基于51单片机无线音乐门铃设计与制作

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目录

1产品功能分析...........................................................................................................2

2设计方案遴选...........................................................................................................2

2.1单片机的选择.............................................................................................2

2.2通讯方式的选择.........................................................................................3

2.3系统框图设计.............................................................................................3

3产品硬件设计...........................................................................................................4

3.1主控电路设计.............................................................................................4

3.2发射电路设计.............................................................................................6

3.3接收电路设计.............................................................................................7

4产品软件设计...........................................................................................................7

4.1主程序流程图.............................................................................................8

4.2单片机发声概述.........................................................................................8

4.3产品程序清单...........................................................................................10

5产品使用说明.........................................................................................................10

5.1产品装配图...............................................................................................10

5.2产品调试...................................................................................................11

5.3产品使用说明...........................................................................................11

6产品设计技术标准.................................................................................................12

参考资料...................................................................................................................13

附录.............................................................................................................................14

附录1元器件清单.........................................................................................14

附录2电路原理图.........................................................................................15

附录3PCB设计图......................................................................................16

附录4产品实物图.........................................................................................17

附录5主程序代码.........................................................................................18

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基于51单片机无线音乐门铃设计与制作

1产品功能分析

随着微电子技术的迅猛发展，人们生活水平的显著提高，对居住环境的安

全性、便利性提出了更高的要求。特别是在智能化住宅中，我们迫切需要一种

智能门铃，具备安全性、可靠性、易用性等多方面的优势。在智能门铃所以设

计无线遥控音乐门铃系统就成了这次课题的攻关对象。简介采用具有编码功能

的超再生无线模块,结合单片机利用中断产生的方波,使之成为一种声音动听的

新型遥控高音质门铃按钮与声源之间可以免除连接,安装起来也很方便,这种具

有低功耗和简单电路的门铃,是一种全新的无线遥控音乐门铃。它的接收电路与

主控机喇叭等合为一体,在拥有220V交流电源的室内可以随意摆放,这样的设

计也可以更方便的使用电瓶进行电力供应!还可以变换各种音乐的门铃,让声音

变得好听,满足不同人的生活需求。前景广阔,从最开始的纽扣门铃到现在的可

视对讲门铃数码门铃,随着微电子技术的发展速度越来越快。鉴于当前全球范围

内的经济中国经济运行面临着新的不确定因素,如何根据外部经济环境的急剧

变化对企业的发展规划和经营政策进行调整,成为中国无线音乐门铃企业迫切

需要解决的问题。无线遥控门铃企业的发展,需要我们在全球金融危机的情况下,

不断地去研究,不断地去创新。向产品智能化、数字化、信息化等方向发展,目

前已具备了较强的市场竞争力。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

方案1：使用51单片机

考虑到成本和性能的平衡，建议选择STC89C52或STC89C51RC型号的51单

片机。该单片机具有较高的性能和较小的功耗，适用于对性能要求较高的智能

家居设备。

方案2：使用串口通信

为确保门铃信号传输的稳定性和可靠性，建议使用STC98LX芯片作为串口

通信模块。该芯片具有较高的传输速率和较低的功耗，能够满足门铃信号传输

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的需求。

方案3：使用音频输出设备

考虑到成本和音质的要求，建议使用外置音频功放芯片和扬声器。该方案

能够提供较好的音质和较低的成本，同时能够满足音乐播放的需求。

2.2通讯方式的选择

方案1：使用射频模块进行无线通信

利用射频（RF）模块实现无线通信，通过接收器与门铃之间进行信号传输。

这种方案可以提供较大的传输距离和稳定性，并且具备较低的功耗。

方案2：使用红外线模块进行无线通信

采用红外线（IR）模块进行无线通信，利用红外线来传输门铃信号。这种

方案适用于较短距离的通信需求，例如在室内使用，但相对于射频通信可能受

到遮挡物的影响。

方案3：音乐存储和播放模块

选择合适的音乐存储和播放模块，使用户能够将自己喜欢的音乐文件上

传到门铃系统中，并通过遥控器选择播放的音乐。这样可以实现多样化的音

乐选择和个性化设置。

2.3系统框图设计

电源模块

复位电路放歌模块

STC89C52

晶振电路无线解码模块

模块

图1系统设计框图

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3产品硬件设计

STC89C51单片机作为主控制器，控制着三极管驱动放音设备，实现了无

线的链接，这是技术的一种全新应用,STC89C51单片机作为主控制器，控制着

三极管驱动放音设备，实现了无线的链接，这是技术的一种全新应用,遥控器

采用编码芯片对信号进行编码，这种编码方式具有很高的安全性，能够防止信

号被干扰或窃取。编码芯片通过超再生无线模块发射信号，让我们可以轻松地

控制设备，无需复杂的操作步骤。

3.1主控电路设计

中央处理系统以STC89C51为主,集成电路芯片上集成多种元的单片机。

MicroComputer,这种智能门铃的核心部件包括中央处理器CPU、数据内存程序

内存ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件集成和I/O接口电路。由于单

片机具有体积小、价格低、可靠性高、易于开发和应用等优点，因此在智能仪

表中，单片机是最为活跃的应用领域之一，在现代电子技术领域的应用越来越

广泛。在控制领域,人更关注的的底层成本,体积小,操作可靠,控制灵活。在控制

领域，人们更关注底层成本、体积小、操作可靠、控制灵活。将单片机引入各

种仪器仪表中，可以实现仪器仪表的智能化、测试自动化程度和精度提高、计

算机运行速度提升、仪器仪表硬件结构简化、性能提升等诸多优势。

（一）STC89C51主要功能、性能参数如下：

（1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟;

（2）工作频率范围：0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ;

（3）STC89C51RC对应Flash空间：4KB;

（4）内部存储器（RAM)：256B;

（5）定时器\计数器：3个16位；

（6）通用异步通信口（UART）1个；

（7）中断源:8个；

（8）有ISP(在系统可编程）\IAP(在应用可编程),无需专用编程器\仿真

器；

（9）通用I\O口：32\36个；

（10）工作电压：3.8~5.5V；

（11）外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

STC89C51单片机原理图（a）如图所示：

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图2STC89C51RC单片机原理图

STC89C51RC单片机实物图如图所示

图3STC89C51RC单片机实物图

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3.2发射电路设计

由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控

制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相

互间又不影响，所以无线信号的编码由SC2262集成电路完成，该电路具有8

位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，

完全可以满足同一区域内互不影响地工作。发射芯片地址编码输入有“1”、“0”

和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。由各地址、数据的

不同接脚状态决定，编码从输出端out输出，通过红外发射管发射出去。

图4编码与发射电路设计图

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3.3接收电路设计

接收无线接收与解调部分采用的高频接收模块，可以简化设计工作，可靠

性更高。具体的解调过程是：当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，

接收部分就会相应收到一个315M的高频信号，使模块输出为1。当发射器发

送0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信

号的传输。当发射部分的频率为0时，接收部分的频率将信号输出到喇叭，从

而实现声音的传递。

图5数据解码与接收电路设计图

4产品软件设计

本产品采用了C语言编程，keil5编程环境，该软件是一款集编程和

仿真于一体的软件，它支持汇编、C语言及二者的混合编程。

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4.1主程序流程图

开始

程序初始化

NO

判断有无

电平变化

YES

1

播放音乐

曲目加一

结束

图6主程序流程图

4.2单片机发声概述

单片机一般不会演奏多种音色的声音,也就是不包含相应幅度的谐振频率,

就像其它专业乐器一样。单片机演奏的音乐,基本上都是以单音频率演奏的音乐。

所以单片机玩音乐比较简单,只需要能把两个概念“调子”和“节拍”弄清楚就可

以了。音调表示一种声音符某的演唱频率有多高。拍子表示一个音符唱多久。

知道一个音符的频率后,就可以让单片机在相应的频率上发出振荡信号,这样音

符的声音就相应地产生出来了。定时中断是通过单片机的定时器,将单片机完结

单片机I/0口在中断服务程序中来回设置高电平,使音箱发出响声。每个音符所

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需的时间都是通过节拍计算出来的,采用循环延时的方法来达到控制。一个音符

唱多久,这样就构成了一首完整的乐曲。

4.2.1音调

音调主要由声音的频率决定。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升

降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随响度增加而下降，高频纯音的音调

却随响度增加而上升。

音调的高低还与影响声音频率的发声体结构有关。大体上,低频纯音在2000

赫兹以下的响度的升高而递减,超过。随着响度的增加,高频纯音的音调也水涨船

高。如音乐中常以F=440H2的频率定位中音C以上的A音为标准高音,其余音

与之对照。F1和F2都是两注号码,如果两注号码频率相差一倍时,也就是当

F2=2*F1时,称F2比F1高一个频段。乐曲中的1号2号音。诸如此类,正好差

了一个倍频程,在音乐学里叫差了一个八度音。八度之内,有十二个半音。这12

个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的人耳的听觉效果。只要知道12个音

符的音高,即它的基本频率,其他音符的基本就可以根据音符之间的倍频关系来

得到。

以标准高音A的频率F=440HZ，其对应的周为：T=1/F=1/440=2272us

因此需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272us的方波脉冲，也就是

t=T/2=2272/2=1136us

也就是说，单片机上定时器的中断出发时间为1136us。如果单片机采用定

时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设外接晶振的振

荡器频率为f，则定时器的预置初始值有以下公式来确定：

Temp=65536-(50000/CurrentFre)*10/(12000000/SYSTEM_OSC)

TH=Temp/256

TL=Temp%256

4.2.2节拍

采用STC89C51单片机作为主控制器的设计,外部加入了驱动放音装置的三

极管。这样就可以实现硬件电路播放音乐,无线模块就可以实现无线链接,在实

际应用中也比较容易实现。安装、性能稳定、遥控距离远、功耗低等特点,是居

家的首选。在音乐中，时间被划分为均等的基本单位，被称为“拍子”或“拍”。

音符的时值表示，一拍的时值可以是四分音符（即以四分音符为一拍），也可

以是二分音符（以二分音符为一拍），还可以是八分音符等。一拍的时值是一

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个相对的时间概念，如乐曲规定速度为每分钟60拍，每半拍为1/2秒钟，这是

一种相对的时间概念；规定时速120发每发半秒，每发半拍为1/4秒，依此类

推。当拍子的基本时值确定后，各种时值的音符就会和拍子产生关联。这种关

联不仅丰富了音乐的表现力，同时也使得音乐更具节奏感和韵律感。无论是快

节奏的音乐还是慢节奏的音乐，都能通过智能门铃的节奏感来增强其表现力，

从而给人们带来更加丰富和美妙的音乐体验。如以四分为一一整张四张,二分一

张张,八分一张半张,十六分一张四分之一张;若以八分音符作一拍,则整张八张

相当,两分二分音符。四四分为二拍,十六分为半拍。对于一个拍子的发音时间,

如果乐曲没有特别说明的话,一般情况下,一个拍子就差不多了。400~450毫秒。

我们利用单片机内部的定时器T0,让它在计数器模式MODE1下工作,这个半周期

的适当的计数值TH0和TLO都会被始化,每到计时时间,脉冲就会被输出。这10

个口是反相的……然后这个半周期的时间就会反复进行。这个频率的脉冲可以

在单片机I0引脚上得到,然后对I0口进行反相。10引脚脉冲连接三极管作为

音频放大器,再辅以音箱,这样就能发出美妙的音乐。通过音频功放电路播放出

精彩的音乐。只要按一下按钮,就会有音乐播放,当一首歌播放完毕,再按一下按

钮,就会播放下一首音乐,如此循环播放一首，这个系统能演奏5首旋律不同的

歌曲。

4.3产品程序清单

设计和制作产品软件程序清单

初始化主程序Reg51.h

Main.c

图7产品程序设计框图

5产品使用说明

5.1产品装配图

产品是单片机，喇叭模块，无线模块，超声波模块,电源和按键模块组成。

装配图如下：

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喇叭模块红外遥控芯片

无线接收模块

遥控电源

电源和电源开关

ST89C52芯片

按键控制

图8产品装配图

5.2产品调试

检查产品焊接是否到位，使用万能表进行测试，看每个焊接节点是否焊接

成功，检查电源线是否有短路风险，下载调试好的程序代码到单片机中，对产

品进行上电调试。

5.3产品使用说明

1.主控板装上3节5号电池，首先检测主控板有无焊接短路，然后通电，

保持遥控器与主控板比较近的距离。

2.按下遥控按键，看主机有无音乐发出，如果没有那就给P2.5引脚高电平

看下有无音乐发出，如果有证明是接收电路有问题，如果没有证明是放

音驱动有问题。

3.如果以上都没有问题，按下遥控按键，会听到喇叭放出音乐，再次按下

遥控按键，会播放下一首音乐。

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4.最后都调试好，就开始测试遥控距离，影响遥控具体的主要因素是天线，

分别测试，要有足够的耐心，最终得出接收天线大约20cm左右，发射天

线35cm左右的长度是遥控距离比较远的。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

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参考资料

[1]周良权傅恩锡李世馨编模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:高等教育出版社,2005

[2]张玉莲编电子CAD(Protel99SE)实训指导书（第一版）[M].西安电子科技大学出版社，2007

[3]林春景编模拟电子线路(21世纪普通高等教育电子信息类规划教材)（第一版）[M].机械工业

出版社，2009

[4]全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京：北京理工

大学出版社，2005年3月第1版

[5]苏成富.多功能音乐门铃[J].电机电器技术，2000，第3期：20-21.

[6]魏俊民．机电一体化系统设计[D]．北京：中国纺织出版社，l998.

[7]侯文芳.Protel99SE在电子技术实验中的应用[J].科技信息，2011，第2期：

238-238.

[8]王毅．单片机器件应用手册[D]．北京：人民邮电出版社，1994.

[9]吴宁.80X86/Pentium微型计算机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2004：

1-249.

[10]肖金球.单片机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社,2004:1-323.

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附录

附录1元器件清单

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附录2电路原理图

VCCU1P1

4039

VCCP0.0(A0)21VCC

2038

GNDP0.1(A1)

37

P0.2(A2)POWER

36135

P0.3(A3)3

35

P0.4(A4)S1

34

P0.5(A5)135

33

P0.6(A6)

1032SWITCH

R3P3.0(RXD)P0.7(A7)

11246

10KP3.1(TXD)

Q11221

R3P27P3.2(INT0)P2.0(A8)

90121322

P3.3(INT1)P2.1(A9)246

10K1423

P3.4(T0)P2.2(A10)

1524VCC

P3.5(T1)P2.3(A11)

1625

P3.6(WR)P2.4(A12)

发射模块1726P25

P3.7(RD)P2.5(A13)Sf

27

P2.6(A14)C1

128P27

P1.0(T2)P2.7(A15)10U25V

2

AVGP1.1(T2EX)R1

39

TCNP1.2RST

ACD429

DP1.3PSEN10K

530

P1.4ALE/PROG

631C230P

P1.5(MOSI)EA/VPPVCC

718

P1.6(MISO)X2X1

81912M30P

P1.7(SCK)X1C3

89c51-DIP40VCC

R23

P

2

R34*10K5

10K

4.7M

GND9013

DATA

VCC

DATA

VCC

111111111

R

876543210接收模块SC2272M4

1

1187

A0VCC

SC2262217

A1VT

8

DDDD

S1TR22

ANT3162

0

VD

E3210A2OSC2

OO

415K2.2K

Co

SS

uA3OSC1

C

t

CC514

A4DIN

21613

AAAAAAAAGA5D3

12V712

01234567NA6D2

D811

A7D1

123456789910

GNDD0

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

//////////////////////////////////////////////

//51单片机无线遥控门铃程序

//////////////////////////////////////////////

#include<REG51.H>

#definesound_amount5//歌曲的数量

sbitpause=P2^5;//播放\暂停

sbitspeaker=P2^7;//无源蜂鸣器

sbitLED=P0^7;

//////////////////////////////////////////////

unsignedchartimer0h,timer0l,time;//timer0h,timer0l为定时器T0的高低位初

值,time为对应的节拍时间

unsignedcharmusic_num,num;//music_num为歌曲编

号,music_num=0表示刚开机时的状态,num是查找歌曲数据表的地址

signedcharfre;//对应频率数据表的地址

bitplay_enable;//歌曲播放的使能标志位,用于播放\暂

停

voiddelay(unsignedchart);//延时子函数,控制发音的时间长度

voiddelayms(unsignedintt);//普通延时子程序,可用于按键消抖

voidsong(void);//演奏一个音符

voidmusic_play(void);//播放歌曲

//《祝你生日快乐》

unsignedcharcodesong1[]={

5,1,1,5,1,1,6,1,2,5,1,2,1,2,2,7,1,4,

5,1,1,5,1,1,6,1,2,5,1,2,2,2,2,1,2,4,

5,1,1,5,1,1,5,2,2,3,2,2,1,2,2,7,1,2,6,1,2,

4,2,1,4,2,1,3,2,2,1,2,2,2,2,2,1,2,4,0,0,0};

//《世上只有妈妈好》

unsignedcharcodesong2[]={

6,2,3,5,2,1,3,2,2,5,2,2,1,3,2,6,2,1,

5,2,1,6,2,4,3,2,2,5,2,1,6,2,1,5,2,2,3,2,2,1,2,1,6,1,1,5,2,1,

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3,2,1,2,2,4,2,2,3,3,2,1,5,2,2,5,2,1,6,2,1,3,2,2,2,2,2,

1,2,4,5,2,3,3,2,1,2,2,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,5,1,6,0,0,0};

//《当你孤单你会想起谁》

unsignedcharcodesong3[]={

3,2,2,3,2,1,4,2,1,3,2,2,2,2,1,1,2,1,2,2,2,5,2,2,2,2,2,2,2,3,

1,2,2,1,2,1,2,2,1,1,2,2,7,1,1,6,1,1,7,1,2,3,2,2,7,1,2,7,1,3,

6,1,2,2,2,1,3,2,1,2,2,1,1,2,1,6,1,2,5,1,2,2,2,1,3,2,1,2,2,1,

1,2,1,6,1,2,6,1,2,2,2,1,3,2,1,2,2,1,1,2,1,6,1,1,7,1,1,1,2,6,0,0,0};

//《乡间小路》

unsignedcharcodesong4[]={

3,1,2,3,1,1,3,1,1,6,0,1,6,0,1,1,1,2,

6,0,1,5,0,1,6,0,4,6,0,2,6,0,1,6,0,1,6,0,2,6,0,1,1,1,1,

2,1,2,2,1,1,3,1,1,2,1,4,3,1,1,3,1,1,3,1,1,2,1,1,4,1,2,

4,1,2,3,1,2,2,1,1,1,1,1,2,1,4,7,0,1,7,0,1,7,0,1,6,0,1,

5,0,1,5,0,1,6,0,1,7,0,1,7,0,1,6,0,1,5,0,1,6,0,4,6,1,2,

3,1,1,6,1,1,7,1,1,6,1,1,5,1,1,5,1,2,5,1,1,2,1,1,5,1,1,

6,1,1,5,1,1,4,1,1,4,1,2,4,1,1,3,1,1,2,1,2,1,1,1,2,1,1,

3,1,1,2,1,1,1,1,1,2,1,1,3,1,4,6,1,2,3,1,1,6,1,1,7,1,1,

6,1,1,5,1,1,5,1,2,2,1,1,5,1,1,6,1,1,5,1,1,4,1,1,0,0,0};

//《送别》

unsignedcharcodesong5[]={

5,1,2,3,1,3,5,1,1,1,2,3,6,1,2,1,2,2,

5,1,4,5,1,2,1,1,1,2,1,1,3,1,2,2,1,1,1,1,1,2,1,4,5,1,2,

3,1,1,5,1,1,1,2,2,7,1,1,6,1,2,1,2,2,5,1,4,5,1,2,2,1,1,

3,1,1,4,1,2,7,0,1,1,1,4,6,1,2,1,2,2,1,2,4,7,1,2,6,1,1,

7,1,1,1,2,4,6,1,1,7,1,1,1,2,1,6,1,1,6,1,1,5,1,1,3,1,1,

1,1,1,2,1,8,5,1,2,3,1,1,5,1,1,1,2,2,7,1,1,6,1,2,1,2,2,

5,1,4,5,1,2,2,1,1,3,1,1,4,1,2,7,0,2,1,1,4,0,0,0};

unsignedcharcodeFREQL[]={

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0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6,//低音1234567

0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F,//1,2,3,4,5,6,7,i

0xEE,0x44,0x6B,0xB4,0xF4,0x2D,//高音234567

0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16};//超高音1234567

voidmain(void)

{

TMOD=0x11;//T0T1均在工作方式1

ET0=1;//T0开中断

EA=1;//CPU开中断

while(1)

{

music_play();//根据当前状态播放相应歌曲的某个音符

if(!pause)

{

delayms(5);

if(!pause)

{

if(music_num==0)//music_num=0只有在刚开机,且未按下

暂停键时存在,表示刚开机时的状态,按下后从第一首开始播放

{

music_num=1;//歌曲序号置1

num=0;//从头播放

play_enable=1;//允许播放

}

else

{

play_enable=~play_enable;

speaker=1;

}

while(!pause)//若按着暂停键不放手时的处理

{

湖南商务职业技术学院毕业设计

if(play_enable==0){}//如果是暂停，则显示时间不变//

（暂停时play_enable==0）

}

}

}//while结束

}

}

voiddelayms(unsignedintt)//MS延时子程序

{

unsignedinti,j;

for(i=0;i<t;i++)

{

for(j=0