基于C51單片機(jī)矩陣鍵盤控制蜂鳴器的應(yīng)用

1、學(xué)校代碼 10126 學(xué)號(hào) 科研創(chuàng)新訓(xùn)練論文題 目 基于C51單片機(jī)的蜂鳴器和流水燈的應(yīng)用 院 系 內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 專業(yè)名稱 自動(dòng)化 年 級(jí) 2013 級(jí) 學(xué)生姓名 高樂 指導(dǎo)教師 高樂奇 2015年06月20日基于C51單片機(jī)的蜂鳴器和流水燈的應(yīng)用摘要當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代，在電子領(lǐng)域尤其是自動(dòng)化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未見的速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說，智能控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。本文介紹了單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用，和基于單片機(jī)的蜂鳴器和流水燈的知識(shí)及應(yīng)用，還介紹了此

2、次我所設(shè)計(jì)的課題。關(guān)鍵詞：C-51單片機(jī)，控制系統(tǒng)，流水燈，蜂鳴器，程序設(shè)計(jì)The application of buzzer and flowing water light based on C51 MCUAuthor:GaoLeTutor:GaoLeQiAbstractThis age is a new technology emerge in endlessly era, in the electronic field especially automation intelligent control field, the traditional schism components or

3、 digital logic circuit, is composed of control system with unprecedented speed was replaced by micro-controller intelligent control system. SCM has small, strong function, low cost, etc, it can be said that wide application, intelligent control and automatic control core is the micro-controller.This

4、 article introduces the MCU development and application,the knowledge and application of buzzer and flowing water light based on MCU,then introduces the task I have designed this time.Keyword:C51 micro-controller,control system,flowing water light,buzzer ,programming目錄第一章 緒論第二章 概述2. 1什么是單片機(jī)22 單片機(jī)的發(fā)展

5、23 單片機(jī)的應(yīng)用第三章 硬件31 單片機(jī)流水燈電路原理圖及工作原理32 單片機(jī)蜂鳴器電路原理圖及工作原理33 STC-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)第四章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第五章 結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)附錄第 14 頁內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院13級(jí)自動(dòng)化專業(yè)科研創(chuàng)新訓(xùn)練論文第一章 緒論 在單片機(jī)的應(yīng)用過程中，單片機(jī)只是應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)核心部件，為把單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，只掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要想構(gòu)成一個(gè)完善的應(yīng)用系統(tǒng)，還要熟悉執(zhí)行機(jī)構(gòu)及硬件接口電路的應(yīng)用特性，同時(shí)，還應(yīng)該掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、印刷電路板的結(jié)構(gòu)布局及軟件的設(shè)計(jì)技巧這些書本上學(xué)不到的知識(shí)，因此為設(shè)計(jì)出完善的應(yīng)用系統(tǒng)，必須在

6、實(shí)際工作中勤于實(shí)踐，逐步積累這方面的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代，在電子領(lǐng)域尤其是自動(dòng)化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未見的速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說，智能控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。目前，一個(gè)學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)的高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。學(xué)習(xí)單片機(jī)的最有效方法就是理論與實(shí)踐并重，介紹了其軟件編程方法。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)課程的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是對(duì)所學(xué)的電子技術(shù)基本理論知識(shí)的綜合運(yùn)用。課程設(shè)計(jì)是根據(jù)某一課題技術(shù)指標(biāo)或邏輯功能的要求，進(jìn)行電路的獨(dú)立設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)安裝和調(diào)

7、試，在實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行電子產(chǎn)品的制作和寫出實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。根據(jù)這次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求，我首先進(jìn)行了整體方案的構(gòu)思，通過在圖書館和上網(wǎng)查閱資料，并分析和比較，選取了一種簡(jiǎn)單而且可行性高的方案。此方案主要由延時(shí)電路、定時(shí)計(jì)數(shù)電路、主控電路、程序譯碼驅(qū)動(dòng)電路等組成。通過查閱有關(guān)書籍、上網(wǎng)和綜合已學(xué)機(jī)以及電子技術(shù)的知識(shí)，并考慮到電路的工作穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)成本低，電路簡(jiǎn)單，功耗低等因素，同時(shí)還留有余地用于電路的功能擴(kuò)展，鑒于此選用了比較常見的元器件來構(gòu)成各單元電路，選取所須的元件后，對(duì)各電路元件的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，然后進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路的安裝和調(diào)試。經(jīng)過幾天緊張的電路安裝和調(diào)試，期間還進(jìn)行了部分方案的的單片修改和改

8、進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和具體要求。第二章       概述2.1什么是單片機(jī) 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。    可以說，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成（如圖1所示）。還有一

9、類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能

10、就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上.2.2單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了中央處理器CPU(Central Processing Unit)、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)、只讀存儲(chǔ)器ROM(Read Only Memory)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種I/O口（Input/Output Ports）的一個(gè)不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)。它具有計(jì)算機(jī)的基本屬性，所以可以稱它為單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。1976年Intel公司推出了第一代8位單片機(jī)的代表產(chǎn)品-MCS-48系列單片機(jī)8048，它將C

11、PU、串行口、定時(shí)器和128BRAM集成在一塊芯片內(nèi)，使用的是NMOS工藝。在MCS-48成功的刺激下，出現(xiàn)了第二代單片機(jī)產(chǎn)品。在第二代單片機(jī)中，IntelMCS-51進(jìn)入中國市場(chǎng)最早，過渡到CMOS工藝的80C51要遲一些。1983年Intel公司推出的MCS-96系列單片機(jī)就是其中的典型代表之一。2.3 單片機(jī)的應(yīng)用在生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的出現(xiàn)。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品小型化、多功能化和智能化，而且抗干擾能力強(qiáng)，可在各種惡劣的環(huán)境下可靠的工作，成本也較低。所以單片機(jī)的應(yīng)用已極為廣泛，它在工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)測(cè)控、智能儀器儀表、家用電器、信息與通信、軍事裝備

12、等方面都在發(fā)揮著“微電腦控制”的作用。較高檔的單片機(jī)都有通信接口，因而為單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備中的應(yīng)用創(chuàng)造了很好的條件。在微波通信、短波通信、載波通信、光纖通信和程控交換等設(shè)備、儀器中都能找到單片機(jī)的應(yīng)用，如通信系統(tǒng)中的監(jiān)控、自適應(yīng)控制系統(tǒng)，頻率合成，聲像處理，數(shù)字濾波，自動(dòng)撥號(hào)無線電話網(wǎng)，自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備及程控調(diào)度電話分機(jī)等。第三章 硬件31 單片機(jī)流水燈電路原理圖及工作原理按照單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與系統(tǒng)配置狀況，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。AT89C51單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BR

13、AM、32根I/O口線、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、2個(gè)全雙工的串行口，具有4.255.50V的電壓工作范圍和024MHz工作頻率，使用AT89C51單片機(jī)時(shí)無須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。因此，本流水燈實(shí)際上就是一個(gè)帶有八個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由AT89C51單片機(jī)、7407單片機(jī)、電阻、發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個(gè)單片機(jī)。其具體的電路原理圖組成如下所示： 單片機(jī)流水燈的電路原理圖從原理圖中可以看出，如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖骄涂梢粤?；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電

14、平變?yōu)榈碗娖?；同理，接在P1.1P1.7口的其他7個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會(huì)一亮一暗的做流水燈了。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們?cè)诳刂贫O管燈亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到“流水”效果了。3.2 單片機(jī)蜂鳴器電路原理圖及工作原理 電磁式蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地

15、振動(dòng)發(fā)聲。33 STC-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 89C51單片機(jī)主要特性： 與MCS-51 兼容 ;4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ;全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ;三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ;128*8位內(nèi)部RAM;32可編程I/O線 ;兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ;5個(gè)中斷源 ;可編程串行通道 ;低功耗的閑置和掉電模式 ;片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路STC-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示: 從上圖可知，它主要由8個(gè)部件通過片內(nèi)總線連接而成。部件有中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）、并行輸入/輸出口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。 STC-51單片

16、機(jī)的封裝有兩種形式，一種是雙列直插式（DIP）封裝的形式，另一種是方形封裝形式。HMOS工藝的8051單片機(jī)采用40引腳的DIP封裝，而CHMOS工藝的單片機(jī)除采用DIP封裝外，還采用方形封裝形式，其中4個(gè)NC為空引腳。采用40引腳DIP封裝的8051單片機(jī)引腳排列如圖1所示。8051單片機(jī)是高性能的單片機(jī)，由于受到引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有兩種功能，我們用斜線加以區(qū)分。 單片機(jī)的管腳除了電源端Vcc、接地端Vss、復(fù)位端RST、晶振接入端的XTAL1、XTAL2及通用I/O口的P1.0-P1.7外，其于的管腳都是為現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。用這些管腳可構(gòu)成單片機(jī)的三總線形式。它們分別是地

17、址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。CPU由運(yùn)算器、控制器和若干特殊功能寄存器（如累加器A、寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW、數(shù)據(jù)指針寄存DPTR等）組成。運(yùn)算器包括算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、位處理器、累加器A、寄存器B、暫存寄存器幾程序狀態(tài)字寄存器PSW等?？刂破魇菃纹瑱C(jī)的神經(jīng)中樞，它是指揮控制部件。所謂程序，就是為了完成某項(xiàng)工作將一系列指令有序的組合，而指令則是要求單片機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。指令分為操作碼和地址碼兩個(gè)部分，操作碼部分規(guī)定了單片機(jī)操作類型，而地址碼部分一般是直接或間接地給出了參與操作的數(shù)據(jù)的存放地址，所以地址碼也可以直接稱之為操作數(shù)。STC-51單片機(jī)存儲(chǔ)器可分為五類，即片內(nèi)程序存儲(chǔ)器

18、、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。STC-51單片機(jī)存儲(chǔ)器的地址空間可分為3個(gè)，在訪問這3個(gè)不同的地址空間時(shí)，采用不同形式的指令。STC-51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有兩個(gè)重要的特點(diǎn)：一是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器截然分開；二是存儲(chǔ)器有內(nèi)、外只分。80C51單片機(jī)有四個(gè)8位的雙向輸入/輸出端口，每個(gè)端口均可按字節(jié)輸入、輸出，也可按位進(jìn)行輸入、輸出，一個(gè)端口占8個(gè)引腳，共占32個(gè)引腳。在每個(gè)端口中都包括有一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。通常把四個(gè)端口籠統(tǒng)地表示為P0、P1、P2、P3。第四章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)研制中工作量最大最重要也是最困

19、難的任務(wù)，它可以分為兩部分:一是用于管理單片機(jī)系統(tǒng)工作的監(jiān)控管理程序；二是用于執(zhí)行完成實(shí)際具體任務(wù)的功能程序。而功能程序通常應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集和處理程序、控制算法實(shí)現(xiàn)程序、人機(jī)聯(lián)系程序和數(shù)據(jù)管理程序。監(jiān)控程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序，它的任務(wù)是：1. 在系統(tǒng)投入運(yùn)行的最初時(shí)刻，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢和初始化。當(dāng)用戶操作鍵盤時(shí)，必須對(duì)鍵盤操作進(jìn)行解釋，調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)，并通過顯示等方式給出執(zhí)行的結(jié)果，即完成處理鍵盤命令的任務(wù)。2. 對(duì)于具有遙控通信接口的單片機(jī)系統(tǒng)，監(jiān)控程序還應(yīng)包括通信解釋程序，即具有處理接口命令的功能。3. 單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)也能被某些預(yù)定的條件觸發(fā)而完

20、成規(guī)定的操作，這類條件中有定時(shí)信號(hào)、外部觸發(fā)信號(hào)等，監(jiān)控程序也應(yīng)考慮處理?xiàng)l件觸發(fā)并完成顯示的功能。 其中本人所設(shè)計(jì)的程序要求為讓蜂鳴器在第1秒響一下，第二秒響兩下，第三秒響三下.直到最后響聲連成一片聽不出間隔，伴隨著流水燈同蜂鳴器有節(jié)奏的一直閃爍，然后以此為循環(huán)繼續(xù)下去，后續(xù)附錄里給出了程序。第五章 結(jié)論 通過這次設(shè)計(jì)我主要了解了單片機(jī)控制流水燈和蜂鳴器的工作原理，使我認(rèn)識(shí)到了單片機(jī)的重要性。在設(shè)計(jì)中，我們可以寫出各種各樣的程序，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看起來更加漂亮。在這次設(shè)計(jì)中，不但使我學(xué)到了許多理論上的知識(shí)，而且還提高了我的動(dòng)手實(shí)踐能力。撰寫論文時(shí)首先要做的就是對(duì)資料的收集，它們主要來自于一些參考文獻(xiàn)

21、和元器件功能的介紹。下一步就是把資料組織成一篇具有邏輯的文章，從整個(gè)論文的撰寫中，使我學(xué)會(huì)了對(duì)資料的組織能力。致謝在這大學(xué)兩年的生活里,要謝謝學(xué)校以及老師們的教育培養(yǎng)，在老師的細(xì)心教導(dǎo)下，我學(xué)到了很多的知識(shí)。這次設(shè)計(jì)能夠完成離不開老師指教和同學(xué)的合作，首先我要感謝我們的指導(dǎo)老師高樂奇老師，您能夠在百忙之中給我指導(dǎo)，耐心解答我的疑難問題如果沒有你的教導(dǎo)我是很難做出來這個(gè)設(shè)計(jì)的。比如電路的分析、元件的選購、調(diào)試等，都是離不開您的耐心的教導(dǎo)。最后，我向所有關(guān)心過我，支持過我的老師，同學(xué)以及朋友表示由衷的感謝。解，這次設(shè)計(jì)使我受益匪淺。參考文獻(xiàn)1徐煜明，韓雁.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2005.1 . 2萬光毅，嚴(yán)義，邢春香單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.4 .3例說51單片機(jī)（C語言版）人民郵電出版社張義和等編著.4單片機(jī)原理及接口技術(shù)清華大學(xué)出版社北京交通大學(xué)出版社梅麗鳳等.551單片機(jī)應(yīng)用從零開始清華大學(xué)社楊欣王玉鳳劉湘黔編著.651單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例中國電力出版社戴佳等編著.751單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解 清華大學(xué)出版社 楊欣,王玉鳳,劉湘黔編著. 附錄一源程序：#inclu