单片机课程设计音乐闹钟定时器

目录：0、任务书...............................................................................21、系统总体设计方案规划与选定.......................................22、硬件设计...........................................................................53、软件设计...........................................................................64、调试...................................................................................85、新增功能及实现方法.......................................................86、小结与体会.......................................................................97、参考文献...........................................................................98、附录.................................................................................10单片机课程设计20.任务书基于51单片机设计一个电子数字钟，显示时、分、秒，且具有闹钟功能。用8255接口实现4*8键盘及8位LED显示。32个键：0~9共10个键，调时（设置当前时间）键；设定闹钟（定时）键；走时键；光标左右移动各一个键。要求键复位后，应该最后面的LED上显示H（待命状态）。1.系统总体设计方案规划与选定1.1主控制芯片选择方案一：采用ARM微处理，做主控芯片，计算速度快，缺点；成本高，控制较复杂，不容易焊接。方案二：采用80C51单片机做主控制器，由单片机来完成采集和信号处理等底层的核心计算，做主控芯片，成本低，易控制，易实现。经过以上两个方案比较，在此题方案二明显优于方案一，故采用80C51单片机做主控制器。1.2定时模块选择方案一：采用时钟芯片DS1302。DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，且较单片机计时简单节约硬件资源，但存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。方案二：采用单片机内部的定时系统，外接晶振进行分频脉冲计数。单片机课程设计3此系统采用12MHz晶振。由于方案二使用简单，比方案一更适用该系统设计，所以选择方案二。1.3LED显示及计时模块选择方案一：74LS192计数器——74LS47七点显示译码器74LS192芯片是一块可预置数可逆计数芯片，功能强大。将74LS192芯片CPU引脚接高电平可实现减法计数，以倒计时显示。可通过74LS47与LED共阳极数字显示器配合使用。方案二：使用移位寄存器74HC595与译码器相连74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，使用时可直接与数字显示器相连。方案三：使用8255扩展LED显示计时模块8255是一个可编程并行接口芯片，有一个控制口和三个8位数据口，外设通过数据口与单片机进行数据通信，各数据口的工作方式和数据传送方向是通过用户对控制口写控制字控制的。我们用到了A与B口分别进行对数码显示管的片选和段选，且B口同时作为键盘扫描模块的输入口，与数码显示模块分时复用。故采用方案三1.4蜂鸣器的选择方案一：电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器主要是利用通电导体会产生磁场的特性，用一个固定的永久磁铁与通电导体产生磁力推动固定在线圈上的鼓膜。电磁式由于音色好，所以多用于语音、音乐等设备。对于不同提示音且考虑实际，此种较好。方案二：压电式蜂鸣器单片机课程设计4压电式蜂鸣器用的是压电材料，即当受到外力导致压电材料发生形变时压电材料会产生电荷。同样，当通电时压电材料会发生形变。压电式结构简单耐用但音调单一音色差，适用于警报器等设备。由于闹铃为音乐闹铃，所以使用电磁式蜂鸣器更为合适。2.硬件设计2.1芯片的选择2.1.1单片机80C512.1.1.1单片机80C51的组成80c51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。单片机课程设计5定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。2.1.1.2MCS-51的引脚说明：MCS-52系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：MCS-51的引脚说明：MCS-52系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。单片机课程设计6图180C51的引脚2.1.1.3MCS-51单片机内部定时器\计数器、中断系统简介（1）定时器\计数器1、MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时\计数器可：定时\计数器T0和定时\计数器T1。它由加法计数器、方式寄存器TMOD、控制寄存器TCON等组成。方式寄存器用于设定定时计数器T0和T1的工作方式，控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。2、每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。3、每个定时计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式，T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。四种工作方式为：13位定时\计数器、16位定时\计数器、8位自动重置定时\计数器、两个8位定时\计数器（只有T0有）单片机课程设计74、每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。（2）中断系统1、MCS-51单片机提供5个硬件中断源，2个外部中断源，2个定时计数器T0和T1的溢出中断TF0和TF1，1个串行口发送TI和接收RI中断。2、MCS-51单片机中没有专门的开中断和关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器IE的各位来控制的。中断允许寄存器IE的字节地址为A8H，可以进行位寻址。系统复位时，中断允许寄存器IE的内容为00H，如果要开放某个中断源，则必须使IE中的总控置位和对应的中断允许位置“1”。3、MCS-51单片机有5个中断源，为了处理方便，每个中断源有两级控制，高优先级和低优先级。通过由内部的中断优先级寄存器IP来设置，中断优先级寄存器IP的字节地址为B8H，可以进行位寻址。如果某位被置“1”，则对应的中断源被设为高优先级；如果某位被清零，则对应的中断源被设为低优先级。对于同级中断源，系统有默认的优先权顺序，从高到低优先权顺序为外部中断0、定时计数器T0中断、外部中断1、定时计数器T1中断、串行口中断。通过设置中断优先级寄存器IP能够改变系统默认的优先级顺序。4、MCS-51单片机响应中断的条件为：中断源有请求且中断允许。2.1.2八位一体七段数码管单片机课程设计8数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻。b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定。c、使用电流：静态：总电流80mA（每段10mA）；动态：平均电流4-5mA峰值电流100mA上图为七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极相同。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。右图是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将b和c段接上正电源，其它端接地或悬空，那么b和c段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而将a、b、d、e和g段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。其它字符的显示原理类同。2.1.3并行接口扩展芯片8255单片机课程设计98255内部包括三个并行数据输入/输出端口，两个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和8位总线缓冲器。各部分功能概括如下：（1）端口A、B、CA口：是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。B口：是一个8位数据输入/输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。C口：是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（输入不锁存）。通常A口、B口作为数据输入/输出端口。C口作为控制/状态信息端口，它在“方式控制字”的控制下可分为两个4位端口，每个端口有一个4位锁存器，分别与A口、B口配合使用，作为控制信号输出或状态信息输入端口。（2）工作方式控制电路工作方式控制电路有两个，一个是A组控制电路，另一个是B组控制电路。这两组控制电路具有一个控制命令寄存器，用来接受中央处理器发来的控制单片机课程设计10字，以决定两组端口的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或者按位置“1”。A组控制电路用来控制A口和C口的上半部分（PC7-PC4）。B组控制电路用来控制B口和C口的下半部分（PC3-PC0）。（3）总线数据缓冲器总线数据缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为8255与系统总线之间的接口，用来传送数据、指令、控制命令以及外部状态信息。（4）读/写控制逻辑电路读/写控制逻辑电路接受CPU发来的控制信号RD、WR、RESET、地址信号A1-A0等，然后根据控制信号的要求，将端口数据读出，发往CPU，或者将CPU送来的数据写入端口。2.2电路的组成2.2.1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。数码管的工作原理如下：数码管是由8个发光二极管构成的显示器件。在数码管中，若将二极管的阳极连在一起，称为共阳极数码管；若将二极管的阴极连在一起，称为共阴极数码管。本次课程设计用到的8个数码管均是共阳极的。当发光二极管导通时，它就会发光。每个二极管就是一个笔划，若干个二极管发光时，就构成了一个显示字符。将单片机的I/O口控制相应的芯片与数码管的a-g相单片机课程设计11连，高电平的位对应的发光二极管亮，这样，由I/O口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的字符。8个数码管