带有LCD显示的音乐倒数计时器.doc

信信 息息 工工 程程 学学 院院 课课 程程 设设 计计 报报 告告 书书 题题 目目 带有带有 LCDLCD 显示的音乐倒数计时器显示的音乐倒数计时器 专专 业 业 计算机科学与技术计算机科学与技术 日 信息工程学院课程设计报告 I 摘摘 要要 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 89C52 信息工程学院课程设计报告 II 目目 录录 摘摘 要要 I 1 前前 言言 1 1 1 课题开发背景 1 1 2 课题研究的目的和意义 1 1 3 课题的主要研究工作 1 2 系统硬件设计及说明系统硬件设计及说明 3 2 1 系统组成及总体框图 3 2 2 部分硬件方案论述 3 2 3 硬件电路图 4 2 4 元件清单 4 2 4 1 AT89C52 4 2 4 2 LCD1602 5 2 4 3 按键控制单元 6 2 4 4 SPEAKER 7 3 系统软件设计系统软件设计 8 3 1 系统总体功能流程图 8 3 2 使用单片机实现音乐节拍 10 3 3 使用单片机产生音频脉冲 11 3 4 使用定时器实现定时功能 11 3 5 程序描述 12 4 总结与展望总结与展望 15 参考文献参考文献 16 信息工程学院课程设计报告 1 1 前前 言言 1 1 课题开发背景课题开发背景 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 信息工程学院课程设计报告 2 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 信息工程学院课程设计报告 3 2 系系统统硬硬件件设设计计及及说说明明 2 1 系统组成及总体框图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 系统硬件方案论述系统硬件方案论述 2 21 系统方案概述系统方案概述 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 22 LCD 显示方式的方案比较 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 信息工程学院课程设计报告 4 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 硬件电路图硬件电路图 系统硬件电路图如图 2 2 所示 2 4 元件清单元件清单 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 AT89C52 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 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 信息工程学院课程设计报告 5 图 2 2 系统硬件连接图 2 4 2 LCD1602 图 2 3 16 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 1 1602 液晶模块控制指令 序号 指令 RSR WD7D6D5D4D3D2D1D0 1 清显示 0000000001 信息工程学院课程设计报告 6 2 光标返回 000000001 3 置输入模式 00000001I DS 4 显示开 关控制 0000001DCB 5 光标或字符移位 000001S C R 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 按键控制单元按键控制单元 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 信息工程学院课程设计报告 7 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 信息工程学院课程设计报告 8 3 系系统统软软件件设设计计 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系统总体功能流程图 3 1 1 系统基本流程图系统基本流程图 信息工程学院课程设计报告 9 开始 初始化相关变量 及LCD显示 K1 K4设置计时初值 LCD倒计时显示 K5否按下 K2 K3是否按下 倒计数时间加减 操作 Y 开始倒计时 YN 倒计数为零 输出音乐 Y N K4是否按下 N Y 设置完成 结束 N 工作指示灯LED 闪动 K1是否按下 Y N 3 1 2 模块 模块 5 的流程图 的流程图 信息工程学院课程设计报告 10 LCD倒计时显示 K1是否按下 K2是否按下K3是否按下 关定时器 Y K4是否按下 开定时器 Y 增加倒计数时1 分钟 减少倒计数时1 分钟 YY NN 3 2 使用单片机实现音乐节拍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 曲调值 DELAY 调 4 4 125ms 调 4 4 62ms 调 3 4 187ms 调 3 4 94ms 信息工程学院课程设计报告 11 调 2 4 250ms 调 2 4 125ms 3 3 使用单片机产生音频脉冲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 位序位序 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 位符号位符号 GATE C T M1 M0 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 信息工程学院课程设计报告 12 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 2 s 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 0X3C 3 5 程序描述程序描述 3 51 程序功能描述程序功能描述 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 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 0 K1 P2 1 K2 P2 2 K3 P2 3 K4 P2 4 K5 按键按下 则相应端口输出为 0 低电平 3 52 程序代码程序代码 1 按键控制和更改时间函数 void ChangeTime unsigned char b a 0 xFE b a P2 if b 0 xFE K1 按下 信息工程学院课程设计报告 13 TR0 1 关定时器 T0 计时暂停 a 0 xFD b a P2 if b 0 xFD K2 按下 min 增加 1 分钟定时时间 a 0 xF7 b a P2 if b 0 xF7 K4 按下 TR0 0 开定时器 T0 计时重新开始 a 0 xFB b a P2 if b 0 xFB K3 按下 min 减少 1 分钟定时时间 a 0 xF7 b a P2 if b 0 xF7 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 0 x3C TL0 0 xB7 count if count 10 定时到 1 秒 sec 倒计时秒减 1 信息工程学院课程设计报告 14 count 0 if sec 1 min sec 59 3 主函数 void main 主程序 TMOD 0 x01 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 T