1、信息工程學院課程設計報告書題 目: 帶有LCD顯示的音樂倒數(shù)計時器專 業(yè)：摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入， 同時帶動傳統(tǒng) 控制系統(tǒng)日新月益更新。單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經 溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本次課程設計的項目是帶有LED顯示的音樂倒數(shù)計時器。主體使用89C52通過幾個開關進行控制，其中開關K1用于切 換時間設置狀態(tài)和時鐘運行狀態(tài)；開關K2用于切換修改時間數(shù)值；開關K3用于使相應數(shù)值加1調節(jié)；開關K4用于減1調節(jié)；開關K5用于設定倒計時時間，并且設定好 后到時間通過實驗箱音頻放出一段樂曲作為鬧鈴。選做增加項目：還可

2、增加秒表功能（精確到 0.01s ）或年月日設定功能關鍵詞：單片機 課程項目 計時器 89C52目錄摘 要 I1前 言 11.1 課題開發(fā)背景 11.2 課題研究的目的和意義 11.3 課題的主要研究工作 12 系統(tǒng)硬件設計及說明 32.1系統(tǒng)組成及總體框圖 32.2部分硬件方案論述 32.3硬件電路圖 42.4元件清單 42.4.1 AT89C52 42.4.2 LCD1602 52.4.3 按鍵控制單元 62.4.4 SPEAKER 73 系統(tǒng)軟件設計 83.1 系統(tǒng)總體功能流程圖 83.2 使用單片機實現(xiàn)音樂節(jié)拍 103.3使用單片機產生音頻脈沖 113.4使用定時器實現(xiàn)定時功能 123

3、.5程序描述 124 總結與展望 15參考文獻 161.1 課題開發(fā)背景隨著單片機技術的成熟，單片機已經滲透到我們的學習、生活、生產和工作各個 領域中 , 凡是有自動控制要求的地方一般都會有單片機的身影出現(xiàn)：從簡單到復雜， 從空中、地面到地下，凡是能想象到的地方幾乎都有使用單片機的需求。單片機的應 用有利于鏟平的小型化、 多功能化和智能化。 有利于提高生產、 生活效率， 保證安全 本系統(tǒng)的開發(fā)也是旨在給人們的生活帶來方便。單片機技術使我們可以利用軟硬件實現(xiàn)倒計數(shù)計時器的功能， 從而為生活帶來方 便，例如工作生活中小睡片刻或者做食物等，可以做一小段時間計時，并且可以進行 一定的功能擴展。 鑒于傳

4、統(tǒng)計時器只是能夠純粹的實現(xiàn)計時功能，而該設計不但可以 實現(xiàn)對基本計時功能，同時當?shù)箶?shù)計時為 0 時，還會發(fā)出一段音樂，起到一定的提醒 功能，而且還可以添加時鐘、鬧鐘、秒表功能和萬歷年顯示功能。使該設計功能更加 完善。1.2 課題研究的目的和意義利用 AT89C52 單片機自帶資源，設計一款帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計時器。1.3 課題的主要研究工作本課題設計的主要工作要求有以下幾個方面：(1) 字符型LCD(16X 2)顯示器，顯示格式為“ TIME分分：秒秒”。2) 用 4 個按鍵操作來設置當前想要倒計數(shù)的時間。(3) 旦按下鍵K5則開始倒計數(shù)，當計數(shù)為0時，發(fā)出一陣音樂聲。(4) 程序執(zhí)

5、行后工作指示燈LED閃動，表示程序開始執(zhí)行，按下操作鍵 K1K4 動作如下：5)K1- 可調整倒計數(shù)的時間K2- 設置倒計數(shù)的時間為K3- 設置倒計數(shù)的時間為K4- 設置倒計數(shù)的時間為160 分鐘。5 分鐘，顯示“ 0500 10 分鐘，顯示20 分鐘，顯示復位后LCD的畫面應能顯示倒計時的分鐘和秒數(shù)，此時按 上顯示出設置畫面。此時，若：按K2鍵-增加倒計數(shù)的時間1分鐘。按K3鍵-減少倒計數(shù)的時間1分鐘?！?。1000”。2000”。K1 鍵，則在 LCD-按K4鍵-設置完成 擴充功能 ：（1） 增加時鐘及鬧鐘功能。（2）增加秒表計數(shù)功能。（3）增加萬年歷顯示“年月日2系統(tǒng)硬件設計及說明2.1系

6、統(tǒng)組成及總體框圖硬件設計的任務是根據總體設計要求，在選擇的機型的基礎上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。該設計要實現(xiàn)一種由單片機控制的帶LCD顯示的倒數(shù)計時器，單片機工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器TO,改變計數(shù)值THO和TL0可以產生不同頻 率的脈沖信號。該設計具有5個功能按鍵，用戶可以通過這些按鍵設置定時時間和選 擇控制定時，倒計數(shù)為零時，可通過揚聲器將音樂播放出來。系統(tǒng)結構圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)結構圖2.2系統(tǒng)硬件方案論述2.21系統(tǒng)方案概述利用單片機、LCD顯示器和壓電喇叭實現(xiàn)音樂倒數(shù)計時器。單片機具有高性能、速度快、體積小、價格低

7、、穩(wěn)定可靠、應用廣泛、通用 性強等突出優(yōu)點。它在硬件結構、指令系統(tǒng)、I/O端口、功能消耗及可靠性等方 面均有獨特之處，其最顯著的特點之一就是具有非常有效的控制功能。而LCD顯示器具有以及小、重量輕、工作電壓低、功耗極低、顯示內容豐富、穩(wěn)定可 靠、成本低控制驅動方便、接口簡單易用、模塊化結構緊湊等特點。2.22 LCD顯示方式的方案比較。方案一：采用花樣顯示，花樣顯示是指led顯示某一屏字符時，采取從左到右或 者是從右到左的整屏移動的顯示方式。在這種顯示方式下，給人的感 覺就是程序是在執(zhí)行的， 同時如果控制好了移動一屏的時間間隔的話， 在整體視覺上可以達到很好的效果。方案二：采用靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯

8、示是指 lcd 顯示某一屏字符時，時鐘保持當前字 符的顯示， 不使用移屏顯示。 便于控制，同時能夠滿足正常的顯示效果。 由于在顯示中存在播放時間的動態(tài)變化，這樣的話，即使是不產生整屏 移動，也能給人動態(tài)感，也易于控制?；谝陨细鞣N特點，設計時該系統(tǒng)選擇了方案二。2.3 硬件電路圖系統(tǒng)硬件電路圖如圖 2-2 所示。2.4 元件清單因為小組是分工協(xié)作的，我主要的工作是設計模塊（5），后面將會具體介紹。2.4.1 AT89C52AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O ）端口，同時內含2個外 中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線，

9、 AT89C52 可以按照常規(guī)方法進行編程 , 但不可以在線編程 （S 系列的才支持在線編程 ） 。其將通用 的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起， 特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地 降低開發(fā)成本。主要特性：兼容MCS5指令系統(tǒng) 8k可反復擦寫（1000次）Flash ROM32個雙向I/O 口256x8bit內部RAM3 個 16 位可編程定時 / 計數(shù)器中斷 時鐘頻率 0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2 個外部中斷源 共 8 個中斷源2 個讀寫中斷口線 3 級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能pinrrzpzn1. 喘暑" P7.

10、4/A1Z*s*aV2J9A1* F2.7/A15P 口 3. M3 rn.VADIE砂陽.創(chuàng)畑 iDJACfTBR-a-BTM- - P ,-oR2ALE. U2:AY貧pSG=TE-'fOIYZ ii.irn® raaHlHD *jnmP3.*rra wajim fJj&W P3.7/W圖2-2系統(tǒng)硬件連接圖2.4.2 LCD1602圖2-3 16忽的液晶顯示屏 LM016L1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表 2-1所示.表2-1 1602液晶模塊控制指令骨口， 序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清

11、顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據存貯器地址001顯示數(shù)據存貯器地址9瀆忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRA或DDRAJM10要寫的數(shù)據內容11從CGRA或 DDRA讀數(shù)11讀出的數(shù)據內容2.4.3按鍵控制單元P2.0 P2.4端口采用5個button,分別用來設置定時時間或控制定時功能，對應其硬件連接如圖2-4所示P24姓 叫何 P2.2/A1D P2 3/A11

12、P2.4/A12 P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.DJRXDP3.i/pcq P3.2JIMTO P3.3/INTTP3.4/TDP3 5/T1pa.eywRP3 7/RD222720圖2-4按鍵連接圖2.4.4 SPEAKER當?shù)褂嫈?shù)為0時，系統(tǒng)需放出一段音樂，其音頻輸出是通過SPEAKER實現(xiàn)。音頻電路輸出如下:30-.1J/M.E EAP3.4/A12P2j5/A13P2«XA14P2.?；A15PI 0/T2P3 .Q/RKDPI 1/T2EXP3.1/TXDF1.2F3,2/TnTSP1.3P3.3/INT1P1.4P3 .VTDP1.5P3jfl/r

13、iF1.®P3-5/WRP17R3.7/ROAT8et52te<t>1C11121411 ie212C圖2-5音頻輸出連接圖3 系統(tǒng)軟件設計本軟件設計關鍵是要實現(xiàn)一種由單片機控制的帶有LCD顯示的音樂倒數(shù)計時器通過 K1K5 開關進行控制時間設置來完成其基本功能，當?shù)褂嫊r為零時，通過通過 揚聲器放出一段樂曲作為鬧鈴。3.1 系統(tǒng)總體功能流程圖3.1.1 系統(tǒng)基本流程圖開始3.1.2模塊（5）的流程圖：3.2使用單片機實現(xiàn)音樂節(jié)拍除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關鍵組成部分。節(jié)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以用延時來實現(xiàn)，如果1/4拍的延時是0.4秒，則1拍的延

14、時是1.6秒，只要知道1/4拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。如果單 片機要自己播放音樂，那么必須在程序設計中考慮到節(jié)拍的設置，由于本例實現(xiàn)的音 樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。 對于不同的曲調我們也可以用單片機的另外一個定時/計數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（C調）具體如表3-1所示。表3-1音樂節(jié)拍表曲調值DELAY調4/4125ms調3/4187ms曲調值DELAY調4/462ms調3/494ms調2/4250ms調2/4125ms3.3使用單片機產生音頻脈沖了解音樂的一些基本知識后可知，產生不同頻率的音頻脈沖即能產生音樂，對

15、于單片機而言，產生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時/計數(shù)器來產生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應的頻率，以及單片機定時計 數(shù)的關系。在本實驗中，單片機工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器TO,工作模 式為1,改變計數(shù)值THO和TLO可以產生不同頻率的脈沖信號， 在此情況下，C調的 各音符頻率與計數(shù)值T的對照如表3-2所示。T的值決定了 THO和TLO的值，其關系為：TH0=T/256，TL0=T%2563.4使用定時器實現(xiàn)定時功能3.41定時器的工作方式和方式設定MCS-51單片機有兩路獨立的定時器，每路定時器有4種工作方式（O3），方式O是13位計數(shù)結構

16、，計數(shù)器由TH全部8位與TL的低5位構成；方式1是16位計 數(shù)結構，計數(shù)器由TH與TL全部8位共16位組成；方式2是8位計數(shù)結構方式，計 數(shù)器由TL8位組成，與其他方式不同的是，當定時溢出時，硬件自動將 TH的值裝入 TL中，有自動加載功能。前三種工作方式，兩路定時器的設置與使用完全相同，但 在工作方式3下，兩路定時器有很大差別，只有 O路定時器可以工作在方式3下，1 路定時器只能工作在方式O2下，在工作方式3下，O路定時器被拆分成兩個獨立 的8位計數(shù)器TLO與TH1,其中O路定時器的各控制位和引腳信號全歸 TLO使用，因 此THO只能做簡單的定時器使用，其控制位占用了1路定時器的控制位，如果

17、O路定時器工作在方式3下，1路定時器由于讓出了所屬控制位，通常作為串行口波特率 發(fā)生器3。定時器的工作方式選擇主要依靠設置 TMOD寄存器的值，其各位定義如下：位序B7B6B5B4B3B2B1BO位符號GATEC/TM1M0GATEC/TM1MO其中，BOB3用來控制O路定時器，B4B7用來控制1路定時器。GATE位為門控位，主要確定定時器啟動的方式，如果 GATE=0則用TRO （TR1） 位啟動/關閉定時器，如果GATE=1則以外中斷請求信號（INTO或INT1 ）啟動定時 器。C/T位為定時與計數(shù)選擇位，C/T=0為定時方式，C/T=1為計數(shù)方式。M0 M1為工作方式選擇位M1M0=00

18、 方式 0M1M0=10 方式 2 M1M0=01 方式 1M1M0=11 方式 3選擇定時器工作方式，應根據上述規(guī)定向寄存器 TMOD 中寫入相應數(shù) 設計本系統(tǒng)時選擇的是 T0 定時器，工作在方式 1 下。3.42 定時器計數(shù)初值設置 定時器工作方式選定后，定時溢出時間唯一取決于計數(shù)器的初值，如何根據應用 需要確定計數(shù)器初值，也是定時器應用的一個重要問題。假定單片機機器周期為K0，所選定的定時方式計數(shù)器為n位，所實現(xiàn)的定時時間長度為 T,則有：（2nx）K0=T其中 x 為計數(shù)器的初值，根據上式可以求出初值 x 為：x=2n （T/K0）單片機機器周期 k0 由單片機時鐘頻率 f 確定即：k

19、0=12/f在實際應用中，本系統(tǒng)單片機時鐘頻率 f為6mHz所以單片機機器周期k0=2 g，然 后根據選定的工作方式確定計數(shù)器位數(shù) n,將所得k0與n代入式2,求出計數(shù)初值x, 并根據所選擇的計數(shù)方式將x的值分入TH0與TL0。經計算得，該定時器定時100ms時的計數(shù)初值為TL0=0XB7 TH0=0X3C3.5 程序描述3.51 程序功能描述我主要的工作是設計模塊（ 5），其具體實現(xiàn)功能如下：復位后LCD的畫面應能顯示倒計時的分鐘和秒數(shù)，此時按K1鍵，則在LCD上顯示出設置畫面。此時，若：按K2鍵-增加倒計數(shù)的時間1分鐘。按K3鍵-減少倒計數(shù)的時間1分鐘。按K4鍵-設置完成。其電路連接：P2

20、.0 K1 P2.1 K2 P2.2 K3 P2.3 K4 P2.4 K5按鍵按下，則相應端口輸出為 0（低電平）3.52 程序代碼（1）按鍵控制和更改時間函數(shù)void ChangeTime（）unsigned char b,a=0xFE,b=a|P2;if（b=0xFE） /K1 按下TR0=1;/關定時器TO，計時暫停a=0xFD;b=a|P2;if(b=0xFD) /K2 按下min+;/增加 1 分鐘定時時間a=0xF7;b=a|P2;if(b=0xF7) /K4 按下TR0=0;/開定時器TO，計時重新開始a=0xFB;b=a|P2;if(b=0xFB) /K3 按下min-;/減少

21、 1 分鐘定時時間a=0xF7;b=a|P2;if(b=0xF7) /K4 按下TR0=0;/開定時器 T0(2) 定時(定時器TO)功能函數(shù)：void INT_T0() interrupt 1TH0=0x3C;TL0=0xB7;count+;if(count=10)/定時到 1 秒sec-;/倒計時秒減 1count=0;if(sec=-1) min-; sec=59;(3)主函數(shù) void main()TMOD=0x01;TL0=0XB7; TH0=0X3C;EA=1;/* 主程序 */*設置 T0 的工作模式為方式 1*/* 設置定時計數(shù)初值 */ET0=1;/*允許 CPU 中斷*/*允許 T0 中斷*/4 總結與展望此次課程設計，系統(tǒng)部分功能已實現(xiàn)?？梢圆シ糯鎯ρ葑?/p>