基于单片机多功能音乐闹钟的设计课程设计说明书.docx
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基于单片机多功能音乐闹钟的设计课程设计说明书
课程设计说明书
课题:
基于单片机多功能音乐闹钟的设计
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。
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:
2.3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:
P1.0(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。
2.6.2LED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。
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
24小时的时钟显示程序流程图
按键处理程序流程图
参考源程序:
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodefont[]={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
{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*/{0x0602,0x1102,0x1302,0x1102,0x1204,0x1102,0x0702,0x1304,0x1204,0x0607,0x1001,0x1102,0x1302,0x1502,0x1502,0x1604,0x1502,0x1402,0x1307,0x1001,0x1414,0x1514,0x1702,0x1602,0x1304,0x1002,0x0704,0x0602,0x1302,0x1202,0x1404,0x1004,0x1502,0x1402,0x1304,0x1202,0x1102,0x1304,0x1204,0x060c,0x0},
/*3祝你生日快乐*/{0x0502,0x0502,0x0604,0x0504,0x1104,0x0708,0x0502,0x0502,0x0604,0x0504,0x1204,0x1108,0x0502,0x0502,0x1504,0x1304,0x1104,0x0704,0x0604,0x1402,0x1402,0x1304,0x1104,0x1204,0x1108,0x0},
/*4铃儿响叮当*/{0x1302,0x1302,0x1303,0x1001,0x1302,0x1303,0x1001,0x1302,0x1502,0x1102,0x1202,0x1307,0x1001,0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1302,0x1302,0x1302,0x1302,0x1202,0x1202,0x1302,0x1204,0x1503,0x1001,0x1302,0x1302,0x1303,0x1001,0x1302,0x1303,0x1001,0x1302,0x1502,0x1102,0x1202,0x1307,0x1001,0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1302,0x1302,0x1302,0x1502,0x1502,0x1402,0x1202,0x1108,0x0},
/*5喀秋莎*/{0x0606,0x0702,0x1106,0x0602,0x1102,0x1102,0x0702,0x0602,0x0704,0x1002,0x0706,0x1102,0x1206,0x0702,0x1202,0x1202,0x1102,0x0702,0x0607,0x1001,0x1304,0x1604,0x1504,0x1602,0x1502,0x1402,0x1402,0x1302,0x1202,0x1304,0x0604,0x1002,0x1404,0x1202,0x1306,0x1102,0x0702,0x0302,0x1102,0x0702,0x0608,0x0},
/*6欢乐颂*/{0x1304,0x1304,0x1404,0x1504,0x1504,0x1404,0x1304,0x1204,0x1104,0x1104,0x1204,0x1304,0x1306,0x1202,0x1207,0x1001,0x1304,0x1304,0x1404,0x1504,0x1504,0x1404,0x1304,0x1204,0x1104,0x1104,0x1204,0x1304,0x1206,0x1102,0x1107,0x1001,0x0},
/*7四季歌*/{0x1304,0x1302,0x1202,0x1104,0x1102,0x0702,0x0604,0x0604,0x0607,0x1001,0x1404,0x1402,0x1302,0x1202,0x1102,0x1202,0x1402,0x130f,0x1001,0x1404,0x1402,0x1302,0x1204,0x1202,0x1402,0x1304,0x1302,0x1102,0x0604,0x0604,0x0704,0x1304,0x1302,0x1102,0x0702,0x1102,0x060f,0x0},
/*8月亮代表我的心*/{0x150a,0x1302,0x1202,0x1102,0x130f,0x160a,0x1402,0x1202,0x1102,0x070c,0x1002,0x0502,0x1106,0x1302,0x1506,0x1102,0x0706,0x1302,0x1504,0x1002,0x1502,0x1606,0x1702,0x2106,0x1604,0x150a,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x1302,0x1206,0x1102,0x0606,0x1201,0x1301,0x120c,0x1002,0x0502,0x1106,0x1302,0x1506,0x1102,0x0706,0x1302,0x1504,0x1002,0x1502,0x1606,0x1702,0x2106,0x1604,0x150a,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1302,0x0},//0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x1302,0x1206,0x0602,0x0704,0x1102,011202,0x110c,0x1302,0x1502,0x1306,0x1202,0x1104,0x1504,0x070c,0x0602,0x0702,0x0606,0x0702,0x0604,0x0504,0x130c,0x1504,0x1306,0x1202,0x1104,0x1504,0x070c,0x0602,0x0702,0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x1302,0x120c,0x1002,0x0502,0x1106,0x1302,0x1506,0x1102,0x0706,0x1302,0x1504,0x1002,0x1502,0x1606,0x1702,0x2106,0x1604,0x150a,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x1302,0x1206,0x0602,0x0704,0x1102,0x1202,0x1104,0x1502,0x1402,0x1304,0x1202,0x1102,0x1104,0x0702,0x0602,0x0518,0x050f,0x0},
/*9献给爱丽丝*/{0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x1702,0x2202,0x2102,0x1604,0x1002,0x1102,0x1302,0x1602,0x1704,0x1002,0x1302,0x1512,0x1702,0x2104,0x1002,0x1302,0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x1702,0x2202,0x2102,0x1604,0x1002,0x1102,0x1302,0x1602,0x1704,0x1002,0x1202,0x2102,0x1702,0x1604,0x1002,0x1702,0x2102,0x2202,0x2305,0x1001,0x1502,0x2402,0x2302,0x2205,0x1001,0x1402,0x2302,0x2202,0x2105,0x1001,0x1302,0x2202,0x2102,0x1704,0x1002,0x1302,0x2302,0x1002,0x0},//0x2212,0x2302,0x1002,0x1002,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x1702,0x2202,0x2102,0x1604,0x1002,0x1102,0x1302,0x1602,0x1704,0x1002,0x1302,0x1512,0x1702,0x2104,0x1002,0x1302,0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x1702,0x2202,0x2102,0x1604,0x1002,0x1102,0x1302,0x1602,0x1704,0x1002,0x1202,0x2102,0x1702,0x1604,0x1004,0x0},
//*10小星星,亮晶晶*/{0x1104,0x1104,0x1504,0x1504,0x1604,0x1604,0x1507,0x1001,0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1204,0x1204,0x1107,0x1001,0x1504,0x1504,0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1207,0x1001,0x1504,0x1504,0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1207,0x1001,0x1104,0x1104,0x1504,0x1504,0x1604,0x1604,0x1507,0x1001,0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1204,0x1204,0x1107,0x1001,0x0},
//*11Nokia经典铃声*/{0x2502,0x2402,0x1604,0x1704,0x2302,0x2202,0x1404,0x1504,0x2202,0x2102,0x1304,0x1504,0x210c,0x2502,0x2402,0x1604,0x1704,0x2302,0x2202,0x1404,0x1504,0x2202,0x2102,0x1304,0x1504,0x210c,0x0}
//*12两只老虎*/{0x1104,0x1204,0x1304,0x1104,0x1104,0x1204,0x1304,0x1104,0x1304,0x1404,0x1508,0x1304,0x1404,0x1508,0x1502,0x1602,0x1502,0x1402,0x1304,0x1104,0x1502,0x1602,0x1502,0x1402,0x1304,0x1104,0x1304,0x0504,0x1108,0x1304,0x0504,0x1108,0x0}
};
sbitkey_select=P1^0;//功能键
sbitkey_inc=P1^1;//增大建
sbitkey_dec=P1^2;//减小键
sbitkey_alarm_or_song=P1^3;//调闹钟键
sbitbuzzer=P0^0;
bitmusic_break=0;
ucharweek=1,hour=12,minute=0,second=0,alarm_num,display[]={1,2,0,0,0,0},n=0,bit_code=0x04,alarm_break=1,flag_display=0,flag_alarm=0;//定义数组display[6]作为显示缓冲区,n为数组下标,flag_display用于设置时间或闹钟时的闪烁显示标志,flag_alarm用于闹钟键按下的标志
uchardisplay_music[6]={0x10,0x10,0,0,0x10,0x10},display_alarm[6]={0,0,0,0,0,0},alarm[][3]={{12},{12,1},{12,3},{12,5},{1},{2},{3},{4},{5},{6}},alarm_num=0,song_num=0;
uintinitial_value,count_display=0,count=0;//count_display用于设置时间或闹钟时的闪烁显示记时变量
voiddelay_ms(uintt)//延时1ms
{
uinti,j;
for(i=t;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
voiddi()//按键发声函数
{
buzzer=0;
delay_ms(100);
buzzer=1;
}
voidmusic(ucharsong_number)
{
uchari,section,basic_note,changed_note,pitch,duration,note_num=0;//分别定义i,音区,基本音级,变化音级,音高,时值,所选歌曲的音符的编号
uintnote;//定义音符变量
ET1=1;
music_break=1;
note=song[song_number][note_num];
while(note!
=0&&music_break)
{
section=note/0x1000;
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