簡易電子琴的設(shè)計與實現(xiàn)及簡易計算器-單片機課程設(shè)計

PAGE 單片機課程設(shè)計題目：實現(xiàn)簡易電子琴院（系）：專業(yè)：班級：學(xué)生：學(xué)號：指導(dǎo)教師：20XX年6月26日簡易電子琴的設(shè)計與實現(xiàn)摘要:本次設(shè)計是利用單片機設(shè)計簡易電子琴。其主要功能為：按下不同按鍵，發(fā)出不同1、2、3、4、5、6、7七個音符并且用LED或LCD顯示當前按鍵。選用stm32f103VE，它有8個定時器，部分定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數(shù)的通道和增量編碼器輸入。利用芯片內(nèi)部相關(guān)定時器來輸出PWM，從而來驅(qū)動蜂鳴器。通過讀取外部按鍵輸入的值來相應(yīng)改變定時器相關(guān)寄存器的值，從而來改變PWM的輸出頻率來達到發(fā)出不同音調(diào)。關(guān)鍵詞:STM32f103VE；蜂鳴器；定時器

TheDesignoftheKeyboardAbstract:Thisdesignistheprofessionaldirectionofbiomedicalengineeringdesign.UsingSingleChipMicrocomputertoachieveasimpleKeyboard.Itsmainfunctionis:Whileauserpressthedifferentkeys,itwillmakedifferentsoundsfromthebuzzeranddisplaydifferentnumberswhichcorrespondedtothesounds.Usingstm32f103--C8T6ascontrolchip.Ithas16-bittimers.Someofthemwithupto4IC/OC/PWMorpulsecounter.MakinguseoftheTimerstogeneratedrivingsignal.Byreadingthestateoftheexternalkeytochangethefrequencyofoutput.DifferentfrequencyofthePWMwillcontrolbuzzermakesdifferentsounds.Keywords:STM32f103;signal;Timer

一、設(shè)計目的：通過本次綜合設(shè)計，旨在運用已經(jīng)學(xué)過的知識，根據(jù)題目的要求進行軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試，對在《單片機的原理及應(yīng)用》課程中涉及的芯片結(jié)構(gòu)、控制原理、硬件和編程等方面有一定的感性認識和實踐操作能力。從而加深對本課程知識點的理解，對于設(shè)計能力，調(diào)試能力，以及分析處理問題的能力得到了一定的提高。其目的是讓學(xué)生得到一次進行獨立設(shè)計的工程實踐鍛煉，不僅培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和扎實的實踐技能、良好的工程意識，并在設(shè)計中學(xué)會如何發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實踐問題的技能和方法，將所學(xué)知識綜合應(yīng)用于工程實踐中，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計做好準備。二、控制要求：利用stm32系列單片機設(shè)計簡易電子琴。功能要求：(1)按下不同按鍵，發(fā)出不同1、2、3、4、5、6、7七個音符；(2)用LED或LCD顯示當前按鍵三設(shè)計原理：單片機可以驅(qū)動蜂鳴器或其他揚聲器發(fā)出聲音，可以控制其發(fā)出不同的聲調(diào)，從而連接起來構(gòu)成一個曲子。一般來說，單片機不像其他專業(yè)樂器能奏出各種音色的聲音，單片機的音樂基本上都是單色頻率。1）音調(diào)：在音樂中把C上方的A音定為標準音高，其頻率為f=440Hz,其余音均與之比較。音符do與音符i之間正好相差一個倍頻程，即相差一個八度音。在一個八度音中，有12個半音。只要知道了這12個音符的音高，就可以根據(jù)音符之間的倍頻程關(guān)系得到其他音符基本的音調(diào)頻率。知道了一個音符的頻率之后，編可以讓單片機發(fā)出相應(yīng)的頻率的振蕩信號，從而產(chǎn)生相應(yīng)的音符聲音，常采用的方法是通過單片機的定時器進行定時中斷，在中斷服務(wù)子程序中，將單片機上外界揚聲器的I/O口來回置高電平或低電平，從而讓揚聲器發(fā)出聲音。為了讓單片機發(fā)出不同頻率的音符的聲音，只需將定時器預(yù)置不同的定時值來實現(xiàn)。以標準音高A為例，標準音高的A的頻率f=440Hz,其對應(yīng)周期為T=1/f=2272μs,單片機上定時器的中斷觸發(fā)時間為t=T/2=1136μs，如果單片機外接12MHz的晶振，則F0=12MHz，則標準音高A在單片機定時器工作方式1下定時器高低計數(shù)器的初值為：TH=FBH,TL=90H.2）節(jié)拍：如果規(guī)定一拍的時長為400ms,那么以四分音符為節(jié)拍時，四分音符的時長為400ms,八分音符的時長為200ms，十六分音符的時長為100ms.從而在單片機上可以采用循環(huán)延時的方法來實現(xiàn)控制一個音符唱多長時間。首先要編寫一個精確的基本時長的延時程序，如果以八分音符的時長為基本延時時間，那么對于一個音符，如果它是四分音符，只需調(diào)用四次延時程序，如果它是二分音符，則需要調(diào)用八次延時程序。以此類推。3)演奏音樂的方法：Step1:將樂譜中的每個音符的音調(diào)及節(jié)拍變換成相應(yīng)的音調(diào)參數(shù)和節(jié)拍數(shù)；Step2:將這些參數(shù)做成數(shù)據(jù)表格，存放在存儲器中；Step3:通過按鍵調(diào)用程序去取出一個音符的相關(guān)參數(shù)，播放該音符；Step4:播放完該音符后，等待下一次按鍵調(diào)用程序去取出下一次音符的相關(guān)參數(shù)，再播放音符；Step5:對于演奏音樂，一般將休止符的音調(diào)參數(shù)設(shè)置為FFH,節(jié)拍參數(shù)設(shè)置為00H.蜂鳴器驅(qū)動電路此次設(shè)計選用有源蜂鳴器。有源蜂鳴器的發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)音，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它。單片機的I/O引腳的輸出電流比較小輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路，如圖4-4所示，選用NPN的三極管來達到電流放大的作用。圖1-1蜂鳴器驅(qū)動電路按鍵電路：按鍵都采用了上拉電阻，當按鍵處于不被按下的狀態(tài)時，連接到單片機的一端的輸入信號為高電平，當按鍵按下時，輸入為低電平，如圖4-6所示。圖1-2按鍵電路四設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：利用實驗資源實現(xiàn)簡易電子琴的簡單功能：（1）利用蜂鳴器發(fā)出不通的聲音 (2)使用lcd顯示器來顯示音階輸入的相關(guān)信息 (3)當按下鍵盤相對按鍵，蜂鳴器會發(fā)出相對音階的單音，共有 兩個8度音階(4)至少可以輸入16個單音，可以一起演奏出來(5)演奏時可以按鍵中斷(6)按下音樂播放鍵可以自動播放預(yù)先存在內(nèi)存中的曲子主要技術(shù)指標和要求： (1)充分應(yīng)用已給出的開發(fā)板硬件的資源進行設(shè)計 (2)通過改變占空比產(chǎn)生不同頻率的信號 (3)實現(xiàn)按鍵發(fā)出的相對音階的單音 (4)可以按照已經(jīng)編好的樂譜演奏出相應(yīng)的音樂五單片機控制系統(tǒng)原理：本次課程設(shè)計采用atmel公司stm32f103VE單片機，stm32f103VE是低電壓，高性能的cmos8位單片機，片內(nèi)含8KB的程序存儲器和12B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，其主要功能特性為：兼容MCS51指令系統(tǒng)·32個雙向I/O口·3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷·2個串行中斷·2個外部中斷源·2個讀寫中斷口線·3級加密位·低功耗空閑和耗電模式·軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能等.單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作，在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。單片機的定時控制功能是用時鐘電路和振蕩器完成的，而根據(jù)硬件電路的不同，連接方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本次設(shè)計中采用內(nèi)部時鐘方式。在按鍵中常產(chǎn)生‘毛刺’現(xiàn)象，要消除“毛刺”現(xiàn)象，最常用的方法是即時重復(fù)掃描法，延時法的原理是：‘毛刺’脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾毫秒，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間，所以當單片機檢測到有按鍵動靜后，再延時一段時間（十毫秒到二十毫秒）后再進行判斷此電平是否保持原來的狀態(tài)，如果是，則說明是有效的按鍵按下，否則為無效按鍵。矩陣鍵盤是單片中外部設(shè)備中所使用的排列類似于矩陣的鍵盤組。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。行掃描法:1、判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是:依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。六主程序：主程序的流程圖：開始按鍵是否按下NY去抖動，延時10msN按鍵是否按下Y掃描按鍵位置做一次按鍵處理，播放 相應(yīng)的音符或音樂七、結(jié)束語：通過本次課程設(shè)計，我不僅學(xué)會了對KEIL的應(yīng)用，還加深了對STM32單片機的了解，同時也進一步增強了自己的動手能力。通過本次設(shè)計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎(chǔ)上進行改進，使之功能不斷完善，成為真己的東西。這個設(shè)計過程中，通過在原有的按鍵中斷的基礎(chǔ)上進行了改進，使之具備了電子琴的基本功能。設(shè)計結(jié)果能夠符合題意，成功完成了此次實習(xí)要求，我不只在乎這一結(jié)果，更加在乎的，是這個過程。這個過程中，自己更加注重了一些基礎(chǔ)的理知識的學(xué)習(xí)，很好的把平時課堂上的知識運用到了實際的操作中。同時，軟硬件的結(jié)合調(diào)試也讓自己明白了理論上的很多東西也是需要實際實驗的驗證的。本綜合設(shè)計是讓得到一次進行獨立設(shè)計的工程實踐鍛煉，不僅培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和扎實的實踐技能、良好的工程意識，并在設(shè)計中學(xué)會如何發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實踐問題的技能和方法，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計做好準備。同時在這里也感謝在整個設(shè)計中幫助過我的老師和同學(xué)們。八、參考文獻[1]馮建華,趙亮.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社2004[2]譚浩強.C語言程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社1999[3]《單片機與嵌入式:STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南》[M]北京：機械工業(yè)出版社2013附件：Main.c#include"stm32f10x.h"#include"KEY.h"#include"Beep.h"#include"PWM_OutPut.h"http://intmain(void)//{//uint8_tK;////SysTick_Init();//KeyBoard_Init();//TIM4_GPIO_Config();////Beep_GPIO_Config();////TIM4_PWM_Init();////Beep_do();//while(1)//{////TIM4->CCR3=523;////Delay_us(400);////TIM4->CCR3=578;////Delay_us(400);////TIM4->CCR3=659;////Delay_us(400);////TIM4->CCR3=698;////Delay_us(400);////TIM4->CCR3=784;////Delay_us(400);////TIM4->CCR3=880;////Delay_us(400);////TIM4->CCR3=988;////Delay_us(400);////K=Read_KeyValue();//switch(K)//{//case1://TIM4->CCR3=256;//TIM4_Mode_Config(280);////TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//break;//case2://TIM4->CCR3=288;//TIM4_Mode_Config(10);//TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//Delay_us(10);//TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);//break;//case3://TIM4->CCR3=320;////TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//break;//case4://TIM4->CCR3=341;////TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//break;//case5://TIM4->CCR3=384;////TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//break;//case6://TIM4->CCR3=426;////TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//break;//case7://TIM4->CCR3=480;////TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//break;//case8://TIM4->CCR3=512;////TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//break;//}////if(K==0)////{////TIM4->CCR3=0;////}//}////addyourcodehere//}intmain(void){TIM_SetAutoreload(TIM2,1); TIM4_GPIO_Config(); NVIC_Configuration();TIM4_Mode_Config();KeyBoard_Init(); while(1) {//// TIM_SetAutoreload(TIM2,7);// if(keyvalue()==0)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,0);}// if(keyvalue()==1)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,120);}// elseif(keyvalue()==2)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,110);}// elseif(keyvalue()==3)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,100);}// elseif(keyvalue()==4)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,90);}// elseif(keyvalue()==5)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,80);}// elseif(keyvalue()==6)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,70);}// elseif(keyvalue()==7)// {TIM_SetAutoreload(TIM2,60);}switch(Read_KeyValue()) { case(0):TIM_SetAutoreload(TIM4,0); break; case(1):TIM_SetAutoreload(TIM4,3800); break; case(2):TIM_SetAutoreload(TIM4,3450); break; case(3):TIM_SetAutoreload(TIM4,3100); break; case(4):TIM_SetAutoreload(TIM4,2750); break; case(5):TIM_SetAutoreload(TIM4,2400); break; case(6):TIM_SetAutoreload(TIM4,2050); break;case(7):TIM_SetAutoreload(TIM4,1700); break; case(8):TIM_SetAutoreload(TIM4,1350); break; 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}}PWM.c#include"PWM_OutPut.h"http://staticvoidTIM4_GPIO_Config(void)voidTIM4_GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);}voidNVIC_Configuration(void){NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}//staticuint16_tTIM4_Mode_Config(uint16_ta)voidTIM4_Mode_Config(void){TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=36-1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure);TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;TIM_OC3Init(TIM4,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC3PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Enable);TIM_ARRPreloadConfig(TIM4,ENABLE);TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//Delay_us(10);//TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);}//voidTIM4_PWM_Init(void)//{//TIM4_GPIO_Config();//TIM4_Mode_Config();//}信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計說明書課程名稱：單片機應(yīng)用課程設(shè)計題目：簡易計算器專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：21指導(dǎo)教師：設(shè)計周數(shù)：二周設(shè)計成績：目錄1、課程設(shè)計目的2、課程設(shè)計任務(wù)2.1設(shè)計題目2.2設(shè)計小組成員2.3原始數(shù)據(jù)及主要任務(wù)2.4技術(shù)要求3、課程設(shè)計內(nèi)容3.1方案設(shè)計3.1.1單元電路設(shè)計3.2.13.2.23.2.33.2.4系統(tǒng)調(diào)試3.4系統(tǒng)設(shè)計3.5程序流程圖3.6系統(tǒng)實施1、課程設(shè)計目的1.1用單片機課程及已學(xué)電子電路知識設(shè)計一簡易時鐘顯示裝置，包括電路圖的設(shè)計和制版等。1.2通過課程設(shè)計加深對單片機課程的相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和理解。1.3初步學(xué)會一些設(shè)計思想和實踐技能。提高學(xué)生綜合素質(zhì)。1.4讓學(xué)生從設(shè)計過程中領(lǐng)悟到相互合作的重要性。2、課程設(shè)計任務(wù)2.1設(shè)計題目：簡易數(shù)字計算器設(shè)計2.2設(shè)計小組成員：魏昌磊，張錦超，常源月，吳坤書2．3原始數(shù)據(jù)及任務(wù)設(shè)計并制作出一個以單片為核心的電子鎖系統(tǒng)：1、確定總體設(shè)計方案；2、設(shè)計鍵盤輸入電路；3、設(shè)計顯示電路；4、合理分配地址，編寫系統(tǒng)程序；5、利用protel設(shè)計硬件電路原理圖和PCB圖；6、軟硬件聯(lián)機調(diào)試2.4技術(shù)要求設(shè)計一個以MCS-51單片機為核心的簡易計算器系統(tǒng)。能夠進行兩位數(shù)的簡單的加、減、乘、除運算，且具備清零功能。十個數(shù)字鍵，六個功能鍵。進行除法運算時，小數(shù)點保留2位顯示。如果除數(shù)為零，擇清零顯示，蜂鳴器響，當按下任意鍵后，蜂鳴器停止。課擴展計算連續(xù)功能，數(shù)據(jù)溢出清0顯示，蜂鳴器響，按下任意鍵后，蜂鳴停止。3、課程設(shè)計內(nèi)容3.1方案設(shè)計3.1.1STC90C52AD是由宏晶公司生產(chǎn)的高性能八位單片機。如圖一所示。該芯片采用FLASH存儲技術(shù)，內(nèi)部具有8KB字節(jié)快閃存存儲器，采用DIP封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用最為普及的單片機。STC90C52AD可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于8K，四個I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，圖一適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍（2.7V~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz～24MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。STC90C52AD芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。STC90C52AD單片機為40引腳芯片如圖一所示，在本設(shè)計中，主要用到P0口、P2口、P1.0口及P3.0、P3.1、P3.2口。P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻，所以在設(shè)計顯示數(shù)碼管我們避免了使用P0口這樣大大簡化了動態(tài)顯示電路。P1口：8位、雙向I/0口，內(nèi)部含有上拉電阻。P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅(qū)動四個TTL負載；用作輸入時，先將引腳置1，由片內(nèi)上拉電阻將其抬到高電平。P1口的引腳可由外部負載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。在FLASH并行編程和校驗時，P1口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和效驗時，P1.5/MO-SI,P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口用做輸出口時，可驅(qū)動4各TTL負載；用做輸入口時，先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。若負載為低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向外部輸出電流。在FLASH并行編程和校驗時，P2口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號。P3口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向口。P3口用做輸出口時，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時，首先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻抬位高電平。若外部的負載是低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向輸出電流。在本設(shè)計中，P3口作為時間設(shè)置的4按鍵輸入，因為有上拉電阻，所以可以通過按鍵直接接地，簡化了電路。在與FLASH并行編程和校驗時，P3口可輸入某些控制信號。P3口除了通用I/O口功能外，還有替代功能如表1所示。表1P3口的第二功能端口引腳各個功能P3.0RXD(串行口輸入端)P3.1TXD(串行口輸出端)P3.2INT0(外部中斷0請求輸入端，低電平有效)P3.3INT1(外部中斷1請求輸入端，低電平有效)P3.4T0(定時/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端)P3.5T1(定時/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效)單片機使用宏晶公司支持串口下載程序（ISP）的單片機，為STC90C52AD課程設(shè)計配發(fā)的小電路板（ISP-MCUBasiccircuit）電路原理圖見下圖。該板作為課程設(shè)計的核心電路板使用，板上有單片機及附屬電路，RS-232通信驅(qū)動電路，高低電平測試電路等。課程設(shè)計電路中需要的其他電路在此基礎(chǔ)上擴展，通過插孔連接。課程設(shè)計配發(fā)的小電路板（ISP-MCUBasiccircuit）電路原理圖見下圖。擴展電路在萬用板上制作用四位數(shù)碼管顯示小時與分鐘，中間那個點用來區(qū)分小時與分鐘；每秒用一個LED閃爍一下；用了4個按鍵，一個是選擇鍵，一個是加鍵，一個是減鍵，一個是確認鍵。時間要精確，整點報時，聲音間隔1秒，并且可以調(diào)整時間調(diào)整位閃爍提示。擴展電路用到得器件：共十六個按鍵：十個數(shù)字鍵，一個是加鍵，一個是減鍵，一個是除鍵，一個乘鍵，一個等鍵，一個清零鍵；六個DPY7-SEGDP共陽極動態(tài)LED；六個PNP三極管；十四個330歐姆和兩個470歐的電阻；導(dǎo)線。每各引腳可吸收8各TTL的灌電流。作為輸入時，首先應(yīng)將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時的低8位地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用線。在該模式下，P0口含有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù)；在編程效驗時，P0口輸出代碼字節(jié)數(shù)據(jù)(需要外接上拉電阻)。標識符器件名稱規(guī)格型號數(shù)量標識符器件名稱規(guī)格型號數(shù)量U1單片機STC90C52AD1C11C12瓷片電容22p或30p2U2RS232驅(qū)動MAX2321C13-C17獨石電容0.22uF(224)5J1-J4,CRY

LstsHsts接線插孔座排母86針C1C2電解電容1.0uF/50V2C3C4C電解電容10uF/50V3CRY晶體諧振器6MHz1C5-C8電解電容47uF(22uF)4High,Low,PS發(fā)光二極管φ33JPS接線端子電源用1R1金屬膜電阻200Ω1RST按鈕小（0.2×0.3）1R0金屬膜電阻6.8K1JDBDB9插座DB9針形座1R2R3R4金屬膜電阻3.3K3U1DIP插座DIP401R9金屬膜電阻1M1U2DIP插座DIP1613.1.2蜂鳴器二極管報警電路蜂鳴器二極管報警電路1時鐘電路STC90C52AD單片機4x4功能鍵盤電路動態(tài)顯示電路動態(tài)顯示控制電路采用單片機的TO定時器，使其工作在方式1，產(chǎn)生一個100ms定時中斷，循環(huán)10次，到1s時，秒加1；秒到60時，分加1，秒清零；分到60時，秒清零，分清零。數(shù)碼管采用動態(tài)顯示，一個掃描周期共循環(huán)四次，依次顯示秒的低位、秒的高位、分的低位、分的高位，每次顯示延時4ms。這期間要將不同的數(shù)送到P1口，以及將P2口的不同位置1。調(diào)節(jié)時，調(diào)用相應(yīng)的子程序，來完成功能。3.2單元電路設(shè)計3.2.1數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃＂a，b，c，d，e，f，g，dp＂的同名端連在一起，如圖三所示。圖二3.2.52單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。

在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。圖三

圖中，電容器Col，C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MH2，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘情號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。3.2.3蜂鳴器電路單元如圖四所示圖四3.2.4如圖五所示另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個圖五數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms。3.2.5如圖六所示功能分配如圖七所示圖六圖七3.3系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試時可先檢查印制板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無誤后可通電檢查LED顯示器的點亮狀況。若亮度不理想，可以調(diào)整P1口的電阻大小，一般情況下取200Ω電阻即可獲得滿意的亮度效果。實驗室制作時，可結(jié)合示波器測試晶振及P1,P2端口的波形情況進行綜合硬件測試分析。硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用DVCC實驗與開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。靜態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值第四步：聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。動態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。可以利用仿真器加以調(diào)試，對系統(tǒng)單個單元進行調(diào)試，當單元電路成功后，在對整個程序調(diào)試，最后在用CPU芯片調(diào)試。3.4系統(tǒng)設(shè)計要用到實現(xiàn)要求的功能，需要16個鍵，09，+，-，*，/,清零鍵考慮到要有兩位小數(shù)顯示，至少需要4個七段數(shù)碼管，但設(shè)計時應(yīng)用了六個數(shù)碼管，倒數(shù)第二位小數(shù)點直接接地，一直顯示小數(shù)點亮。3.5程序流程圖如圖3.6系統(tǒng)實施根據(jù)原理圖列寫原件清單，領(lǐng)取所需的元件，板子和工具（烙鐵，鉗子，萬用表，螺絲刀，剪刀），去試驗臺焊電路板。焊完板子，通過軟硬結(jié)合的方式對電路板進行硬件調(diào)試，硬件沒錯誤之后，開始進行軟件編程，直到整個功能實現(xiàn)，并進行優(yōu)化。4.總結(jié)通過這兩周的課程設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了數(shù)字鐘的工作原理和設(shè)計理念，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，我進一步熟悉了單片機芯片的硬件結(jié)構(gòu)和各引腳的功能，以及其他芯片如CD4511、數(shù)碼管的工作原理和使用方法，鞏固和加強了理論知識。這次課程設(shè)計給我的最大感受就是僅僅學(xué)理論知識是不夠的，必須將理論知識和實踐結(jié)合起來，在實踐中應(yīng)用理論知識，從而使其得到更深刻的理解和鞏固，來提高自己的實際運用能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到了重重困難，不過經(jīng)過老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，很多問題都解決了。最困難的就是調(diào)試調(diào)試程序，剛開始程序總是不能滿足要求，不過經(jīng)過多次更改，最后終于成功了。不過在硬件上，數(shù)碼管顯示不是令人很滿意，可能是焊接的原因，多次查找也沒能解決，這方面還需要多多練習(xí)。設(shè)計是一個團隊的任務(wù)，我們在一起工作很愉快，互相幫助，互相學(xué)習(xí)。我感覺我和同學(xué)們的關(guān)系更近了。團結(jié)協(xié)作是成功的一項非常重要的保證，而這次課程設(shè)計也正好鍛煉了這一點，這也是非常寶貴的。設(shè)計中的很多問題都是老師在老師辛勤、耐心的指導(dǎo)下完成的，同時，我們也從老師身上學(xué)到了很多知識，在此表示感謝！C語言程序://51單片機4*4鍵盤簡單計算器程序#include<reg52.h>unsignedcharcodetab[16]={0xfd,0xb7,0x0d,0x25,0xb1, 0x61,0x40,0x37,0x00,0x20, 0xa0,0x83,0xa7,0xa1,0x84, 0x8e};//段選碼表unsignedintvalue1,value2,result;intkeyt,key1,tempkey,s;sbitP0.0=P1^0;sbitP0.1=P1^1;sbitP0.2=P1^2;sbitP0.3=P1^3;voiddelay(unsignedintz)//延時函數(shù){ unsignedintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}intgetkey()//掃描鍵盤并獲得鍵值{intkey=0; P2=0xff; if(P2!=0xff) delay(5); while(P2!=0xff) //行掃描有低電平信號出現(xiàn) { switch(P2) //則在P2口全輸出高電平的情況下進行列掃描 { case0xfe:key=7;break; //得出鍵值 case0xfd:key=8;break; case0xfb:key=9;break; case0xf7:key=14;break; } } if(key)return(key); P2=0xff; while(P2!=0xff) { switch(P2) { case0xfe:key=4;break; case0xfd:key=5;break; case0xfb:key=6;break; case0xf7:key=13;break;