畢業(yè)論文--基于單片機的打鈴系統(tǒng)

1、<p><b>　　學用打鈴系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　系 別： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2010 年4月21日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計是以單片機為核心部件的電鈴器的設計，用LED七斷數(shù)碼管作為計時顯示用，用仿真實驗箱的P2.5口去控制音樂的響與斷。首先利用定時器進

3、行定時，使定時器工作于方式一定時50ms，配合軟件計數(shù)器，調(diào)用中斷程序使定時器定時20次以達到定時1s的目的，同時調(diào)用顯示程序，顯示到計時的時間；在每次秒加1的計時過程中，都與規(guī)定的上課（下課）時間作比較，如果相等就對P2.5口置高電平以驅(qū)動響鈴電路，不等則返回。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機；鈴聲；位碼</p><p><b>　　目 錄</b></p

4、><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　目 錄II</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1單片機的發(fā)展與應用2</p><p>　　1.1 單片機的發(fā)展2</p>&

5、lt;p>　　1.2 單片機的應用2</p><p>　　2 總體設計方案4</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)框圖4</b></p><p>　　2.2 顯示控制方案4</p><p>　　2.3 鈴聲控制方案4</p><p><b>　　3 硬件設計6<

6、/b></p><p>　　3.1 單片機型號的選擇6</p><p>　　3.2 單片機附屬電路7</p><p>　　3.3 數(shù)碼管顯示電路8</p><p><b>　　4 軟件設計10</b></p><p>　　4.1 設計思路10</p><p>

7、;　　4.2 主程序模塊10</p><p>　　4.3 鈴聲子程序模塊12</p><p><b>　　致謝16</b></p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著科技的

8、發(fā)展，單片機的出現(xiàn)是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，因為單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。本設計是以AT89C51型單片機為核心的學用打鈴系統(tǒng)。這次設計中，先講敘了單片機單片機的概念，各個階段的發(fā)展應用。本文所涉及的是市場占有率最高的是51系列，本設計后分三大部分，分別是總體方案設計、硬件設計和軟件設計。在這三大部分中，總體方案設計有總體設計及各方案的大致思路；硬件設計由單片機最小應用系

9、統(tǒng)、動態(tài)顯示部分和鈴聲控制原理；軟件設計分為子程序的設計和系統(tǒng)程序。</p><p>　　1單片機的發(fā)展與應用</p><p>　　1.1 單片機的發(fā)展</p><p>　　所謂單片機是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(Center Processing Unit,也即常稱的CPU)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器(ROM)及其他I/O通信口集成在一塊芯片上，

10、構(gòu)成一個最小的計算機系統(tǒng)，特別適用于工業(yè)控制領(lǐng)域，因此又稱為微控器。</p><p>　　單片機誕生于20世紀70年代，單片機的發(fā)展分為4個階段：</p><p>　　第一階段（1974—76年）：單片機初級階段。因為受工藝限制，單片機采用單片的形式而且功能比較簡單。</p><p>　　第二階段（1976—78年）：低性能單片機階段。以Intel公司生產(chǎn)的MCS—

11、—48系列單片機為代表，最大的缺點就是無串行接口，中斷處理比較簡單而且片內(nèi)RAM和ROM容量較小，且尋址范圍不大與4KB。</p><p>　　第三階段（1978—83）高性能單片階段這個階段推出的單片機普遍帶有串行接口。多級中斷系統(tǒng)，16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM，RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　第四階段（1983年至今）8位單

12、片機鞏固發(fā)展以及16位單片機，32 位單片機推出階段。此階段的主要特征是：發(fā)展16位單片機，32位單片機及專用型單片機。</p><p>　　1.2 單片機的應用</p><p>　　單片機的應用非常廣泛，比如以下幾個方面：</p><p>　　在自動化技術(shù)中的應用：例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。</

13、p><p>　　儀器儀表：單片機的使用有助于提高儀器儀表的精度和準確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積，易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化和多功能化方向發(fā)展。</p><p>　　應用電子類產(chǎn)品中的應用：比如，電子游戲、照相機、洗衣機手機、IC卡、汽車電子設備等。</p><p>　　通信技術(shù)、計算機方面的應用：例如，在微波通信、短波、載波、光纖通信、程控交換等通信設備。

14、另如銀行終端，以及計算機外部設備如打印機、硬盤驅(qū)動器、繪圖機、傳真機、復印機等。</p><p>　　現(xiàn)代化的武器裝備：如飛機、軍艦、坦克、導彈、魚雷制導、智能武器設備、航天飛機導航系統(tǒng)。</p><p><b>　　2 總體設計方案</b></p><p><b>　　2.1系統(tǒng)框圖</b></p><

15、;p>　　下圖為電鈴系統(tǒng)的總體設計框圖，如圖2.1所示：</p><p><b>　　圖2.1 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　利用MCS-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器進行定時，該定時使用T0做50ms的定時中斷，確保所顯示時間的準確性。</p><p>　　2.2 顯示控制方案</p><p>　　顯示分為靜態(tài)

16、示和動態(tài)顯示靜態(tài)顯示由于占用較多的接口，在單片機設計中常采用串行擴展來完成。該方案占用接口資源多，顯示亮度由保證，但硬件開銷大，電路復雜，信息刷新速度慢，實用于并行接口資源較少以及對顯示沒有要求的場合。LED動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需占用CPU較多的時間，在該系統(tǒng)中由于單片機除了掃描89C51芯片外沒有太多的實時測控任務，故選用動態(tài)掃描方式。</p><p>　　2.3 鈴聲控制方案</p

17、><p>　　利用MCS-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器進行并配合軟件延時來實現(xiàn)此功能。它和時間的計時控制類似，但為了避免相互影響，鈴聲的控制用T1定時器來完成，當上課鈴（下課鈴）到時，就會在仿真實驗箱的揚聲器接口自動響起所設定的音樂鈴聲。需要指出的是，因為本系統(tǒng)采用的是音樂響鈴方式，需對音譜有一定的了解，下表所示為音階與頻率的關(guān)系如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 音階與頻率的關(guān)系（

18、X為十六進制數(shù)）</p><p>　　通過音階與頻率的關(guān)系可知音階是由不同頻率的方波產(chǎn)生，而方波的頻率是由定時器控制，同時音的節(jié)拍是由延時子程序來完成的；本設計所用的音樂輸出口是單片機實驗箱上的P2.5，當定時器記數(shù)溢出，產(chǎn)生中斷，將P2.5取反，P2.5即輸出不同頻率的脈沖并通過揚聲器發(fā)出不同頻率的音調(diào)。 </p><p><b>　　3 硬件設計</b></

19、p><p>　　3.1 單片機型號的選擇</p><p>　　3.1.1 AT89C51的特點</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-5

20、1指令系統(tǒng)及8051產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，功能強大AT89C51單片機適用于許多較為復雜控制應用場合。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能、CMOS、8位單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51的管腳圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1

21、AT89C51的管腳示意圖</p><p>　　3.1.2 主要管腳介紹</p><p>　　1、P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用。</p><p>　　2、P1口（1腳至8腳）：是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。</p>&l

22、t;p>　　3、P2口（21腳至28腳）：是準雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。</p><p>　　4、P3口（10腳至17腳）：是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。</p><p>　　P3各口的第二功能定義如下所示。</p><p>　　P3.0 - RXD

23、（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 - TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 - INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 - INT1（外部中斷1） </p><p>　　P3.4 - T0（定時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 - T1（定時器1外部輸入） </

24、p><p>　　P3.6 - WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）</p><p>　　P3.7 - RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）</p><p>　　3.2 單片機附屬電路</p><p>　　3.2.1 復位電路</p><p>　　單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如

25、復位后PC＝0000H，使單片機從第—個單元取指令。單片機復位的條件是：必須使RST/Vpd或RST引腳(9)加上持續(xù)兩個機器周期(即24個振蕩周期)的高電平。例如，若時鐘頻率為12MHz，每機器周期為1us，則只需2us以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位。單片機復位電路一般有上電復位電路、手動復位電路和自動復位電路三種。此次設計使用的是手動復位電路,該電路除具有手動復位功能外，同時還具有自動復位功能，在

26、本設計中只需按下圖中的REST鍵，此時電源VCC經(jīng)兩電阻分壓，在REST端產(chǎn)生復位高電平。</p><p>　　3.2.2 晶體振蕩電路</p><p>　　石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。本設計所用的晶體振蕩電路如圖3.2所示。 </p><p>　　圖3.2 晶體振蕩電路</p>

27、<p>　　時鐘周期就是單片機外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時間周期就是（1/12 us），是計算機中最基本的、最小的時間單位。</p><p>　　在一個時鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個最基本的動作。對于某種單片機，若采用了1MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為1us；若采用4MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為250us。由于時鐘脈沖是計算機的基本工作脈沖，它控制著計算機的工作節(jié)奏（使計算機的每一步都統(tǒng)一

28、到它的步調(diào)上來）。顯然，對同一種機型的計算機，時鐘頻率越高，計算機的工作速度就越快。設計中使用到的單片機的時鐘范圍是12MHz或11.0592MHz。</p><p>　　3.3 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　3.3.1 數(shù)碼管簡介</p><p>　　數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符A F及小數(shù)點“

29、83;”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如下圖a所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，它們的結(jié)構(gòu)圖分別如下圖b和c所示：而在本設計中，所用到的是共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　數(shù)碼管外形結(jié)構(gòu) 共陰極數(shù)碼管 共陽極數(shù)碼管</p><p>　　圖3.3 數(shù)碼管圖示</p><p>　　3.3.2 數(shù)碼管工作原理</p&g

30、t;<p>　　采用動態(tài)掃描方式顯示，它是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)因為我們采用的是共陰極數(shù)碼管，下面就對它的工作原理進行介

31、紹。</p><p>　　共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導通并點亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流， 還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。</p><p>　　上面我們

32、已介紹過，將碼管，并送出相應的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。</p><p><b>　　4 軟件設計</b></p><p><b>　　4.1 設計思路</b></p><p>　　軟件部分的設計，主要有主程序、顯示子程序、中斷服務子程序、鈴聲子程序的設計。主程序是對各部分的初始化，它包括地址

33、單元的初始化和定時器T0的初始化；顯示子程序主要是顯示出中斷處理后的結(jié)果，這部分主要用動態(tài)顯示；中斷部分控制的是時間的走時，在這部分設計中我采用的方法是把時、分、秒分別置于地址單元30H~35H中，然后把數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)送入顯示緩沖區(qū)中完成顯示；鈴音子程序主要是完成對音樂的控制；當上課（下課）時間到時，揚聲器端能夠自動發(fā)出一段完整的聲音。</p><p><b>　　4.2 主程序模塊</b>&

34、lt;/p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序主要是對所用地址單元、中斷、和顯示分別進行初始化，然后啟動定時器對時間進行判斷，將此送入地址30H－35H單元中，并調(diào)用顯示程序，同時在時間不斷變化的情況下不停地調(diào)用音樂鈴聲子程序。就如此周而復始的循環(huán)，其流程圖如下頁4.1所示。</p><p><b>　　主程序流程圖如下：</

35、b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　AJMP INTR0</p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　MAIN:MOV 30H,#00H</p>

36、<p>　　MOV 31H,#00H</p><p>　　MOV 32H,#00H</p><p>　　MOV 33H,#00H</p><p>　　MOV 34H,#00H</p><p>　　MOV 35H,#00H</p><p>　　MOV TMOD,#01H</p><p&g

37、t;　　MOV TH0,#3CH</p><p>　　MOV TLO,#B0H</p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>

38、;　　MOV R3,#20</p><p>　　NEXT:LCALL DISPLAY</p><p>　　CJNE 30H,#00H,NEXT</p><p>　　CJNE 31H,#00H,NEXT</p><p>　　CJNE 32H,#00H,NEXT</p><p>　　CJNE 33H,#01H,NEXT&l

39、t;/p><p>　　CJNE 35H,#00H,NEXT1</p><p>　　CJNE 34H,#08H,NEXT2</p><p>　　NEXT2:CJNE 34H,#09H,NEXT</p><p>　　LJMP NEXT9</p><p>　　NEXT1:CJNE 35H,#01H,NEX</p>

40、<p>　　CJNE 34H,#00H,NEXT3</p><p>　　LJMP NEXT9</p><p>　　NEXT3:CJNE 34H,#01H,NEXT4</p><p>　　LJMP NEXT9</p><p>　　NEXT4:CJNE 34H,#02H,NEXT5</p><p>　　LJMP

41、NEXT9</p><p>　　NEXT5:CJNE 34H,#04H,NEXT6</p><p>　　LJMP NEXT9</p><p>　　NEXT6:CJNE 34H,#05H,NEXT7</p><p>　　LJMP NEXT9</p><p>　　NEXT7:CJNE 34H,#06H,NEXT8</

42、p><p>　　LJMP NEXT9</p><p>　　NEXT8:CJNE 34H,#07H,NEXT</p><p>　　NEXT9:LCALL XINAGLING</p><p><b>　　LJMP NEXT</b></p><p>　　4.3 鈴聲子程序模塊</p><

43、p>　　鈴音子程序主要是通過時間完成對音樂的控制；當上課（下課）時間到時，揚聲器端能夠自動發(fā)出一段完整的聲音，此音樂具有改動性，可具體根據(jù)學校情況選組不同的音樂鈴聲，在本設計中采用“生日快樂”作為音樂鈴聲。</p><p><b>　　其程序如下：</b></p><p>　　XIANGLING:MOV TMOD,#10H</p><p>

44、;<b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB ET1</b></p><p>　　START1：MOV 30H,#00H ;</p><p>　　NEXT13:MOV A,30H</p><p>　　MOV DPTR,#TABLE</p><p>

45、;　　MOVC A,@A+DPTR ;查表取音調(diào)和節(jié)拍</p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p>　　JZ END1 ;為零,不進行處理.</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　MOV R5,A ;將節(jié)拍存入R5</p><p><b>

46、;　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ANL A,#0FH JNZ SING ;根據(jù)音調(diào)決定是否演奏.</p><p><b>　　CLR TR1</b></p><p><b>　　LJMP D1<

47、;/b></p><p>　　SING:DEC A</p><p>　　MOV 22H,A ;將音調(diào)存入22H.</p><p><b>　　RL A</b></p><p>　　MOV DPTR,#TABLE1</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;根據(jù)音調(diào)決定定時器初值.&

48、lt;/p><p>　　MOV TH1,A ;放入TH1</p><p><b>　　MOV 21H,A</b></p><p><b>　　MOV A,22H</b></p><p><b>　　RL A</b></p><p><b>　　IN

49、C A</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV TL1,A ;放入TL1</p><p><b>　　MOV 20H,A</b></p><p>　　SETB TR1 ;啟動定時</p><p>　　D1: LCALL DELAY1<

50、/p><p><b>　　INC 30H</b></p><p>　　LJMP NEXT13</p><p>　　END1:CLR TR1</p><p>　　LJMP START1</p><p>　　PUSH ACC ;定時器中斷服務程序</p><p><b&

51、gt;　　PUSH PSW</b></p><p>　　MOV TL1,20H ;重賦初值</p><p>　　MOV TH1,21H</p><p><b>　　CPL P2.5</b></p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><

52、;b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　RETI1</b></p><p>　　DELAY1:MOV R7,#02H ;延時子程序</p><p>　　D2: MOV R4,#187</p><p>　　D3: MOV R3,#248</p><p>　　D

53、4: DJNZ R3,D4</p><p>　　DJNZ R4,D3</p><p>　　DJNZ R7,D2</p><p>　　DJNZ R5,DELAY1</p><p><b>　　RET1</b></p><p>　　TABLE1:DW 64260,64400,64524,64580 ;

54、決定音調(diào)的定時初值. </p><p>　　DW 64684,64777,64820,64898</p><p>　　DW 64968,65030,65058,65110</p><p>　　DW 65157,65178,65217</p><p>　　TABLE:決定音調(diào)和節(jié)拍的表格,不同的歌曲只是此表不同;1</p><

55、;p>　　DB 82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,04H,82H,01H,81H,94H,84H,0C4H,0B4H,04H;2</p><p>　　DB 82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0B4H,0A4H,94H,0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,</p><p>　　DB 0B4H,04H;3</p>&

56、lt;p>　　DB 82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,04H,82H,01H,81H,94H,84H,0C4H,0B4H,04H,;4</p><p>　　DB 82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0B4H,0A4H,94H,0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,</p><p>　　DB 0B4H,04H,00H &l

57、t;/p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本課題在選題及寫作過程中得到xx老師的悉心指導。xx老師多次詢問寫作進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。xx老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時

58、三載，卻終生受益。對老師的感激之情是無法用言語表達的。</p><p>　　感謝輔導員老師、各門代課老師等對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬，向他們表示忠心的感謝！</p><p>　　感謝我的同學、朋友三年來對我學習、生活的關(guān)心和照顧！向他們致敬！</p><p><b>　　參考文獻</b><

59、;/p><p>　　[1] 馬淑華.單片機原理與接口技術(shù).北京：北京郵電大學出版社.2005</p><p>　　[2] 李全利.單片機原理及應用.北京：高等教育出版社.2001</p><p>　　[3] 陳明熒.89C51單片機課程設計實訓教材.北京：清華大學出版社.2004</p><p>　　[4] 劉瑞新.單片機原理及應用教程.北京：機

60、械工業(yè)出版社.2003</p><p>　　[5] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學出版社.2002</p><p>　　[6] 楊西明，朱騏.單片機編程與入門.北京:機械工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[7] 劉和平，劉躍.單片機原理及應用.重慶:重慶大學出版社.2004</p><p>　　[8] 張鑫，華臻

61、.單片機原理及應用.電子工業(yè)出版社.2005.</p><p>　　[9] 楊光友，朱宏輝.單片微型計算機原理及接口技術(shù).水利水電出版社.2002.</p><p>　　[10]楊文龍.單片機原理及應用.西安電子科技大學出版社.1993 </p><p>　　[11]夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設計教程.北京:希望電子工業(yè)出版.2002</p>