课程设计说明书
课题：基于单片机多功能音乐闹钟的设计
学院（部）：电气与信息工程学院
专业：机电一体化技术
班级: 机电0823班
学号： 0839*******
姓名：安军
2010年11月
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。
2.6.1 LED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。
2.6.2 LED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。
2.6.3 LED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
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code
font[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,
0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf};
//uchar code
tab[]={0xc40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x 00,0x10,0x08,0x03,0x46,0x21,0x06,0x0e};
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
};
uint code song[][67]={
/* 0 嘀~(按键时的嘀嗒声)*/ {0x2701,0x0},
/* 1 茉莉花 */
{0x1304,0x1302,0x1502,0x1602,0x2102,0x2102,0x1602,0x1
504,0x1502,0x1602,0x1507,0x1001,/*
0x1304,0x1302,0x1502,0x1602,0x2102,0x2102,0x1602,0x15
04,0x1502,0x1602,0x1507,0x1001,*/
0x1504,0x1504,0x1504,0x1302,0x1502,0x1604,0x1604,0x15
07,0x1001,
0x1304,0x1202,0x1302,0x1504,0x1302,0x1202,0x1104,0x11
02,0x1202,0x1107,0x1001,
0x1302,0x1202,0x1102,0x1302,0x1204,0x1002,0x1302,0x15
04,0x1602,0x2102,0x1507,0x1001,
0x1202,0x1302,0x1502,0x1202,0x1302,0x1102,0x0602,0x05
07,0x1001,0x0604,0x0602,0x1102,0x1206,0x1302,0x1102,0
x1202,0x1102,0x0602,0x050d,0x0},
/* 2 莫斯科郊外的晚上 */
{0x0602,0x1102,0x1302,0x1102,0x1204,0x1102,0x0702,0x1
304,0x1204,0x0607,0x1001,
0x1102,0x1302,0x1502,0x1502,0x1604,0x1502,0x1402,0x13
07,0x1001, 0x1414,0x1514,0x1702,0x1602,0x1304,
0x1002,0x0704,0x0602,0x1302,0x1202,0x1404,
0x1004,0x1502,0x1402,0x1304,0x1202,0x1102,0x1304,0x12
04,0x060c, 0x0},
/* 3 祝你生日快乐 */
{0x0502,0x0502,0x0604,0x0504,0x1104,0x0708,0x0502, 0x0502,0x0604,0x0504,0x1204,0x1108,0x0502,0x0502,0x15
04,0x1304,0x1104,0x0704,0x0604,0x1402,0x1402,0x1304,0
x1104,0x1204,0x1108,0x0},
/* 4 铃儿响叮当 */ {0x1302,0x1302,0x1303,0x1001, 0x1302,0x1303,0x1001,
0x1302,0x1502,0x1102,0x1202,0x1307,0x1001,
0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1302,0x1302,0x13
02,0x1302,0x1202,0x1202,0x1302,0x1204,0x1503,0x1001,
0x1302,0x1302,0x1303,0x1001, 0x1302,0x1303,0x1001, 0x1302,0x1502,0x1102,0x1202,0x1307,0x1001,
0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1402,0x1302,0x1302,0x13
02,0x1502,0x1502,0x1402,0x1202,0x1108,0x0},
/* 5 喀秋莎 */
{0x0606,0x0702,0x1106,0x0602,0x1102,0x1102,0x0702,0x0
602,0x0704,0x1002,
0x0706,0x1102,0x1206,0x0702,0x1202,0x1202,0x1102,0x07
02,0x0607,0x1001,
0x1304,0x1604,0x1504,0x1602,0x1502,0x1402,0x1402,0x13
02,0x1202,0x1304,0x0604,
0x1002,0x1404,0x1202,0x1306,0x1102,0x0702,0x0302,0x11
02,0x0702,0x0608,0x0},
/* 6 欢乐颂 */
{0x1304,0x1304,0x1404,0x1504,0x1504,0x1404,0x1304, 0x1204,0x1104,0x1104,0x1204,0x1304,0x1306,0x1202,0x12
07,0x1001,
0x1304,0x1304,0x1404,0x1504,0x1504,0x1404,0x1304,0x12
04,0x1104,0x1104,0x1204,0x1304,0x1206,0x1102,0x1107,0
x1001, 0x0},
/* 7 四季歌 */
{0x1304,0x1302,0x1202,0x1104,0x1102,0x0702,0x0604,0x0
604,0x0607,0x1001,
0x1404,0x1402,0x1302,0x1202,0x1102,0x1202,0x1402,0x13
0f,0x1001,
0x1404,0x1402,0x1302,0x1204,0x1202,0x1402,0x1304,0x13
02,0x1102,0x0604,0x0604,0x0704,0x1304,0x1302,0x1102,0
x0702,0x1102,0x060f,0x0},
/* 8 月亮代表我的心 */
{0x150a,0x1302,0x1202,0x1102,0x130f,0x160a,0x1402,0x1
202,0x1102,0x070c,0x1002,0x0502,0x1106,0x1302,0x1506,
0x1102,0x0706,0x1302,0x1504,0x1002,0x1502,0x1606,0x17
02,0x2106,0x1604,0x150a,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0
x1104,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x130
2,0x1206,0x1102,0x0606,0x1201,0x1301,0x120c,0x1002,0x
0502,0x1106,0x1302,0x1506,0x1102,0x0706,0x1302,0x1504
,0x1002,0x1502,0x1606,0x1702,0x2106,0x1604,0x150a,0x1
302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1302,0x0},//0x1202,
0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x1302,0x1206,0x0602,0x07
04,0x1102,011202,0x110c,0x1302,0x1502,0x1306,0x1202,0
x1104,0x1504,0x070c,0x0602,0x0702,0x0606,0x0702,0x060
4,0x0504,0x130c,0x1504,0x1306,0x1202,0x1104,0x1504,0x
070c,0x0602,0x0702,0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x1302
,0x120c,0x1002,0x0502,0x1106,0x1302,0x1506,0x1102,0x0
706,0x1302,0x1504,0x1002,0x1502,0x1606,0x1702,0x2106,
0x1604,0x150a,0x1302,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x13
02,0x1202,0x1106,0x1102,0x1104,0x1202,0x1302,0x1206,0
x0602,0x0704,0x1102,0x1202,0x1104,0x1502,0x1402,0x130
4,0x1202,0x1102,0x1104,0x0702,0x0602,0x0518,0x050f,0x
0},
/* 9 献给爱丽丝 */
{0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x1702,0x2202,0x2
102,0x1604, 0x1002,0x1102,0x1302,0x1602,0x1704,
0x1002,0x1302,0x1512,0x1702,0x2104,
0x1002,0x1302,0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x17
02,0x2202,0x2102,0x1604,
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,
0x1002,0x1002,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x23
02,0x1702,0x2202,0x2102,0x1604,
0x1002,0x1102,0x1302,0x1602,0x1704,
0x1002,0x1302,0x1512,0x1702,0x2104,
0x1002,0x1302,0x2302,0x2212,0x2302,0x2212,0x2302,0x17
02,0x2202,0x2102,0x1604,
0x1002,0x1102,0x1302,0x1602,0x1704,
0x1002,0x1202,0x2102,0x1702,0x1604,0x1004,0x0},
//* 10 小星星，亮晶晶 */
{0x1104,0x1104,0x1504,0x1504,0x1604,0x1604,0x1507,0x1
001,
0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1204,0x1204,0x1107,0x10
01,
0x1504,0x1504,0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1207,0x10
01,
0x1504,0x1504,0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1207,0x10
01,
0x1104,0x1104,0x1504,0x1504,0x1604,0x1604,0x1507,0x10
01,
0x1404,0x1404,0x1304,0x1304,0x1204,0x1204,0x1107,0x10
01, 0x0},
//* 11 Nokia经典铃声 */
{0x2502,0x2402,0x1604,0x1704,0x2302,0x2202,0x1404,0x1
504,0x2202,0x2102,0x1304,0x1504,0x210c,
0x2502,0x2402,0x1604,0x1704,0x2302,0x2202,0x1404,0x15
04,0x2202,0x2102,0x1304,0x1504,0x210c,0x0}
//* 12 两只老虎 */
{0x1104,0x1204,0x1304,0x1104,0x1104,0x1204,0x1304, 0x1104,0x1304,0x1404,0x1508,0x1304,0x1404,0x1508,0x15
02,0x1602,0x1502,0x1402,0x1304,0x1104,0x1502,0x1602,0
x1502,0x1402,0x1304,0x1104,0x1304,0x0504,0x1108,0x130
4,0x0504,0x1108,0x0}
};
sbit key_select=P1^0; //功能键
sbit key_inc=P1^1; // 增大建
sbit key_dec=P1^2; // 减小键
sbit key_alarm_or_song=P1^3; //调闹钟键
sbit buzzer=P0^0;
bit music_break=0;
uchar week=1,hour=12,minute=0,second=0,
alarm_num,display[]={1,2,0,0,0,0},n=0,bit_code=0x0 4,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
uchar
display_music[6]={0x10,0x10,0,0,0x10,0x10},display_al
arm[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
;
uint initial_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
void delay_ms(uint t) //延时1ms
{
uint i,j;
for(i=t;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
void di() //按键发声函数
{
buzzer=0;
delay_ms(100);
buzzer=1;
}
void music(uchar song_number)
{
uchar
i,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
uint note; //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;
basic_note=note/0x100%0x10;
changed_note=note/0x10%0x10;
duration=note%0x10;
if(changed_note==1)
pitch=basic_note+7;
pitch=basic_note;
initial_value=note_value[section][pitch];
if(initial_value!=0)
{
TH1=initial_value/256;
TL1=initial_value%256;
TR1=1;
}
else
TR1=0;
if(key_alarm_or_song==0)
{
delay_ms(10);
if(key_alarm_or_song==0)
break;
}
for(i=duration;i>0;i--) //音符延时函数
delay_ms(125);
note_num++;
note=song[song_number][note_num];
if(key_dec==0) //强行关闭闹钟
{
delay_ms(10);
if(key_dec==0)
{
while(!key_dec);
break;
}
}
}
music_break=0;
TR1=0;
}
void alarm_()
{
for(alarm_num=1;alarm_num<10;alarm_num++) //添加
闹钟时需要修改的地方！！！！！！！！！！
if(hour==alarm[alarm_num][0]&&minute==alarm[alarm_ num][1]&&second==alarm[alarm_num][2])
{
display_alarm[0]=alarm[alarm_num][0]/10;