带有LCD显示的音乐倒数计时器Word文件下载.docx
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1.2课题研究的目的和意义
利用AT89C52单片机自带资源,设计一款带有LCD显示的音乐倒数计时器。
1.3课题的主要研究工作
本课题设计的主要工作要求有以下几个方面:
(1)字符型LCD(16×
2)显示器,显示格式为“TIME分分:
秒秒”。
(2)用4个按键操作来设置当前想要倒计数的时间。
(3)一旦按下键K5则开始倒计数,当计数为0时,发出一阵音乐声。
(4)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”。
(5)复位后LCD的画面应能显示倒计时的分钟和秒数,此时按K1键,则在LCD上显示出设置画面。
此时,若:
按K2键---增加倒计数的时间1分钟。
按K3键---减少倒计数的时间1分钟。
按K4键---设置完成。
[扩充功能]:
(1)增加时钟及闹钟功能。
(2)增加秒表计数功能。
(3)增加万年历显示“年月日”。
2系统硬件设计及说明
2.1系统组成及总体框图
硬件设计的任务是根据总体设计要求,在选择的机型的基础上,具体确定系统中所要使用的元器件,设计出系统的原理框图、电路原理图。
该设计要实现一种由单片机控制的带LCD显示的倒数计时器,单片机工作于12MHZ时钟频率,使用其定时/计数器T0,改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号。
该设计具有5个功能按键,用户可以通过这些按键设置定时时间和选择控制定时,倒计数为零时,可通过扬声器将音乐播放出来。
系统结构图如图2-1所示。
振荡电路
复位电路
音频输出电路
89C52芯片
LCD显示电路
键盘或开关控制电路
图2-1系统结构图
2.2系统硬件方案论述
2.21系统方案概述
利用单片机、LCD显示器和压电喇叭实现音乐倒数计时器。
单片机具有高性能、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。
它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功能消耗及可靠性等方面均有独特之处,其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。
而LCD显示器具有以及小、重量轻、工作电压低、功耗极低、显示内容丰富、稳定可靠、成本低控制驱动方便、接口简单易用、模块化结构紧凑等特点。
2.22LCD显示方式的方案比较。
方案一:
采用花样显示,花样显示是指lcd显示某一屏字符时,采取从左到右或者是从右到左的整屏移动的显示方式。
在这种显示方式下,给人的感觉就是程序是在执行的,同时如果控制好了移动一屏的时间间隔的话,在整体视觉上可以达到很好的效果。
方案二:
采用静态显示,静态显示是指lcd显示某一屏字符时,时钟保持当前字符的显示,不使用移屏显示。
便于控制,同时能够满足正常的显示效果。
由于在显示中存在播放时间的动态变化,这样的话,即使是不产生整屏移动,也能给人动态感,也易于控制。
基于以上各种特点,设计时该系统选择了方案二。
2.3硬件电路图
系统硬件电路图如图2-2所示。
2.4元件清单
因为小组是分工协作的,我主要的工作是设计模块(5),后面将会具体介绍。
2.4.1AT89C52
AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
主要特性:
兼容MCS51指令系统·
8k可反复擦写(>
1000次)FlashROM
·
32个双向I/O口·
256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断·
时钟频率0-24MHz
2个串行中断·
可编程UART串行通道
2个外部中断源·
共8个中断源
2个读写中断口线·
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
图2-2系统硬件连接图
2.4.2LCD1602
图2-316×
2的液晶显示屏LM016L
1602LCD的指令说明及时序
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如表2-1所示.
表2-11602液晶模块控制指令
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
2
光标返回
*
3
置输入模式
I/D
S
4
显示开/关控制
D
C
B
5
光标或字符移位
S/C
R/L
6
置功能
DL
N
F
7
置字符发生存贮器地址
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM)
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
读出的数据内容
2.4.3按键控制单元
采用5个button,分别用来设置定时时间或控制定时功能,对应P2.0~P2.4端口。
其硬件连接如图2-4所示。
图2-4按键连接图
2.4.4SPEAKER
当倒计数为0时,系统需放出一段音乐,其音频输出是通过SPEAKER实现。
音频电路输出如下:
图2-5音频输出连接图
3系统软件设计
本软件设计关键是要实现一种由单片机控制的带有LCD显示的音乐倒数计时器。
通过K1~K5开关进行控制时间设置来完成其基本功能,当倒计时为零时,通过通过扬声器放出一段乐曲作为闹铃。
3.1系统总体功能流程图
3.1.1系统基本流程图
3.1.2模块(5)的流程图:
3.2使用单片机实现音乐节拍
除了音符以外,节拍也是音乐的关键组成部分。
节拍实际上就是音持续时间的长短,在单片机系统中可以用延时来实现,如果1/4拍的延时是0.4秒,则1拍的延时是1.6秒,只要知道1/4拍的延时时间,其余的节拍延时时间就是它的陪数。
如果单片机要自己播放音乐,那么必须在程序设计中考虑到节拍的设置,由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的,所以节拍由用户掌握,不由程序控制。
对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。
音乐的音拍,一个节拍为单位(C调)具体如表3-1所示。
表3-1音乐节拍表
曲调值
DELAY
调4/4
125ms
62ms
调3/4
187ms
94ms
调2/4
250ms
3.3使用单片机产生音频脉冲
了解音乐的一些基本知识后可知,产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐,对于单片机而言,产生不同频率有脉冲非常方便,可以利用它的定时/计数器来产生这样的方波频率信号,因此,需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率,以及单片机定时计数的关系。
在本实验中,单片机工作于12MHZ时钟频率,使用其定时/计数器T0,工作模式为1,改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号,在此情况下,C调的各音符频率与计数值T的对照如表3-2所示。
T的值决定了TH0和TL0的值,其关系为:
TH0=T/256,TL0=T%256
3.4使用定时器实现定时功能
3.41定时器的工作方式和方式设定
MCS-51单片机有两路独立的定时器,每路定时器有4种工作方式(0~3),方式0是13位计数结构,计数器由TH全部8位与TL的低5位构成;
方式1是16位计数结构,计数器由TH与TL全部8位共16位组成;
方式2是8位计数结构方式,计数器由TL8位组成,与其他方式不同的是,当定时溢出时,硬件自动将TH的值装入TL中,有自动加载功能。
前三种工作方式,两路定时器的设置与使用完全相同,但在工作方式3下,两路定时器有很大差别,只有0路定时器可以工作在方式3下,1路定时器只能工作在方式0~2下,在工作方式3下,0路定时器被拆分成两个独立的8位计数器TL0与TH1,其中0路定时器的各控制位和引脚信号全归TL0使用,因此TH0只能做简单的定时器使用,其控制位占用了1路定时器的控制位,如果0路定时器工作在方式3下,1路定时器由于让出了所属控制位,通常作为串行口波特率发生器[3]。
定时器的工作方式选择主要依靠设置TMOD寄存器的值,其各位定义如下:
位序
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
位符号
GATE
C/T
M1
M0
其中,B0~B3用来控制0路定时器,B4~B7用来控制1路定时器。
GATE位为门控位,主要确定定时器启动的方式,如果GATE=0,则用TR0(TR1)位启动/关闭定时器,如果GATE=1,则以外中断请求信号(INT0或INT1)启动定时
器。
C/T位为定时与计数选择位,C/T=0为定时方式,C/T=1为计数方式。
M0、M1为工作方式选择位
M1M0=00方式0M1M0=10方式2M1M0=01方式1M1M0=11方式3
选择定时器工作方式,应根据上述规定向寄存器TMOD中写入相应数
设计本系统时选择的是T0定时器,工作在方式1下。
3.42定时器计数初值设置
定时器工作方式选定后,定时溢出时间唯一取决于计数器的初值,如何根据应用需要确定计数器初值,也是定时器应用的一个重要问题。
假定单片机机器周期为K0,所选定的定时方式计数器为n位,所实现的定时时间长度为T,则有:
(2n-x)K0=T
其中x为计数器的初值,根据上式可以求出初值x为:
x=2n-(T/K0)
单片机机器周期k0由单片机时钟频率f确定即:
k0=12/f
在实际应用中,本系统单片机时钟频率f为6mHz所以单片机机器周期k0=2μs,然后根据选定的工作方式确定计数器位数n,将所得k0与n代入式2,求出计数初值x,并根据所选择的计数方式将x的值分入TH0与TL0。
经计算得,该定时器定时100ms时的计数初值为TL0=0XB7TH0=0X3C
3.5程序描述
3.51程序功能描述
我主要的工作是设计模块(5),其具体实现功能如下:
复位后LCD的画面应能显示倒计时的分钟和秒数,此时按K1键,则在LCD上显示出设置画面。
其电路连接:
P2.0→K1P2.1→K2P2.2→K3P2.3→K4P2.4→K5
按键按下,则相应端口输出为0(低电平)
3.52程序代码
(1)按键控制和更改时间函数
voidChangeTime()
{
unsignedcharb,a=0xFE,
b=a|P2;
if(b==0xFE)//K1按下
{
TR0=1;
//关定时器T0,计时暂停
a=0xFD;
if(b=0xFD)//K2按下
min++;
//增加1分钟定时时间
a=0xF7;
if(b=0xF7)//K4按下
TR0=0;
//开定时器T0,计时重新开始
}
a=0xFB;
if(b=0xFB)//K3按下
min--;
//减少1分钟定时时间
//开定时器T0
}
(2)定时(定时器T0)功能函数:
voidINT_T0()interrupt1
TH0=0x3C;
TL0=0xB7;
count++;
if(count==10)//定时到1秒
{
sec--;
//倒计时秒减1
count=0;
if(sec==-1)
{
min--;
sec==59;
}
(3)主函数
voidmain()/*主程序*/
TMOD=0x01;
/*设置T0的工作模式为方式1*/
TL0=0XB7;
/*设置定时计数初值*/
TH0=0X3C;
EA=1;
/*允许CPU中断*/
ET0=1;
/*允许T0中断*/
…………………………….
4总结与展望
此次课程设计,系统部分功能已实现。
可以播放存储演奏一首喜欢的曲子,基本达到预定的效果。
在设计的过程中,小组各成员各负其责,设计不同模块。
不仅提高了设计的效率,而且体现了实践动手及团队合作的精神。
经过一周的课程设计,真的感觉收获还是不少。
刚开始是画元件电路图,很大一部分时间用来画键盘电路模块了,由于上课的时候只是一些理论知识,实际要画出电路,感觉有些吃力,但反复看几遍书上的讲解,以及在老师的指导讲解下,最后能很好的掌握理解键盘扫描的的原理并画出连接电路。
虽然,后来发现这次设计的项目中并不需要用到键盘扫描,但学到了就算是有收获,而且可以考虑键盘扫描作为这个项目的扩展方向。
再就是,之前一直都只是知道,只要给一段音乐,通过音频元件输出就可以,并不知道其最根本的原理方法,通过老师细心的讲解,让我了解到,音乐其实从根本上,是通过控制高低电平延续时间长短来实现的,这让我感到很好奇,也觉得挺有趣。
通过这次课程设计,能将学过的知识系统的组织到一起,通过解决实际遇到的问题,能进一步增强了对知识点的理解,也可以找出自己掌握得不好的地方,得以进一步学习。
参考文献
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北京航天航空大学出版色,2001.
[2]康华光,陈大钦.电子技术基础—模拟部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社,2005
[3]赵鑫,蒋亮,齐兆群等.数字电路设计[M].北京机械工业出版社,2005
[4]苏家健、曹柏荣、汪志锋,单片机原理及应用技术[M].高等教育出版社
[5]于海生,微型计算机控制技术选编[M].清华大学出版社,1999.
[6]胡汉才,单片机原理及其接口技术[M].北京:
清华大学出版社,2004.
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