《单片机数字音乐盒》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机数字音乐盒（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1、设计任务：设计一款基于AT89C51单片机的数字音乐盒。2、设计要求：（1）利用单片机的I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。（2）共有10首音乐，每首乐曲都由相应的按键控制，并有开关键、暂停键、上一曲及下一曲控制键；（3）利用LCD液晶显示歌曲的序号、播放时间，开机时显示英文欢迎提示字符。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。另外, AT89C51的指令系统和引脚与8051完全兼容,片内有128B 的RAM、32条I/O口线、2个16位定时计数器、5个中断源、一个全双工串行口等。在该设计中利用单片机I/O口产生一定频率的方波，
2、驱动蜂鸣器，发出各种不同的音调，从而演奏乐曲，并能够由LCD显示信息。键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。本设计采用4*4键盘，16*2 LCD，七段显示数码管LED。在开机按钮按下时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称）。在演奏过程中可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。2总体方案论证与设计本设计是基于单片机的数字音乐盒设计,由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机电子数字音乐盒。要求利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调并采用LCD显示信息，从而演奏乐曲，开机时有英文欢迎
3、提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称），可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。本设计采用4*4键盘，16*2 LCD。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1 单片机的选取首先选择单片机中最为普遍的MCS51系列。其中AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C2051单片机可应用于许多高性价比的应用场合
4、。主要性能：l MCS-51产品兼容；l 2KB可重编程FLASH存储器（1000次）；l 2.7-6V电压范围；l 全静态工作：0Hz-24KHzl 2级程序存储器保密锁定l 128*8位内部RAMl 15条可编程I/O线l 两个16位定时器/计数器l 6个中断源l 可编程串行通道l 高精度电压比较器（P1.0，P1.1，P3.6）l 直接驱动LED的输出端口由于完成核心功能音频输出只需一个I/O口，并且额外功能LED移位显示可根据所选单片机的剩余I/O口进行设计，因此AT89C2051足以满足基本要求。其20个引脚体积小巧，内部2k字节的程序存储器容量适中，低压低频工作条件，并且价格低廉容
5、易购得。综上，本次设计选择AT89C2051单片机。2.2系统总体结构框图电源电路复位电路LED液晶显示晶振电路4*4按键矩阵电路蜂鸣器电路AT89C51单片机3系统硬件设计本设计中用到了AT89C51单片机，4*4键盘，蜂鸣器，16*2 LCD等硬件电路常用元器件。3.1 AT89C51 芯片功能和硬件连接AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种
6、高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.1.1主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 3.1.2 管脚说明（如图3.1）： 图3.1VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义
7、为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这
8、是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串
9、行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用
10、作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESE
11、T；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.3 芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工
12、作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.2 键盘 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。3.2.1键盘输入的特点键盘实质上是一级按键开关的集合。通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。3.2.2按键的确认键的闭合与否，反映在行线输出电压上就呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动的影响。按键输入电路由4*4矩阵键盘组成， P1口作为输入控制按键，其中
13、P1.0P1.3扫描行，P1.4P1.7扫描列。3.2.3如何消除按键的抖动采用软件来消除按键抖动的基本思想是：在一次检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时10MS的子程序后，确认该行线电平是不否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认为该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时10MS的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。3.4 音频输出部分整个输出部分由一个蜂鸣器/喇叭组成，原理图如右图所示：用P3.7口控制蜂鸣器。输出显示电路如图所示：3.5 整体硬件电路如图3.5所示：图3.5 音乐盒硬件电路原理图3.5.1 原理说明：当键盘有键按
14、下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1，显示乐曲播放的时间，并驱动LCD,显示歌曲号及播放时间。1）硬件电路中用P1.0P1.7控制按键，其中P1.0P1.3扫描行，P1.4P1.7扫描列；2）用P2.0P2.2作为LCD的RS、R/W、E的控制信号；3）用P0.0P0.7作为LCD的D0D7的控制信号；4）用P3.7口控制蜂鸣器；5）电路为12MHz晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。 3.5.2 键盘按键 键盘按键分布如下：0123456789ABCDEF按键功能说明：1A十首歌曲C下一首歌曲D上一首歌曲E暂停F开机画面4系统软件设计4.1 主模块的设计主模块是系统软件的主框架。结构化程序设计一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式，“自上而下”法的核心就是主框架的构建。它的合理与否关系到程序最终的功能的多少和性能的好坏。本系统的主模块的程序框图如下图6所示：4.2 外部中断源系统设计在本设计中中断源是采用外部中断0方式，其入口地址是0003H。其中断响应级别最高。（1）定时器/计数器工作方式寄存器TMOD用于选择定时器/计数器的工作方式和工作模式。其格式如下表4.1：TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEM1M0GATEM1M0T1
