单片机系统设计与制作技术报告

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1、中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告中国矿业大学徐海学院单片机系统设计与制作技术报告姓 名： 学 号： 班 级： 电气 11 题 目： 音乐播放器设计与制作 任课教师： 2013 年 12 月中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告单片机设计与制作任务书班级 学号 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ： 2013 年 12 月 10 日设计日期：2013 年 12 月 16 日 至 2013 年 12 月 26 日设计题目：音乐播放器设计与制作设计主要内容和完成功能：使用 51 单片机设计一款音乐播放器，并能通过编码程序，下载程序完成播放音乐的功能

2、。教师签字：中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告摘 要AT89S52 单片机设计的一个音乐播放器通过单片机音乐播放器系统设计和研究，对于切实掌握单片机相关知识具有重要的理论和实际意义。这次课程设计的音乐播放器是软件和硬件的结合，不同音符表现形式就是不同频率地声音。通 AT89S52过单片机产生不同的频率的脉冲信号，通过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐优美动听的乐曲。根据节拍给出该音阶持续的时间，最终实现播放简单歌曲的功能。为人们生活的改善提供了可靠，方面，廉价的方法。 单片机 AT89S52 作为硬件核心控制部件，结合三极管作为放大器，数码管构成典型的显示电路

3、，按键作为输入部分以及其他外围设备组成的音乐播放系统。根据音乐演奏控制器所要实现的显示与选曲及音乐产生功能原理，系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。其中，AGAIN 按键具有开启播放曲子和重复播放当前曲子的功能，FORM 按键具有播放前一曲的工能，NEXT 按键具有播放后一曲的功能，RES 键具有播放前一曲的功能。所设计音乐播放器可以播放多首音乐，曲目选择可以由键盘控制，并通过显示器使其显示歌曲序号。设计的音乐演奏控制器是通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音节的声音，再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍。同时设置按钮使所设计的程序能在三到四首

4、歌曲之间进行选曲，设计显示器使其显示歌曲序号。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，使音乐盒的功能更加丰富。中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告目 录1、系统概述单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。 MCS-51 单片机是美国 INTEL 公司

5、于 1980 年推出的产品，与 MCS- 48 单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达 111 条，MCS-51 单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51 系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51 单片机作为代表进行理论基础学习。 MCS-51 系列单片机主要包括 8031、8051 和 8751 等通用产品。DP-51S 单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的 DP 系列单片机仿真实验仪之一，是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试 。 本设计是以 AT89S52 芯片的电路为基

6、础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。歌曲可以自己随意的写进音乐盒中。中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告2、硬件设计 （1）AT89S52 单片机简介AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash

7、允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下

8、，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。（2）引脚VCC : 电源 GND: 地P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动 4 个

9、TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体如下表所示。表 1.1 AT89S52 P1 口第二功能表脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5

10、MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3

11、 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。表 1.2 AT89S52 P3 口第二功能表脚号 第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外部中断 0)P3.3 INT0(外部中断 0)P3.4 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 T1（定时器 1 外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制

12、作技术报告RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。PSEN:外部

13、程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告3、软件设计 （

14、1）要生产音频脉冲,只要算出某一音频的周期(1/频率),然后将此周期除以2,即为半周期的时间.利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的 I/O 反相,然后重复计时此半周期时间再对 I/O 反相,就可在 I/O 脚上得到此频率的脉冲. （2）利用 8051 的内部定时器使用其工作在计数器模式 MODE1 下,改变计数值THO 及 TLO 以产生不同频率的方法. （3）例如频率为 523Hz,其周期 T1/5231912us,因此只要令计数器计时956us/1us956,在每次计数 956 次时将 I/O 反相,就可得到中音 DO (523Hz).计数脉冲值与频率的关系公式如下:

15、NFi2Fr N: 计算值; Fi: 内部计时一次为 1us, 故其频率为 1MHz; （4）其计数值的求法如下:T65536-N65536-Fi2Fr 例如: 设 K65536, F1000000Fi1MHz, 求低音 DO(261Hz)，中音 DO(523Hz)，高音的 DO(1046Hz)的计算值. T65536-N65536-Fi2Fr65536-10000002Fr65536-500000/Fr低音 DO 的 T65536-500000/26263627中音 DO 的 T65536-500000/52364580高音 DO 的 T0=65536-500000/104765059 中国矿业大学徐海学院 2011 级单片机系统设计与制作技术报告（5）C 调各音符频率与计数值 T 的对照表如表 1 所示. （6）每个音符使用 1 个字节,字节的高 4 位代表音符的高低,低 4 位代表音符的节拍,表 2 为节拍与节拍码的对照.如果 1 拍为 0.4 秒,1/4 拍是 0.1 秒,只要设定延迟时间就可求得节拍的时间.假设 1/