单片机.docx
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单片机
单片机接口课程设计
题目音乐倒数计时器
专业光信息科学与技术
院系应用科学学院
学号200918010115
姓名李鹏斌
指导教师邱选兵
目录
一、设计要求……………………………………………3
二、设计目的……………………………………………3
三、设计方案……………………………………………4
1系统概述…………………………………………4
2单元电路设计……………………………………5
3软件程序设计和调试……………………………6
四、实验结论……………………………………………12
五、心得体会……………………………………………13
六、附录…………………………………………………13
实验题目音乐倒数计数器
一.设计要求
利用AT89C51单片机结合字符型LED显示器设计一个简易的倒数计数器，可用来煮方便面、煮开水或小睡片刻等。
做一小段时间倒计数，当倒计数为0时，则发出一段音乐声响，通知倒计数终了，该做应当做的事。
定时闹钟的基本功能如下。
●6位LED显示器。
●显示格式为“TIME分分:
秒秒”。
用4个按键操作来设置当前想要倒计数的时间。
一旦按下键则开始倒计数，当计数为0时，发出一阵音乐声。
程序执行后工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行，按下操作键K1～K4动作如下。
●K1—可调整倒计数的时间1～60分钟。
●K2—设置倒计数的时间为5分钟，显示“0500”。
●K3—设置倒计数的时间为10分钟，显示“1000”。
●K4—设置倒计数的时间为20分钟，显示“2000”。
复位后LED的画面应能显示倒计时的分钟和秒数，此时按K1键则在LED上显示出设置画面。
此时，若：
a.按操作键K2—增加倒计数的时间1分钟。
b.按操作键K3—减少倒计数的时间1分钟。
c.按操作键K4—设置完成。
本题目最大难点是实现音乐的播放。
作者利用定时计数器，通过载入不同的计数初值，产生频率不同的方波，输入到蜂鸣器（SOUNER）中，使其发出频率不同的声音。
本设计中单片机晶振为1.0592MHz，通过计算各音阶频率，可得1、2、3、4、5、6、7共7个音应赋给定时器的初值为64580、64684、64777、64820、64898、64968、65030。
在此基础上，可将乐曲的简谱转化为单片机可以“识别”的“数组谱”，进一步加入对音长、休止符等的控制量后，可以实现音乐的播放。
二．设计目的
1.学习单片机定时器时间计时处理、按键扫描、LED显示及音乐旋律演奏的设计方法。
2．理论结合实际，提高分析解决问题的能力。
三.设计方案
—利用单片机、四段LED数码管和蜂鸣器
1.方案总体思路。
用单片机8051控制程序执行，通过LED动态扫描来显示倒计时，每次执行中断时判断计时是否继续倒计时。
同时通过按键扫描的方式来判断是否有输入更改倒计时的控制信息，通过8051的处理来达到对倒计时的更新，当倒计时结束时，驱动蜂鸣器发出一首音乐。
2.单元电路设计
控制电路
采用8051进行控制。
8051基本资料如下：
图28051引脚图
在此次实验中，一共享到了单片机的21个管脚，其中P1组用到的P1^0~P1^3去控制四个按键，P0组用来控制数码管的段码，P2^4~P2^7用来控制四段数码管的位码，P2^3用来使蜂鸣器发生，VCC和GND做为电源和复位电路接入端，而单片机的18和19脚则接入晶体整荡器，产生振荡频率。
通过输入相应程序对单片机的控制，从而让各个模块能够协调工作，实现一定的功能。
LED数码管
LED数码管分为共阴数码管和共阳数码管两种，本实验采用共阳数码管。
共阳数码管就是将数码管七段的阳极连在一起。
当这个公共阳极接VCC时，其余的哪段接低电平哪段亮。
具体的接线电路见附表SCH图。
图2数码管的内部结构图，中间为共阴数码管，右边为共阳数码管
按键控制
按键控制室控制程序执行时数据的输入或是特殊功能的设置及操作，使用8051端口1的4（0至3）条输入口，由程序来控制，平时输入端为高电平，当有按键按下则相对位会呈现低电平，进过轮流扫描判断输入端是否为低电平，便可知道按下的是哪一个按钮。
蜂鸣器
蜂鸣器的功能是对输入的不同频率的方波进行播放形成音乐，持续送出工作脉冲可以推动喇叭发出哔的声响，当工作频率越高时，声音越清脆，工作频率低时，声音则较低沉。
使用8051的P2^3口进行控制
图3.蜂鸣器接线图
3软件程序设计和调试
工作方式设计
C语言比起汇编语言具有简洁紧凑、灵活方便、语法限制不太严格、程序设计自由度大等特点，本例采用C语言进行程序编写。
用到了定时器0和1，初始时开T0而关闭T1。
其中定时器0用来控制倒计时的实现，即当时间到达50ms（定时器时间）*20（循环次数）时，执行中断0将显示时间减一，同时判断计时是否减为0，当扫描但定时时间为0时，则关闭定时器0，而打开定时器1，控制音乐的播放。
延时时间的计算
若定时50ms,则程序为
TMOD=0x01;//定时器,方式1
TH0=0x4c;//写入初值高8位
TL0=0;//写入初值低8位
EA=1;//开总中断
ET0=1;//定时中断允许
TR0=1;//开启定时器
计算式为T=（2^16-4*16+12）*12/（11.0592*10^6）=50ms
然后定义变量待其循环20次后执行中断即可实现1s的定时。
有定时器产生各种频率的声音
我们可以设定发音的频率来改变声音产生音乐，计时时间长短也是按照发音的频率而定的。
由频率值推得定时器计数初值由下关系式得到：
T=1/f（us）；方波宽度
Co=（int）t/2；定时器所得计数的次数
Lo=（8192-co）%32；计数初值低字节
Hi=（8192-co）/32；计数初值高字节
具体的程序解释
#include
#include
#defineLED_code_portP0//段码数据口
#defineLED_segmnet_portP2//位码数据口
sbitKEYL3=P1^5;
sbitKEYH1=P1^0;
sbitKEYH2=P1^1;
sbitKEYH3=P1^2;
sbitKEY1=P3^3;//四个按键数据口
unsignedintflag;
unsignedchartime_data[3]={00,10,0};
unsignedcharcodetable[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,
0x99,0x92,0x82,0xF8,
0x80,0x90,0x88,0x83,
0xC6,0xA1,0x86,0x8E
};//段码数组
unsignedcharn=0;//n为节拍常数变量
unsignedcharcodemusic_tab[]={
0x18,0x30,0x1C,0x10,//格式为频率常数,节拍常数,频率常数,节拍常数,
0x20,0x40,0x1C,0x10,
0x18,0x10,0x20,0x10,
0x1C,0x10,0x18,0x40,
0x1C,0x20,0x20,0x20,
0x1C,0x20,0x18,0x20,
0x20,0x80,0xFF,0x20,
0x30,0x1C,0x10,0x18,
0x20,0x15,0x20,0x1C,
0x20,0x20,0x20,0x26,
0x40,0x20,0x20,0x2B,
0x20,0x26,0x20,0x20,
0x20,0x30,0x80,0xFF,
0x20,0x20,0x1C,0x10,
0x18,0x10,0x20,0x20,
0x26,0x20,0x2B,0x20,
0x30,0x20,0x2B,0x40,
0x20,0x20,0x1C,0x10,
0x18,0x10,0x20,0x20,
0x26,0x20,0x2B,0x20,
0x30,0x20,0x2B,0x40,
0x20,0x30,0x1C,0x10,
0x18,0x20,0x15,0x20,
0x1C,0x20,0x20,0x20,
0x26,0x40,0x20,0x20,
0x2B,0x20,0x26,0x20,
0x20,0x20,0x30,0x80,
0x20,0x30,0x1C,0x10,
0x20,0x10,0x1C,0x10,
0x20,0x20,0x26,0x20,
0x2B,0x20,0x30,0x20,
0x2B,0x40,0x20,0x15,
0x1F,0x05,0x20,0x10,
0x1C,0x10,0x20,0x20,
0x26,0x20,0x2B,0x20,
0x30,0x20,0x2B,0x40,
0x20,0x30,0x1C,0x10,
0x18,0x20,0x15,0x20,
0x1C,0x20,0x20,0x20,
0x26,0x40,0x20,0x20,
0x2B,0x20,0x26,0x20,
0x20,0x20,0x30,0x30,
0x20,0x30,0x1C,0x10,
0x18,0x40,0x1C,0x20,
0x20,0x20,0x26,0x40,
0x13,0x60,0x18,0x20,
0x15,0x40,0x13,0x40,
0x18,0x80,0x00
};
sbitS=P2^2;
voiddelay（unsignedcharm）//控制频率延时
{
unsignedchari=3*m;
while（--i）;
}
voiddelayms（unsignedchara）//毫秒延时子程序
{
while（--a）;//采用while（--a）不要采用while（a--）;
}
voidKILL（）//播放音乐函数
{unsignedcharp,m;//m为频率常数变量
unsignedchari=0;
TMOD=0x10;
TH1=0xd8;TL1=0xef;
ET1=1;EA=1;ES=1;
play:
while
（1）
{
a:
p=music_tab[i];
if（p==0x00）
{i=0,delayms（1000）;gotoplay;}//如果碰到结束符,延时1秒,回到开始再来一遍
elseif（p==0xff）
{i=i+1;delayms（100）,TR1=0;gotoa;}//若碰到休止符,延时100ms,继续取下一音符
else
{m=music_tab[i++],n=music_tab[i++];}//取频率常数和节拍常数
TR1=1;//开定时器1
while（n!
=0）S=~S,delay（m）;//等待节拍完成,通过P1口输出音频（可多声道哦!
）
TR1=0;//关定时器1
}
}
voiddelay_ms（unsignedintx）//延时毫秒级
{
unsignedinta=0,b=0,c=0;
for（a=x;a>0;a--）
for（b=5;b>0;b--）
for（c=128;c>0;c--）;
}
voidLED_display（unsignedcharseg_code,unsignedcharshuju）
{
if（seg_code<1||seg_code>4）seg_code=1;
if（shuju>15）shuju=15;
LED_segmnet_port=（LED_segmnet_port|0xf0）&_crol_（0xef,seg_code-1）;//送入位码
LED_code_port=table[shuju];//送入段码
delay_ms
（2）;//保持显示2毫秒
LED_segmnet_port=LED_segmnet_port|0xf0;//关掉所有数码管
}
voiddisplay_time（）
{
LED_display（1,time_data[0]/10）;
LED_display（2,time_data[0]%10）;
LED_display（3,time_data[1]/10）;
LED_display（4,time_data[1]%10）;
}
voidtime_initial（）
{
TMOD=0x01;//定时器,方式1
TH0=0x4c;//写入初值高8位
TL0=0;//写入初值低8位
EA=1;//开总中断
ET0=1;//定时中断允许
TR0=1;//开启定时器
}
voidint0（）interrupt3//采用中断1控制节拍
{TH1=0xd8;
TL1=0xef;
n--;
}
voidmain（）
{
time_initial（）;TR1=0;
while
（1）
{KEYL3=0;
display_time（）;
if（（time_data[0]==0）&（time_data[1]==0））{TR0=0;TR1=1;KILL（）;}
display_time（）;//判断计时是否为0，如为0，播放音乐
if（KEYH1==0）//键盘扫描
{delay_ms（5）;//消斗
if（KEYH1==0）//按键1按下，标志位置1
{flag=1;}
}
if（flag==1）
{if（KEYH2==0）
{delay_ms（5）;
if（KEYH2==0）
{time_data[0]++;display_time（）;}//标志位置1情况下，如果按键2按下，分钟加1
}
if（KEYH3==0）
{delay_ms（5）;
if（KEYH3==0）
{time_data[0]--;display_time（）;}//标志位置1情况下，如果按键3按下，分钟减1
}
if（KEY1==0）
{delay_ms（5）;
if（KEY1==0）
{flag=0;delay_ms（50）;display_time（）;}
}//标志位置1情况下，如果按键4按下，标志位置0，设置完成
}
if（flag==0）
{
if（KEYH2==0）{delay_ms（5）;
if（KEYH2==0）
{while（!
KEYH2）;time_data[0]=05;time_data[1]=00;display_time（）;}}//按下2键，显示“0500”
if（KEYH3==0）{delay_ms（5）;
if（KEYH3==0）
{while（!
KEYH3）;time_data[0]=10;time_data[1]=00;display_time（）;}}//按下3键，显示“1000”
if（KEY1==0）{delay_ms（5）;
if（KEY1==0）
{time_data[0]=20;time_data[1]=00;display_time（）;}}//按下4键，显示“2000”
}
}
}
voidtimer0（）interrupt1//中断
{
TH0=0x4c;//重新写入初值
TL0=0;
time_data[2]++;
if（time_data[2]==20）
{
time_data[2]=0;
time_data[1]--;//秒数减一
if（time_data[1]==0xff）
{
time_data[1]=59;
time_data[0]--;//秒数减为0，置为59，同时分钟减一
}
}
}
四实验结论
实现的功能：
1.用四位数码管显示格式为“分分秒秒”
2.程序执行后工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行，按下操作键K1～K4动作如下。
●K1—可调整倒计数的时间1～60分钟。
●K2—设置倒计数的时间为5分钟，显示“0500”。
●K3—设置倒计数的时间为10分钟，显示“1000”。
●K4—设置倒计数的时间为20分钟，显示“2000”。
复位后LED的画面应能显示倒计时的分钟和秒数，此时按K1键则在LED上显示出设置画面。
此时，若：
a.按操作键K2—增加倒计数的时间1分钟。
b.按操作键K3—减少倒计数的时间1分钟。
c.按操作键K4—设置完成。
3倒计时完时播放音乐《八月桂花》
五．心得体会
这次设计是我第一次独自一人完成从写开题报告、到画原理图、画pcb、然后学习了C并且编写了程序的整个设计过程，虽然没有制板，这也许是个遗憾，但我还是学到了非常多的东西。
比如弄懂了数码管的原理，按键扫描的原理，熟悉了中断的应用以及初步了解了音乐的设计。
在这个设计中，遇到了非常多的问题，最后都通过自己的努力以及老师同学的帮助而获得解决。
也明白了理论要在实践中才能深刻的理解，这也是我以后要努力的方向。
六．附录表
1.组件表
名称
规格
数量（个）
单片机
8051
1
LED
SM410S84
1
三极管
PNP
5
排阻
10K
1
蜂鸣器
0.8Ω
1
电解电容
10uF
1
晶体振荡器
11.0592MHz
1
瓷片电容
30pF
2
电阻
10kΩ
1
电阻
1kΩ
5
电阻
470Ω
4
发光二极管
1
按键
5
2.原理图
3.PCB图
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