基于单片机多功能音乐闹钟的设计论文

课程设计说明书课题：基于单片机多功能音乐闹钟的设计学院（部）：专业：班级:学号：姓名：2010年11月湖南工业大学电气与信息工程学院1第1部分概述1.1设计目的（1）、熟悉集成电路的引脚安排。（2）、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）、了解硬件电路的焊接方法。（4）、了解音乐钟的组成及工作原理。（5）、熟悉音乐钟的设计与制作。1.2设计思路本次设计音乐闹钟电路，使用了AT89S51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用按键来调整时钟的时、分、秒，设定闹钟和挑选铃音，用一蜂鸣器来进行定时提醒和播放铃音，同时使用C语言程序来控制整个时钟显示，使得编程变得更容易，这样通过四个模块：按键、芯片、蜂鸣器、数码管显示即可满足设计要求。1.3设计功能说明（1）时间以24小时为一个周期，本设计采用C语言程序设计，使单片机控制数码管显示时、分、秒，当秒计数计满60时就向分进位，分计满60后向时进位，小时按“23翻0”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送数码管显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在数码管上显示。（2）正常显示时、分、秒：12.00.00，闹钟显示：12.00-1，铃音欣赏显示：--01--；（3）有校时功能，可以分别对时、分秒进行单独校时，使其校正到标准时间；（4）计时过程具有报时和闹铃功能，当时间到达整点进行蜂鸣报时，达到闹钟调定时间播放调定闹钟对应音乐（闹钟的优先级高于整点报时），并显示当前闹钟的序号，闹铃音乐可在任意时候强行停止，一共可调定9个闹铃；（5）在正常显示状态下，通过按键可以挑选音乐欣赏，在非闹铃音乐播放时显示当前播放音乐的序号，并且能够在任意时候强行停止音乐，一共有11首音乐可供选择。（6）为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。湖南工业大学电气与信息工程学院2第2部分硬件电路的设计2.1电子钟的原理图2.2复位电路MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电按键复位：上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。为了调试方便，我们设计了按键复位电路，只要在复位电容上并接一个串电阻的按键即可，当按键按下时RST引脚高电平，单片机复位。电路图如下：湖南工业大学电气与信息工程学院32.3时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计用的是内部时钟方式。电路图如下：MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。2.4按键电路按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本设计采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。电路图如下：湖南工业大学电气与信息工程学院4P1.0（K1）口：表示功能移位键，按键选择要调整的时位、分位或秒位，按第一下时位闪烁，按第二下分位闪烁，按第三下秒位闪烁，按第四下调整完毕，回到正常显示界面。当按一下此键后再按一下P1.3（K4）键（按几下进入第几个闹钟）进入闹钟调整状态，用同样的方法可选择调整时和分位。P1.1（K2）口：当在时间或闹钟调整状态下按下此键后表示数字“+“键，按一下则对应的数字加1。P1.2（K3）口：当在时间或闹钟调整状态下按下此键后表示数字“-”键，按一下则对应的数字减1。（非整点报时）蜂鸣器发声状态下按下此键为音乐和闹铃强行停止键。P1.3（K4）口：当功能键按一下后此键为闹钟选择键，按一下闹钟序号加一，正常显示状态下按下此键为音乐欣赏选择键，按一下换一首音乐。2.5控制响铃电路P0.0口控制三极管进而控制蜂鸣器工作。当时钟当前的时间和设定闹钟时间一致时，相应的标志位为1，P0.0口输出低电平，蜂鸣器电路导通，发出音乐铃声。打铃一定时间，标志位置0，P0.0输出高电平，蜂鸣器停止工作。电路图如下：2.6数码管显示电路数码管显示器成本低，配置灵活，与单片机接口简单，在单片机应用系统中广泛应用。2.6.1LED数码显示器简介发光二极管LED是一种通电后能发光的半导体器件，其导电性质与普通二极管类似。LED数码显示器就是由发光二极管组合而成的1种新型显示器件。在单片机系统中应用非常普遍。湖南工业大学电气与信息工程学院52.6.2LED数码显示器的结构LED数码显示器是1种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点。2.6.3LED数码显示器有两种连接方法（1）共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。（2）共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。在本设计中所采用的是共阳极LED数码显示器，其引脚排列如下图所示：本设计的6个数码管均采用动态显示方式，显示当前的时间。整个显示电路应用了6个三极管V9012，这六位控制数码管的片选信号，即控制动态显示的是哪一位数码管，采用74HC244做段码驱动。在片选信号和段选信号的控制下，数码管就正确的动态显示当前的时间。湖南工业大学电气与信息工程学院6第3部分软件的设计3.1软件程序内容本设计的软件程序包括主程序、中断子程序、铃音子程序、时钟显示程序、延时子程序等等。另外由于电路中有四个按键，还另外设计了去抖动延时处理程序来防止干扰。3.2程序流程图主程序流程图单个按键处理程序流程图NY是否有键按下主程序开始定时器初始化，开中断闹钟是否到？Y调用闹铃子程序N调用按键处理程序进入按键功能程序按键识别有键按下？Y延时去抖等待按键释放返回N湖南工业大学电气与信息工程学院724小时的时钟显示程序流程图1分钟到？T0中断服务程序重置T0初值1s到？秒位+1百分位清0Y百分秒+1Y分位+1秒位清01小时到？Y小时位+1分位清024小时到？Y小时位清0返回NNNN湖南工业大学电气与信息工程学院8按键处理程序流程图按键处理K1第2次按下？设置分K1第3次按下？设置秒K4被按下？播放铃音K4再次被按下？播放下一首铃音K1被按下？K1第1次按下？K4被按下？设置第1至第9个闹钟设置时闹钟时间到？播放该闹钟对应的歌曲关闭闹钟铃声K3被按下？返回湖南工业大学电气与信息工程学院9参考源程序：#includereg52.h#includeintrins.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodefont[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf};//ucharcodetab[]={0xc40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x08,0x03,0x46,0x21,0x06,0x0e};uintcodenote_value[][14]={{0,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,63731,63928,0,64185,64331,64463},//低音1,2,3,4,5,6,7,#1,#2,0(#3在此程序中无需设），#4，#5，#6相对应的定时器初值{0,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,64633,64732,0,64860,64934,64994},//中音1,2,3,4,5,6,7,#1,#2,0(#3在此程序中无需设），#4，#5，#6相对应的定时器初值湖南工业大学电气与信息工程学院10{0,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,65085,65134,0,65198,65235,65268}//高音1,2,3,4,5,6,7,#1,#2,0(#3在此程序中无需设），#4，#5，#6相对应的定时器初值};uintcodesong[][67]={/*0嘀~(按键时的嘀嗒声)*/{0x2701,0x0},/*1茉莉花*/{0x1304,0x1302,0x1502,0x1602,0x2102,0x2102,0x1602,0x1504,0x1502,0x1602,0x1507,0x1001,/*0x1304,0x1302,0x1502,0x1602,0x2102,0x2102,0x1602,0x1504,0x1502,0x1602,0x1507,0x1001,*/0x1504,0x1504,0x1504,0x1302,0x1502,0x1604,0x1604,0x1507,0x1001,0x1304,0x1202,0x1302,0x1504,0x1302,0x1202,0x1104,0x1102,0x1202,0x1107,0x1001,0x1302,0x1202,0x1102,0x1302,0x1204,0x1002,0x1302,0x1504,0x1602,0x2102,0x1507,0x1001,0x1202,0x1302,0x1502,0x1202,0x1302,0x1102,0x0602,0x0507,0x1001,0x0604,0x0602,0x1102,0x1206,0x1302,0x1102,0x1202,0x1102,0x0602,0x050d,0x0},/*2莫斯科郊外的晚上*/{0x0602,0x1102,0x1302,0x1102,0x1204,0x1102,0x0702,0x1湖南工业大学电气与信息工程学院11304,0x1204,0x0607,0x1001,0x1102,0x1302,0x1502,0x1502,0x1604,0x1502,0x1402,0x1307,0x1001,0x1414,0x1514,0x1702,0x1602,0x1304,0x1002,0x0704,0x0602,0x1302,0x1202,0x1404,0x1004,0x1502,0x1402,0x1304,0x1202,0x1102,0x1304,0x1204,0x060c,0x0},/*3祝你生日快乐*/{0x0502,0x0502,0x0604,0x0504,0x1104,0x0708,0x0502,0x0502,0x0604,0x0504,