带有LCD显示的音乐倒数计时器.doc

1、信息工程学院课程设计报告书题 目: 带有LCD显示的音乐倒数计时器 专 业： 计算机科学与技术 日 信息工程学院课程设计报告摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制系统日新月益更新。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本次课程设计的项目是带有LED显示的音乐倒数计时器。主体使用89C52，通过几个开关进行控制，其中开关K1用于切换时间设置状态和时钟运行状态；开关K2用于切换修改时间数值；开关K3用于使相应数值加1调节；开关K4用于减1调节；开关K5用于设定倒计时时间，并且设定好后到时间通过实验箱

2、音频放出一段乐曲作为闹铃。 选做增加项目：还可增加秒表功能（精确到0.01s）或年月日设定功能关键词：单片机 课程项目 计时器 89C5216目 录摘 要I1前 言11.1 课题开发背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 课题的主要研究工作12 系统硬件设计及说明32.1系统组成及总体框图32.2部分硬件方案论述32.3硬件电路图42.4元件清单42.4.1 AT89C5242.4.2 LCD160252.4.3按键控制单元62.4.4 SPEAKER73系统软件设计83.1 系统总体功能流程图83.2 使用单片机实现音乐节拍103.3使用单片机产生音频脉冲113.4使用定时器实现定时功能

3、113.5程序描述124总结与展望15参考文献161前 言1.1 课题开发背景随着单片机技术的成熟，单片机已经渗透到我们的学习、生活、生产和工作各个领域中, 凡是有自动控制要求的地方一般都会有单片机的身影出现：从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。单片机的应用有利于铲平的小型化、多功能化和智能化。有利于提高生产、生活效率，保证安全。本系统的开发也是旨在给人们的生活带来方便。单片机技术使我们可以利用软硬件实现倒计数计时器的功能，从而为生活带来方便，例如工作生活中小睡片刻或者做食物等，可以做一小段时间计时，并且可以进行一定的功能扩展。鉴于传统计时器只是能够纯

4、粹的实现计时功能，而该设计不但可以实现对基本计时功能，同时当倒数计时为0时，还会发出一段音乐，起到一定的提醒功能，而且还可以添加时钟、闹钟、秒表功能和万历年显示功能。使该设计功能更加完善。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(162)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，

5、按下操作键K1K4动作如下： K1-可调整倒计数的时间160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

6、，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

7、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。2.22 LCD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

8、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。2.4.1 AT89C52AT89C52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

9、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）Flash ROM 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2.4.2 LCD1602 图2-3 162的液晶显示屏LM016L1602LCD

10、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2-1 1602液晶模块控制指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容2.4.3

11、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2.4.4 SPEAKER 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K1K5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

12、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 曲调值DELAY调4/4125ms 调4/462ms调3/4187ms 调

13、3/494ms调2/4250ms 调2/4125ms 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%2563.4使用定时器

14、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（03），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02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

15、，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 GATE C/T M1 M0 其中，B0B3用来控制0路定时器，B4B7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

16、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0 M1M0=10方式2 M1M0=01方式1 M1M0=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：（2nx）K0=T其中x为

17、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=2s，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=0XB7 TH0=0X3C3.5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。此时，若： 按

18、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。其电路连接：P2.0K1 P2.1K2 P2.2K3 P2.3K4 P2.4K5 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void ChangeTime() unsigned char b,a=0xFE, b=a|P2; if(b=0xFE) /K1按下 TR0=1; /关定时器T0，计时暂停 a=0xFD; b=a|P2; if(b=0xFD) /K2按下 min+; /增加1分钟定时时间 a=0xF7; b=a|P2; if(b=0xF7) /K4按下 TR0

19、=0; /开定时器T0，计时重新开始 a=0xFB; b=a|P2; if(b=0xFB) /K3按下 min-; /减少1分钟定时时间 a=0xF7; b=a|P2; if(b=0xF7) /K4按下 TR0=0; /开定时器T0 （2）定时（定时器T0）功能函数： void INT_T0() interrupt 1 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void main() /*主程序 */ TMOD=0x01; /*设置T

20、0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

21、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1 李朝青，单片机原理及接口技术（第3版）M.北京：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，20053 赵鑫，蒋亮,齐兆群等.数字电路设计M.北京机械工业出版社,20054 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.