基于单片机的音乐倒数计时器设计.docx
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基于单片机的音乐倒数计时器设计
课程设计报告
基于单片机的音乐倒数计时器
目录
一、简介
1.单片机基础知识………………………1
2.单片机发展趋势………………………1
3.常用的单片机系列……………………1
4.单片机的应用领域……………………1
二、总体方案设计
1.主要功能………………………………2
2.设计要求………………………………2
三、最小系统
1.复位电路…………………………………3
2.晶振延时电路…………………………….3
四、系统硬件分析与设计
1.框图设计……………………………....4
2.系统硬件电路方案选定与设计………5
3.电路原理图……………………………6
4.元器件………………………........7
1）STC89C52单片机…………………..8
2）字符型LCD1602……………………9
3）按键控制模块……………………….10
4）其他元器件…………………………..11
五、系统软件程序设计
1.主程序流程图…………………………12
2.LCD1602显示流程图…………………13
3.按键控制流程图……………………….14
六、实物制作与仿真调试
1.硬件调试…………………………………15
2.软件调试…………………………………16
3.软硬件调试………………………………17
七、总结………………………
参考文献…………………18
附录一元器件清单………..
附录二原理图………………
附录三程序清单……………
附录四实物图……………….
一、简介
1.单片机基础知识
典型的微型计算机包括运算器、控制器、存储器、I/O接口四个基本组成部分。
如果在一块芯片上，集成了一台微型计算机的四个基本组成部分，这种芯片就被称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），简称单片机。
单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用型单片机，另一种是专用型单片机。
单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。
2.单片机发展趋势
世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补。
纵观单片机的发展过程，可以看出单片机的发展趋势:
（一）微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、
PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
（二）低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。
像80C51就采用了HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。
CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
（三）主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以89C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。
所以89C51占据了半壁江山。
而Microchip公司的PIC精简指令集合（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEX公司近年的单片机产量与日俱增，与其底价质优的优势，占据一定的市场份额。
此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。
九十年代以后，单片机在结构上采用双CPU或内部流水线，CPU位数有8位、16位、32位，时钟频率高达20MHZ，片内带有PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列PCA、DMA传输、调制解调器等。
芯片向高度集成化、低功耗方向的发展，使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面得到大量应用。
3.常用的单片机系列
1）MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机
2）TI公司的超低功耗Flash型MSP430系列单片机
3）OKI低电压、低功耗单片机
4）ST公司的ST62系列单片机
5）AD公司的带A/D与D/A的转换器的单片机
6）基于ARM核的32位单片机
4.单片机的应用领域
a）单片机在智能仪表中的应用
b）单片机在机电一体化中的应用
c）单片机在实时控制中的应用
d）单片机在分布式多机系统中的应用
e）消费类电子产品控制
f）终端及外部设备控制
二、总体方案设计
1.主要功能
本设计利用AT89C52单片机结合字符型LCD1602显示器设计一个简易的倒数计时器，可以用来当做闹铃、煮饭、烧水等。
做一段倒计时，当计时时间到时，则发出一段音乐通知计时结束。
2.设计要求
A.字符型LCD（16×2）显示器，显示格式为“TIME分分：
秒秒”。
B.用4个按键操作来设置当前想要倒计数的时间。
C.一旦按下键则开始倒计数，当计数为0时，发出一阵音乐声。
D．程序执行后工作指示灯LCD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”。
F．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。
三、最小系统
◆复位电路设计
◆晶振延时局部电路
四、系统硬件分析与设计
1.框图设计
2.系统硬件电路方案选定与设计
◆LCD1602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，我选择了方案二
◆按键控制输入模块，通过按不同按钮，可设置不同的倒计时时间。
3.电路原理图如上图所示
4.元器件
介绍
◆AT89C51芯片图如下图所示：
AT89C51芯片
①简介：
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
②主要特性:
与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：
1000写/擦循环；数据保留时间：
10年；全静态工作：
0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；128×8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。
◆字符型LCD1602如下图所示:
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。
VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样，各引脚符号及其功能表如下表所示：
引脚
符号
功能说明
1
VSS
一般接地
2
VDD
接电源（+5V）
3
V0
液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
4
RS
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
5
R/W
R/W为读写信号线，高电平
（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。
6
E
E（或EN）端为使能（enable）端，下降沿使能。
7
DB0
底4位三态、双向数据总线0位（最低位）
8
DB1
底4位三态、双向数据总线1位
9
DB2
底4位三态、双向数据总线2位
10
DB3
底4位三态、双向数据总线3位
11
DB4
高4位三态、双向数据总线4位
12
DB5
高4位三态、双向数据总线5位
13
DB6
高4位三态、双向数据总线6位
14
DB7
高4位三态、双向数据总线7位（最高位）（也是busyflag）
15
BLA
背光电源正极
16
BLK
背光电源负极
LCD各引脚及其功能表
◆按键控制模块：
按键用于控制数码显示、LCD显示、扬声器等模块的工作。
通过扫描按键是否按下，来设定各模块的工作情况，使各模块可以在按键的控制下，有序地进行工作。
设计中使用单个按键实现单个功能，属于较为简单的控制方式。
在多功能系统设计的试验中我们使用五个按键分别与单片机的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4相连。
通过按下相应的按键来处理相应的程序。
如下图所示：
按键控制模块图
◆其他元器件
五、系统软件程序设计
1.主程序流程图
2.LCD1602显示流程图
LCD显示流程图
3.按键控制流程图
按键流程图
六、实物制作仿真与调试
1.硬件调试
◆硬件调试分为静态调试和动态调试，对于硬件调试而言，只要认真焊接，硬件一般不会出现什么问题的。
静态调试一般采用的工具是万用表，它是在用户系统未工作时的一种硬件检测。
动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排查错误的一种硬件检测。
调试步骤是：
首先把电路分为若干模块，调试过程中与该模块无关的元件可以不加考虑，这样可把故障限定在一定的范围内；故障清除后，把各个模块合在一起进行联调，即可完成整个硬件调试工作。
◆软件调试
软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。
◆软硬件调试
软硬件联调是指把调试无误的软件程序烧制进单片机芯片内部，通上电源后，检查硬件工作是否有预期的效果，如果没有则需要检测软件是否在实现功能上有欠缺。
若有错误，通过改写软件来调试，直至达到预期效果，则设计圆满成功。
本课程设计调试结果如下图所示：
调试结果图
七、总结
通过本次课程设计，我体会到“书到用时方恨少”的道理，从书本上学到的知识对于我们实践来说，是远远不够的。
查阅资料和阅读相关文献是非常重要的。
我们必须学会怎样查找资源，利用资源，整合资源，从资源中获得我们需要的东西。
我们还要更全面地了解单片机的功能，如何应用单片机，各系列单片机的优缺点，适应范围。
遇到不会的内容要虚心向别人请教，但同时不能过分依赖别人，本次课程设计我单人完成的，所以更能锻炼我个人解决问题的能力。
对待任何事情都要有耐心，遇到问题要冷静地思考，不要程序有错误或者硬件调试不成功就急躁，慌乱，仔细地分析问题出在哪里，一步一步解决问题，直至调试成功。
我更深刻的认识到了实践在大学课程中的重要性，书本是实践的基础，学好书本知识，才能更好地应用于实践，而实践反过来又能巩固和检验我们到底学的扎不扎实，
同时我也发觉到了自己在学习方面存在的许多不足之处，在以后的学习中我会努力改进这些不足，不断提高自己的动手实践能力。
参考文献
《单片机应用系统设计技术》基于C51的Proteus仿真张齐
《单片机原理与应用系统设计》基于C51的Proteus仿真实验与解题指导张齐
《音乐倒数计数器》XX文库
《做出一个音乐倒计时器》XX文库
《基于单片机的音乐倒数计时器》道客巴巴论文网站
《单片机原理及接口技术》第三版李朝青
《基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例》蒋辉平周国雄
序号名称型号/参数价格数量备注
1单片机STC89C5161
2液晶屏LCD1602131
3扬声器21
4发光二极管LED-RED0.51
5电阻1K0.251
6电阻2000.251
7电容30PF02
8电解电容10uF01
9晶振12MHz11
10按钮36
11电池盒21
12南孚电池1.5V/5号7.53
13焊锡丝52m
14导线52m
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