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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