課程設(shè)計--簡易的倒數(shù)計數(shù)器

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　利用AT89C51單片機(jī)設(shè)計一個簡易的倒數(shù)計數(shù)器，可用來煮方便面、煮開水或小睡片刻等。做一小段時間倒計數(shù)，當(dāng)?shù)褂嫈?shù)為0時，則發(fā)出一段音樂聲響，通知倒計數(shù)終了，該做應(yīng)當(dāng)做的事。</p><p>　　定時鬧鐘的基本功能如下。<

2、/p><p>　　顯示格式為“分分秒秒”。</p><p>　　用4個按鍵操作來設(shè)置當(dāng)前想要倒計數(shù)的時間。一旦按下鍵則開始倒計數(shù)，當(dāng)計數(shù)為0時，發(fā)出一陣音樂聲。</p><p>　　程序執(zhí)行后工作指示燈LED閃動，表示程序開始執(zhí)行，按下操作鍵K1～K4動作如下。</p><p>　　K1—可調(diào)整倒計數(shù)的時間1～60分鐘。</p>&

3、lt;p>　　K2—設(shè)置倒計數(shù)的時間為5分鐘，顯示“0500”。</p><p>　　K3—設(shè)置倒計數(shù)的時間為10分鐘，顯示“1000”。</p><p>　　K4—設(shè)置倒計數(shù)的時間為20分鐘，顯示“2000”。</p><p>　　復(fù)位后顯示器應(yīng)能顯示倒計時的分鐘和秒數(shù)。此時，若：</p><p>　　a. 按操作鍵K2—增加倒計數(shù)的

4、時間1分鐘。</p><p>　　b. 按操作鍵K3—減少倒計數(shù)的時間1分鐘。</p><p>　　c. 按操作鍵K4—設(shè)置完成。 </p><p>　　本題目最大難點是實現(xiàn)音樂的播放。利用定時計數(shù)器，通過載入不同的計數(shù)初值，產(chǎn)生頻率不同的方波，輸入到蜂鳴器（SOUNER）中，使其發(fā)出頻率不同的聲音。本設(shè)計中單片機(jī)晶振為1.0592MHz，通過計算各音階頻率，可得1

5、、2、3、4、5、6、7共7個音應(yīng)賦給定時器的初值為64580、64684、64777、64820、64898、64968、65030。</p><p>　　在此基礎(chǔ)上，可將樂曲的簡譜轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以“識別”的“數(shù)組譜”，進(jìn)一步加入對音長、休止符等的控制量后，可以實現(xiàn)音樂的播放。</p><p>　　指導(dǎo)老師（簽名） </p><p>　　年

6、月 日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要……………………………………………………2</p><p>　　第一章、緒論……………………………………………3</p><p>　　第二章、原理介紹………………………………………4</p><p>　　第

7、三章、硬件介紹………………………………………5</p><p>　　●LED數(shù)碼………………………………………5</p><p>　　●控制電路………………………………………5</p><p>　　●按鍵控制………………………………………6</p><p>　　●蜂鳴器…………………………………………6</p><p>

8、;　　第四章、軟件介紹………………………………………8</p><p>　　●音調(diào)的產(chǎn)生……………………………………8</p><p>　　●節(jié)拍的確定……………………………………9</p><p>　　●編碼 …………………………………………9</p><p>　　●設(shè)計流程圖 …………………………………11</p><

9、;p>　　第五章、結(jié)論與總結(jié)……………………………………11</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　單片機(jī)技術(shù)是一門不可或缺的技術(shù)，對我們將來的工作以及生活和學(xué)習(xí)都有 很密切的聯(lián)系。近年來，隨著電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，單片機(jī)的檔次不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，已在工業(yè)控制、尖端科學(xué)、智能儀器儀表、日用家電、汽車電子系統(tǒng)、辦

10、公自動化設(shè)備、個人信息終端機(jī)通信產(chǎn)品中得到廣</p><p>　　泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中重要的智能化核心部件。</p><p>　　單片機(jī)由CPU、一定容量的RAM和ROM構(gòu)成，定時、計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。它體積小，成本低，功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化上。而52系列單片機(jī)時各單片機(jī)中最為典型和最具代表性的一種，本次課程設(shè)計通過對它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，從而達(dá)到學(xué)習(xí)、設(shè)計、

11、開發(fā)軟硬件的能力。</p><p>　　本設(shè)計利用AT89C51單片機(jī)七段數(shù)碼管設(shè)計一個簡易的倒數(shù)計數(shù)器。用4個按鍵操作來設(shè)置當(dāng)前想要倒數(shù)計數(shù)的時間。作一小段時間倒數(shù)計數(shù)，當(dāng)計數(shù)為0時，則發(fā)出一段音樂聲響，通知倒數(shù)計數(shù)終了，該做應(yīng)做的事了。應(yīng)用Proteus的ISIS軟件和Keil uVision4來實現(xiàn)該計數(shù)器的設(shè)計與仿真。該方法的仿真效果真實、準(zhǔn)確，節(jié)省了硬件資源。</p><p>　

12、　該功能計數(shù)器可以應(yīng)用于一般的生活和工作中，也可以通過改裝，提高性能，則加新功能，從而給人們的生活和工作帶來更多的方便。</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，有力的推動和提高了社會生產(chǎn)力的發(fā)展與信息化程度。同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提升，產(chǎn)品更新?lián)Q

13、代的節(jié)奏也越來越快。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對數(shù)字鐘的要求越來越高，多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化。數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路，走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校。單片計算機(jī)即單片微型計算機(jī)，是集CPU,RAM,ROM,定時/計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。它體積小成本低，功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)品和工業(yè)自動化上。由于數(shù)字集成電路的

14、發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超多老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大地方便，而且大大的擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能，諸如定時自動報警、0按時自動打鈴、定時廣播、自動啟閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以數(shù)字化為基礎(chǔ)的，因此研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用有著非常現(xiàn)實的意義。</p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，讀取時鐘的值，

15、并通過數(shù)碼管顯示出來，而且可以通過按鍵電路控制執(zhí)行信號，給時鐘賦初值。還可以設(shè)置鬧鐘，當(dāng)計數(shù)為0時，發(fā)出一陣音樂聲。</p><p><b>　　原理介紹</b></p><p>　　音樂倒數(shù)計數(shù)器所倒數(shù)的時間由數(shù)字顯示，控制器使用單片機(jī)AT89C51。本</p><p>　　設(shè)計基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片AT89C51作為核心控制器，

16、通過硬件電</p><p>　　路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計制作出一個計數(shù)器，包括以下功能：輸出時</p><p>　　間，按下鍵就開始計時，并將時間顯示在數(shù)碼管上。當(dāng)?shù)褂嫈?shù)為0時，蜂鳴器就</p><p>　　發(fā)出音樂聲響等等。該計數(shù)器系統(tǒng)主要由計數(shù)器模塊、數(shù)碼管模塊、蜂鳴器模</p><p>　　塊、鍵盤模塊、指示燈等部分組成的。用單

17、片機(jī)8051控制程序執(zhí)行，通過LED</p><p>　　動態(tài)掃描來顯示倒計時，每次執(zhí)行中斷時判斷計時是否繼續(xù)倒計時。同時通過按</p><p>　　鍵掃描的方式來判斷是否有輸入更改倒計時的控制信息，通過8051的處理來達(dá)</p><p>　　到對倒計時的更新，當(dāng)?shù)褂嫊r結(jié)束時，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出一首音樂。總體設(shè)計方框</p><p>　　圖如圖1

18、-1所示。。</p><p>　　圖2-1 總體設(shè)計方框圖</p><p><b>　　硬件介紹</b></p><p><b>　　●LED數(shù)碼管</b></p><p>　　LED數(shù)碼管分為共陰數(shù)碼管和共陽數(shù)碼管兩種，本實驗采用共陰數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管就是將數(shù)碼管七段的陰極連在一起。當(dāng)這個公共陰極

19、接GND時，其余的哪段接高電平哪段亮。</p><p>　　圖3-1 數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，中間為共陰數(shù)碼管，右邊為共陽數(shù)碼管</p><p><b>　　●控制電路</b></p><p>　　采用8051進(jìn)行控制。</p><p>　　8051 基本資料如下：</p><p>　　圖3-2 80

20、51引腳圖</p><p>　　在此次實驗中，一共用到了單片機(jī)的23個管腳，其中P3組用到的P3^0~P3^3去控制四個按鍵，P0組用來控制數(shù)碼管的段碼，P2^4~P2^7用來控制四段數(shù)碼管的位碼，P2^1用來使蜂鳴器發(fā)生，VCC和GND做為電源和復(fù)位電路接入端，而單片機(jī)的18和19腳則接入晶體整蕩器，產(chǎn)生振蕩頻率。通過輸入相應(yīng)程序?qū)纹瑱C(jī)的控制，從而讓各個模塊能夠協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)一定的功能。</p>

21、<p><b>　　●按鍵控制</b></p><p>　　按鍵控制室控制程序執(zhí)行時數(shù)據(jù)的輸入或是特殊功能的設(shè)置及操作，使用8051端口1的4（0至3）條輸入口，由程序來控制，平時輸入端為高電平，當(dāng)有按鍵按下則相對位會呈現(xiàn)低電平，進(jìn)過輪流掃描判斷輸入端是否為低電平，便可知道按下的是哪一個按鈕。</p><p>　　圖3-3 按鍵控制電路</p>

22、<p><b>　　●蜂鳴器</b></p><p>　　蜂鳴器的功能是對輸入的不同頻率的方波進(jìn)行播放形成音樂，持續(xù)送出工作脈沖可以推動喇叭發(fā)出嗶的聲響，當(dāng)工作頻率越高時，聲音越清脆，工作頻率低時，聲音則較低沉。</p><p>　　使用8051的P2^1口進(jìn)行控制</p><p>　　圖3-4 蜂鳴器接線圖</p>

23、<p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 ；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”表示。</p><p>　　單片機(jī)驅(qū)動他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動，另一種是利用I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器

24、進(jìn)行驅(qū)動。本設(shè)計選擇利用I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動。</p><p>　　利用I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅(qū)動蜂鳴器了。比如為2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為400μs，這樣只需要驅(qū)動蜂鳴器的I/O 口每200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個頻率為2500Hz，占空比為1/2du

25、ty 的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動這個蜂鳴器了。</p><p>　　由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。</p><p><b>　　第四章 軟件介紹</b></p><p>　　用單片機(jī)8051控制程序執(zhí)行，通過LED動態(tài)掃描來顯示倒計時

26、，每次執(zhí)行中斷時判斷計時是否繼續(xù)倒計時。同時通過按鍵掃描的方式來判斷是否有輸入更改倒計時的控制信息，通過8051的處理來達(dá)到對倒計時的更新，當(dāng)?shù)褂嫊r結(jié)束時，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出一首音樂。 </p><p><b>　　音調(diào)的產(chǎn)生 </b></p><p>　　不同音高的樂音是用C、D、E、F、G、A、B來表示，這7個字母就是音樂的音名，它們一般依次唱成DO、RE、MI、

27、FA、SO、LA、SI,即唱成簡譜的1、2、3、4、5、6、7，相當(dāng)于漢字“多來米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫“音調(diào)”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B這一組音的距離分成12個等份，每一個等份叫一個“半音”。兩個音之間的距離有兩個“半音”，就叫“全音”。在鋼琴等鍵盤樂器上，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B兩音之間隔著一個黑鍵，他們之間的距離就是全音；E–F、B–C兩音之間沒有黑鍵相隔，它們之間的距離就是半

28、音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它們的左上角加上﹟號或者b號的叫變化音。﹟叫升記號，表示把音在原來的基礎(chǔ)上升高半音，b叫降記音，表示在原來的基礎(chǔ)上降低半音。例如高音DO的頻率（1046Hz）剛好是中音DO的頻率（523Hz）的一倍，中音DO的頻率（523Hz）剛好是低音DO頻率（266 Hz）的一倍；同樣的，高音RE的頻率（1175Hz）剛好是中音RE的頻率（587Hz）的一倍，中音RE的頻率（587Hz）剛好

29、是低音R</p><p>　　1）要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器計時這半個周期時間，每當(dāng)計時到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。</p><p>　　2）利用AT89C51的內(nèi)部定時器使其工作在計數(shù)器模式1下，改變計數(shù)值TH1及TL1以產(chǎn)生不同頻率的方法

30、。</p><p>　　此外結(jié)束符和休止符可以分別用代碼00H和FFH來表示，若查表結(jié)果為00H，則表示曲子終了；若查表結(jié)果為FFH，則產(chǎn)生相應(yīng)的停頓效果。</p><p>　　3）例如頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令計數(shù)器計時956us/1us=956，在每次技術(shù)956次時將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。</p><p&g

31、t;　　計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下：</p><p>　　N=Fi2Fr</p><p>　　N：計算值；Fi：內(nèi)部計時一次為1us，故其頻率為1MHz；</p><p>　　其計數(shù)值的求法如下：</p><p>　　T=65536-N=65536-Fi2Fr</p><p>　　例如：設(shè)K=65536

32、，F(xiàn)=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。中音DO（523Hz）。高音的DO（1046Hz）的計算值</p><p>　　T=65536-N=65536-Fi2Fr=65536-10000002Fr=65536-500000/Fr</p><p>　　低音DO的T=65536-500000/262=63627</p><p>　　低音DO的T=

33、65536-500000/523=64580</p><p>　　低音DO的T=65536-500000/1047=65059</p><p><b>　　節(jié)拍的確定</b></p><p>　　若要構(gòu)成音樂，光有音調(diào)是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂具有旋律（固定的律動），而且可以調(diào)節(jié)各個音的快滿度?！肮?jié)拍”,即Beat，簡單說就是打拍子，就像我們

34、聽音樂不自主的隨之拍手或跺腳。若1拍實0.5s，則1/4 拍為0.125s。至于1拍多少s，并沒有嚴(yán)格規(guī)定，就像人的心跳一樣，大部分人的心跳是每分鐘72下，有些人快一點，有些人慢一點，只要聽的悅耳就好。音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示。休止符表示暫停發(fā)音。</p><p>　　一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個音符對應(yīng)著不同頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合，加以與拍數(shù)對應(yīng)的延時，構(gòu)成音樂。了解音樂

35、的一些基礎(chǔ)知識，我們可知產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂。對于單片機(jī)來說，產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機(jī)的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號。因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時計數(shù)的關(guān)系。</p><p><b>　　編碼</b></p><p>　　do re mi fa so la si分別編碼為1~7，重音do編為8,重音r

36、e編為9，停頓編為0。播放長度以十六分音符為單位（在本程序中為165ms），一拍即四分音符等于4個十六分音符，編為4,其它的播放時間以此類推。音調(diào)作為編碼的高4位，而播放時間作為低4位，如此音調(diào)和節(jié)拍就構(gòu)成了一個編碼。以0xff作為曲譜的結(jié)束標(biāo)志。</p><p>　　舉例1：音調(diào)do,發(fā)音長度為兩拍，即二分音符，將其編碼為0x18。</p><p>　　舉例2：音調(diào)re,發(fā)音長度為半拍，

37、即八分音符，將其編碼為0x22</p><p>　　歌曲播放的設(shè)計。先將歌曲的簡譜進(jìn)行編碼，儲存在一個數(shù)據(jù)類型為unsigned char 的數(shù)組中。程序從數(shù)組中取出一個數(shù)，然后分離出高4位得到音調(diào)，接著找出相應(yīng)的值賦給定時器0，使之定時操作蜂鳴器，得出相應(yīng)的音調(diào)；接著分離出該數(shù)的低4位，得到延時時間，接著調(diào)用軟件延時。</p><p><b>　　設(shè)計流程圖</b>

38、</p><p>　　主程序開始初始化，然后掃描鍵盤、計數(shù)器。當(dāng)鍵盤按鍵有按下時，調(diào)整計數(shù)器值，數(shù)碼管顯示新值。當(dāng)K1鍵按下時，按其他按鍵時數(shù)碼管重新顯示時間。按K2鍵倒計時5分鐘，按K3倒計時10分鐘，按K4倒計時20分鐘，當(dāng)計數(shù)器值倒計為0時，蜂鳴器發(fā)出聲音，計數(shù)器停止倒計，程序結(jié)束。</p><p><b>　　圖4-1設(shè)計流程圖</b></p>

39、<p>　　圖4-2 按鍵流程圖</p><p><b>　　第五章 結(jié)論與總結(jié)</b></p><p>　　通過此次多功能數(shù)字計數(shù)器的設(shè)計制作，我們將從書本上學(xué)到的知識應(yīng)用于實踐，再次鞏固了我的單片機(jī)知識，提高了我的電路仿真設(shè)計能力。雖然設(shè)計過程中遇到了很多困難，但是在解決這些問題的過程無疑是對自身專業(yè)素質(zhì)的提高。當(dāng)最終調(diào)試成功的時候也是對自己的一種肯定。

40、此次的設(shè)計不僅增強(qiáng)了自己在專業(yè)設(shè)計方面的信息，鼓舞了自己，更是一次興趣的培養(yǎng)，為以后的學(xué)習(xí)方向明確了重點。</p><p>　　另外在這次設(shè)計中我們遇到了不少的問題，針對不同的問題我們采取不同的解決方法，最終一一解決了。在我們遇到不懂得問題時，利用課本上、參考書上的知識，以及網(wǎng)上的資料最終解決問題。和隊友之間相互討論，明白了團(tuán)隊合作的重要性。</p><p>　　本次項目設(shè)計還存在很多不足

41、，比如，音樂響的還不夠完美，計數(shù)功能也不夠詳細(xì)等。以后爭取完善這個設(shè)計，以提高我們的單片機(jī)設(shè)計能力。</p><p>　　課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)。在本次設(shè)計中遇到了很多問題，特別是程序細(xì)節(jié)上的問題，但只要自己能沉下心來認(rèn)真、細(xì)心、耐心的去調(diào)試程序，最后所有的問題便一個一個均迎刃而解，這也讓我認(rèn)識到，在項目設(shè)計的過程中一定要經(jīng)的住問題的考驗，只要我

42、們認(rèn)真仔細(xì)的排查問題的原因，最終還是能夠解決的。</p><p>　　總之，這次設(shè)計從軟件編寫、調(diào)試到軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試，我傾注了大量的時間和心血，當(dāng)然也收獲了很多。在此認(rèn)識到，要學(xué)好硬件或軟件，一定要踏實下來做項目，這樣我們的收獲才是最大的，最直接的。</p><p>　　這里很感謝生芳老師和王冠凌老師給我們的指導(dǎo)和教育，感謝她給我們提供了良好的學(xué)習(xí)設(shè)計環(huán)境，也很感謝可愛的學(xué)長們，讓我覺得團(tuán)

43、隊的力量很偉大。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分（第五版）［M]. 北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2]李珍.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) 清華大學(xué)出版社, 2003 </p><p>　　[3]陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計