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1、 单片机课程设计单片机课程设计基于基于 STC89C52STC89C52 单片机音乐盒设计单片机音乐盒设计2012 年 5 月目目 录录1 设计任务-12 基本原理及总体方案框图- -1 2.1 硬件组成部分- - - - - -12.2 总体设计方案-1 3 单元电路的设计和元件的选择-23.1 STC89C52 单片机芯片-2 3.2晶振电路模块-4 3.3 复位按键模块- 6 3.4 放大模块- 8 3.5 发声模块-9 4 总体原理图-106. 总结及心得体会-147 元件清单-148 参考文献-159 附录-基于基于 STC89C52STC89C52 单片机音乐盒设计单片机音乐盒设计
2、1 1 设计任务设计任务(1)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，从而演乐曲。(2)可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一曲，下一曲。2 2 基本原理及总体方案框图基本原理及总体方案框图2.1 硬件组成部分单片机音乐播放器系统总体设计由五个部分构成：晶振电路模块、复位电路模块、ST89C52 单片机、发声模块以及按键模块。其中五个模块连接在AT89C52 单片机上构成一个完整的系统。如图 2-1 所示。图 2-1 单片机音乐播放器系统原理图2.2 总体设计方案音乐作为一种物理现象，是由于物体振动而产生的，振动产生的声波作用于人耳，听觉系统将神经冲动传达给大脑，进而产
3、生听觉。人耳能听到的声音频率大约在 1120000Hz，而音乐使用的音一般在 274100Hz。乐音体系中各音级的名称叫做音名，被广泛采用的是 C D E F G A B （do re mi fa so la si 则多用于歌唱，称为唱名） 。乐音体系中音高关系的最小计量单位叫做半音，两个半音构成一个全音。乐音中有几十个高低不同的音，但是最基本只有这七个音，其他高、低音名都是在这个基础上变化出来的。乐谱表上用来表示正在进行的音的长短的符号，叫做音符。不同的音符代表不同的长度。音符有以下几种：全音符、二分音符、四分音符、八分音符、复位电路模块晶振电路模块 按键模块放大模块发声模块 单片机十六分音
4、符、三十二分音符、六十四分音符。此外，还有附点音符，它就是指带附点的音符，所谓附点就是记在音符右边的小圆点，表示增加前面音符时值的一半。音持续的长短即时值,一般用拍数表示,休止符表示暂停发音。一首音乐就是由许多不同的音符组成的，而每一个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以拍数对应的延时来构成不同的音乐。2.2.1 音频脉冲和音乐节拍的实现（1） 音频脉冲的产生音乐的产生需要不同频率的音频脉冲，对于单片机而言，可以利用它的定时/计数器产生这样的方波频率信号。在本设计中，单片机工作在 12MHz 时钟频率下，其时钟周期为 1us，因此可以利用 ST89C52 的内部定时/计数
5、器 T0，使其工作模式为 1，根据对应音符的不同频率求出计数器的初值 T（即是 TH0 和 TL0的值） ，则 TH0=T/256，TL0=T%256。C 调各音符频率与计数值 T 的对照如下表 2-1 所示。表 2-1 C 调各音符频率与计数值 T 的对照表音符频率(Hz)简谱码(T)音符频率(Hz)简谱码(T)低 1D026263628#4FA#74064860#1D0#27763731中 5SO74864898低 2RE29463835#5S0#83164934#2RE#31163928中 6LA88064968低 3M33064021#6LA#93264994低 4FA34964103
6、中 7S198865030#4FA#37064185高 1DO104665058低 5SO39264260#DO#110965085#5S0#41564331高 2RE117565110低 6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高 3M131865157低 7S149464524高 4FA139765178中 1DO52364580#4FA#148065198#1D0#55464633高 5SO156865217中 2RE57864684#5SO#166165235#2RE#62264723高 6LA176065252中 3M65964777#6LA#18
7、6565268中 4FA69864820高 7SI196765283(2) 音乐节拍的产生节拍是指音乐持续的长短，是除音符之外音乐的另一关键组成部分，在单片机系统中可以通过延时来实现。如果 1/4 拍的延时设为 0.2s，则 1 拍的时间为 0.8s，依次类推，可以求出其余节拍的值，节拍的延时时间与音乐的曲调值有相对应的关系，下面为不同曲调下的 1/4 和 1/8 节拍的时间设定，如下表 2-2 所示。表 2-2 不同曲调下 1/4 和 1/8 节拍的延时表曲调值(1/8 节拍) delay(ms)曲调值(1/4 节拍)delay(ms)调 4/462调 4/4125调 3/494调 3/41
8、87调 2/4125调 2/4250(1)要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期(1/音频),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 口反相,就可在 I/O 脚上得到此频率的脉冲(2)利用 8051 的内部定时器使其工作在计数器模式 MODE1 下,改变记数值TH0 及 TL0 以产生不同频率的方法。例如频率为 523HZ,其周期 T=1/523=1912 微秒,因此只要令计数器定时 956/1=956 在每记数 9 次时将 I/O 口反相,就可得到中音 D0(523HZ)。记数脉冲值
9、与频率的关系公式如下：N=Fi/2/Fr N：记数值Fi：内部计时一次为 1 微秒故其频率为 1MHZFr；要产生的频率(3)：起记数值的求法如下：T65536N65536Fi2Fr例如：设 K65536，FFi1MHZ，求低音 D0（523HZ） ，高音的D0（1046HZ）的记数值。T65536N65536Fi2Fr655362Fr65536Fr低音 D0 的 T6553626263627中音 D0 的 T6553652364580低音 D0 的 T655361047650593 3 单元电路的设计和元件的选择单元电路的设计和元件的选择3.13.1 STC89C52STC89C52 单片机
10、芯片单片机芯片3.1.1 概述 STC89C52 是一款低功耗、高性能 CMOS 的 8 位微控制器，芯片采用 Atmel 公司的高密 度、非易失性存储器技术制造，兼容标准的 MCS-51 指令系统及 8051 引脚结构。STC89C52 具有：8kB Flash，256 字节 RAM，32 位双向 I/O 口线，看门狗（WDT）定时器，2 个数据 指针，2 个 16 位可编程定时器/计数器，1 个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内时 钟振荡器。另外，STC89C52 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 暂停工作，允许 RAM、定时器
11、/计数器、串口、中断系统继续工作。掉电保 护模式下冻结振荡器但保存 RAM 中的数据，单片机部分停止工作，直到下一个中断或硬件 复位为止。 STC89C52 的工作电压是 4.55.5V，时钟频率可以在 033MHz 范围内选择，采用 PDIP、TQFP 和 PLCC 三种封装形式。实习采用较易焊接的 PDIP 封装形式，封装引脚分布和 外形见图(1)。外形的封装尺寸物理参数见表（1）3-1STC89C52的 PDIP-40 封装表（表（1 1） AT89S52AT89S52 PDIPPDIP 封装尺寸（封装尺寸（mmmm）符号最小值最大值符号最小值最大值A-4.826B11.0411.651
12、A10.381-L3.0483.556D52.07052.578C0.2030.381E15.24015.875eB15.49417.526E113.46213.970e2.540 典型值B0.3560.559 3.1.2 引脚介绍 采用 PDIP 封装的 STC89C52 有 40 个引脚，下面就对各个引脚的功能进行详细介绍。VCCVCC：电源 GNDGND：地 P0.0P0.0P0.7P0.7：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，引脚端用作高阻抗输入。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
13、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。程序校验时，需要外部上拉电 阻。 P1.0P1.0P1.7P1.7：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 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，被外部拉低的引脚端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（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发 输入（P1.1/T2EX），具体如表（3）所示。在Flash编程和校验时，P
14、1口接收低8位地址字 节。表（表（3 3） P1P1 口引脚端第二功能口引脚端第二功能引脚端第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2.0P2.0P2.7P2.7：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。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址 （如MOVX RI）访问外部数据存储器
