是时间的走时，在这部分设计中我采用的方法是把时、分、秒分别置于地址单元30H~35H中，然后把数据区中的数送入显示缓冲区中完成显示；铃音子程序主要是完成对音乐的控制；当上课（下课）时间到时，扬声器端能够自动发出一段完整的声音。
4.2主程序模块
图4.1主程序流程图
主程序主要是对所用地址单元、中断、和显示分别进行初始化，然后启动定时器对时间进行判断，将此送入地址30H－35H单元中，并调用显示程序，同时在时间不断变化的情况下不停地调用音乐铃声子程序。
就如此周而复始的循环，其流程图如下页4.1所示。
主程序流程图如下：
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG000BH
AJMPINTR0
ORG0030H
MAIN:
MOV30H,#00H
MOV31H,#00H
MOV32H,#00H
MOV33H,#00H
MOV34H,#00H
MOV35H,#00H
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#3CH
MOVTLO,#B0H
SETBEA
SETBET0
SETBTR0
MOVR3,#20
NEXT:
LCALLDISPLAY
CJNE30H,#00H,NEXT
CJNE31H,#00H,NEXT
CJNE32H,#00H,NEXT
CJNE33H,#01H,NEXT
CJNE35H,#00H,NEXT1
CJNE34H,#08H,NEXT2
NEXT2:
CJNE34H,#09H,NEXT
LJMPNEXT9
NEXT1:
CJNE35H,#01H,NEX
CJNE34H,#00H,NEXT3
LJMPNEXT9
NEXT3:
CJNE34H,#01H,NEXT4
LJMPNEXT9
NEXT4:
CJNE34H,#02H,NEXT5
LJMPNEXT9
NEXT5:
CJNE34H,#04H,NEXT6
LJMPNEXT9
NEXT6:
CJNE34H,#05H,NEXT7
LJMPNEXT9
NEXT7:
CJNE34H,#06H,NEXT8
LJMPNEXT9
NEXT8:
CJNE34H,#07H,NEXT
NEXT9:
LCALLXINAGLING
LJMPNEXT
4.3铃声子程序模块
铃音子程序主要是通过时间完成对音乐的控制；当上课（下课）时间到时，扬声器端能够自动发出一段完整的声音，此音乐具有改动性，可具体根据学校情况选组不同的音乐铃声，在本设计中采用“生日快乐”作为音乐铃声。
其程序如下：
XIANGLING:
MOVTMOD,#10H
SETBEA
SETBET1
START1：
MOV30H,#00H;
NEXT13:
MOVA,30H
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR;查表取音调和节拍
MOVR2,A
JZEND1;为零,不进行处理.
ANLA,#0FH
MOVR5,A;将节拍存入R5
MOVA,R2
SWAPA
ANLA,#0FH
JNZSING;根据音调决定是否演奏.
CLRTR1
LJMPD1
SING:
DECA
MOV22H,A;将音调存入22H.
RLA
MOVDPTR,#TABLE1
MOVCA,@A+DPTR;根据音调决定定时器初值.
MOVTH1,A;放入TH1
MOV21H,A
MOVA,22H
RLA
INCA
MOVCA,@A+DPTR
MOVTL1,A;放入TL1
MOV20H,A
SETBTR1;启动定时
D1:
LCALLDELAY1
INC30H
LJMPNEXT13
END1:
CLRTR1
LJMPSTART1
PUSHACC;定时器中断服务程序
PUSHPSW
MOVTL1,20H;重赋初值
MOVTH1,21H
CPLP2.5
POPPSW
POPACC
RETI1
DELAY1:
MOVR7,#02H;延时子程序
D2:
MOVR4,#187
D3:
MOVR3,#248
D4:
DJNZR3,D4
DJNZR4,D3
DJNZR7,D2
DJNZR5,DELAY1
RET1
TABLE1:
DW64260,64400,64524,64580;决定音调的定时初值.
DW64684,64777,64820,64898
DW64968,65030,65058,65110
DW65157,65178,65217
TABLE:
决定音调和节拍的表格,不同的歌曲只是此表不同;1
DB82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,04H,82H,01H,81H,94H,84H,0C4H,0B4H,04H;2
DB82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0B4H,0A4H,94H,0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,
DB0B4H,04H;3
DB82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,04H,82H,01H,81H,94H,84H,0C4H,0B4H,04H,;4
DB82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0B4H,0A4H,94H,0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,
DB0B4H,04H,00H
END
致谢
本课题在选题及写作过程中得到鲁老师的悉心指导。
鲁老师多次询问写作进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。
鲁老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却终生受益。
对老师的感激之情是无法用言语表达的。
感谢辅导员老师、各门代课老师等对我的教育培养。
他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬，向他们表示忠心的感谢！
感谢我的同学、朋友三年来对我学习、生活的关心和照顾！
向他们致敬！
参考文献
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北京邮电大学出版社.2005
[2]李全利.单片机原理及应用.北京：
高等教育出版社.2001
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清华大学出版社.2004
[4]刘瑞新.单片机原理及应用教程.北京：
机械工业出版社.2003
[5]李朝青.单片机原理及接口技术.北京:
北京航空航天大学出版社.2002
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机械工业出版社.2004
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重庆大学出版社.2004
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[11]夏路易，石宗义.电路原理图与电路板设计教程.北京:
希望电子工业出版.2002
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
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作者签名：
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
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评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
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（盖章）
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