【正文】 湖南工業(yè)大學電氣與信息工程學院課程設(shè)計說明書課題：基于單片機多功能音樂鬧鐘的設(shè)計 學 院（部）： 電氣與信息工程學院專 業(yè)： 機電一體化技術(shù) 班 級: 機電0823班 學 號： 08395182309 姓 名： 安 軍 2010年11月第1部分 概述 設(shè)計目的（1）、熟悉集成電路的引腳安排。（2）、掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）、了解硬件電路的焊接方法。（4）、了解音樂鐘的組成及工作原理。（5）、熟悉音樂鐘的設(shè)計與制作。 設(shè)計思路本次設(shè)計音樂鬧鐘電路，使用了AT89S51單片機芯片控制電路，單片機控制電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，使得電路簡明易懂，使用按鍵來調(diào)整時鐘的時、分、秒，設(shè)定鬧鐘和挑選鈴音，用一蜂鳴器來進行定時提醒和播放鈴音，同時使用C語言程序來控制整個時鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四個模塊：按鍵、芯片、蜂鳴器、數(shù)碼管顯示即可滿足設(shè)計要求。 設(shè)計功能說明（1）時間以24小時為一個周期，本設(shè)計采用C語言程序設(shè)計，使單片機控制數(shù)碼管顯示時、分、秒，當秒計數(shù)計滿60時就向分進位，分計滿60后向時進位，小時按“23翻0”規(guī)律計數(shù)。時、分、秒的計數(shù)結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可直接送數(shù)碼管顯示。當計時發(fā)生誤差的時候可以用校時電路進行校正。設(shè)計采用的是時、分、秒顯示，單片機對數(shù)據(jù)進行處理同時在數(shù)碼管上顯示。（2）正常顯示時、分、秒：，鬧鐘顯示：，鈴音欣賞顯示：01；（3）有校時功能，可以分別對時、分秒進行單獨校時，使其校正到標準時間；（4）計時過程具有報時和鬧鈴功能，當時間到達整點進行蜂鳴報時，達到鬧鐘調(diào)定時間播放調(diào)定鬧鐘對應(yīng)音樂（鬧鐘的優(yōu)先級高于整點報時），并顯示當前鬧鐘的序號，鬧鈴音樂可在任意時候強行停止，一共可調(diào)定9個鬧鈴；（5）在正常顯示狀態(tài)下，通過按鍵可以挑選音樂欣賞，在非鬧鈴音樂播放時顯示當前播放音樂的序號，并且能夠在任意時候強行停止音樂，一共有11首音樂可供選擇。（6）為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。第2部分 硬件電路的設(shè)計 復(fù)位電路MCS51單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。上電按鍵復(fù)位：上電復(fù)位電路是—種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。為了調(diào)試方便，我們設(shè)計了按鍵復(fù)位電路，只要在復(fù)位電容上并接一個串電阻的按鍵即可，當按鍵按下時RST引腳高電平，單片機復(fù)位。電路圖如下： 時鐘電路時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設(shè)計用的是內(nèi)部時鐘方式。電路圖如下：MCS51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 按鍵電路 按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在510ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動。本設(shè)計采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。 電路圖如下： （K1）口：表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時位、分位或秒位，按第一下時位閃爍，按第二下分位閃爍，按第三下秒位閃爍，按第四下調(diào)整完畢，回到正常顯示界面。（K4）鍵（按幾下進入第幾個鬧鐘）進入鬧鐘調(diào)整狀態(tài)，用同樣的方法可選擇調(diào)整時和分位。 （K2）口：當在時間或鬧鐘調(diào)整狀態(tài)下按下此鍵后表示數(shù)字“+“鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字加1。 （K3）口：當在時間或鬧鐘調(diào)整狀態(tài)下按下此鍵后表示數(shù)字“”鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字減1。（非整點報時）蜂鳴器發(fā)聲狀態(tài)下按下此鍵為音樂和鬧鈴強行停止鍵。 （K4）口：當功能鍵按一下后此鍵為鬧鐘選擇鍵，按一下鬧鐘序號加一，正常顯示狀態(tài)下按下此鍵為音樂欣賞選擇鍵，按一下?lián)Q一首音樂。 控制響鈴電路。當時鐘當前的時間和設(shè)定鬧鐘時間一致時，相應(yīng)的標志位為1，蜂鳴器電路導(dǎo)通，發(fā)出音樂鈴聲。打鈴一定時間，標志位置0，蜂鳴器停止工作。電路圖如下： 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機接口簡單，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。 LED數(shù)碼顯示器簡介發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。 LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點。 LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法（1）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平時則不點亮。（2）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平時則不點亮。在本設(shè)計中所采用的是共陽極LED數(shù)碼顯示器，其引腳排列如下圖所示：本設(shè)計的6個數(shù)碼管均采用動態(tài)顯示方式，顯示當前的時間。整個顯示電路應(yīng)用了6個三極管V9012，這六位控制數(shù)碼管的片選信號，即控制動態(tài)顯示的是哪一位數(shù)碼管，采用74HC244做段碼驅(qū)動。在片選信號和段選信號的控制下，數(shù)碼管就正確的動態(tài)顯示當前的時間。第3部分 軟件的設(shè)計 軟件程序內(nèi)容本設(shè)計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、鈴音子程序、時鐘顯示程序、延時子程序等等。另外由于電路中有四個按鍵，還另外設(shè)計了去抖動延時處理程序來防止干擾。 程序流程圖NY是否有鍵按下主程序開始定時器初始化，開中斷鬧鐘是否到？Y調(diào)用鬧鈴子程序N調(diào)用按鍵處理程序主程序流程圖進入按鍵功能程序按鍵識別有鍵按下？Y延時去抖等待按鍵釋放返回N 單個按鍵處理程序流程圖1分鐘到？T0中斷服務(wù)程序重置T0初值1s到？秒位+1百分位清0Y百分秒+1Y 分位+1秒位清01小時到？Y小時位+1分位清024小時到？Y小時位清0返回NNNN 24小時的時鐘顯示程序流程圖 按鍵處理K1第2次按下？設(shè)置分K1第3次按下？設(shè)置秒K4被按下？播放鈴音K4再次被按下？播放下一首鈴音K1被按下？K1第1次按下？K4被按下？設(shè)置第1至第9個鬧鐘設(shè)置時鬧鐘時間到？播放該鬧鐘對應(yīng)的歌曲關(guān)閉鬧鐘鈴聲K3被按下？返回按鍵處理程序流程圖參考源程序：includeincludedefine uchar unsigned char define uint unsigned intuchar code font[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf}。 //uchar code tab[]={0xc40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x08,0x03,0x46,0x21,0x06,0x0e}。uint code note_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在此程序中無需設(shè)），4，5，6 相對應(yīng)的定時器初值 {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在此程序中無需設(shè)），4，5，6 相對應(yīng)的定時器初值 {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在此程序中無需設(shè)），4，5，6 相對應(yīng)的定時器初值 }。 uint code song[][67]={/* 0 嘀~(按鍵時的嘀嗒聲)*/ {0x27