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1、目目 录录1 1 概述概述.3 2 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计.5 2.1 系统构成.5 2.1.1 AT89C51 单片机简介 .5 2.1.2 LED 显示器 .7 2.1.3 键盘.8 2.1.4 系统复位电路的设计.9 2.1.5 时钟电路模块.92.2 硬件电路端口分配 .10 3 3 软件设计软件设计.11 3.1 主模块的设计.11 3.2 外部中断源系统设计.12 3.3 基本显示模块设计.13 3.4 系统初始化程序.13 4 4 ProteusProteus 软件仿真软件仿真 .14 5 5 课程设计体会课程设计体会 .16 参考文献参考文献.17 附
2、附 1 1：源程序代码：源程序代码 .18 附附 2 2：系统原理图：系统原理图 .281 1 概述概述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（最少三首乐曲，每首不少于 30 秒），开机时有英文欢迎提示字符，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，七段显示数码管 LED。课设准备中根据具体的要求，查找资料，然后按要求根据已学过
3、的时钟程序编写定时闹钟的程序，依据程序利用 proteus 软件进行了仿真试验，对出现的问题进行分析和反复修改源程序，最终得到正确并符合要求的结果。2 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计2.1 系统构成2.1.1 AT89C51 单片机简介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 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控
4、制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。（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 （2）管脚说明（如图 1）： 图 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
5、被定义为数据/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
6、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
7、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
8、。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
9、 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 RESET；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）振荡器特性：XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟
10、信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（4）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。2
11、.1.2 LED 显示器LED（Light Emitting Diode）是发光二极管英文名称的缩写。LED 显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。LED 显示器在单片机系统中的应用非常普遍。(1)LED 显示器的结构: 常用的 LED 显示器为 8 段。每一个段对应 1 个发光二极管，这种显示器有共阳极和共阴极两种：共阴极 LED 显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光
12、二极管被点亮，相应的段被显示。为了使 LED 显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为 LED 提供代码，因为这些代码可使 LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称为段码。7 段发光二极管，再加上 1 个小数点位，共计 8 位。因此提供给 LED 显示器的段码正好是 1B。各段与字节中各位对应关系如下图 2：8 段 LED 结构及外形代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示位dpgfEdcba图 2(2) LED 显示器工作原理由 N 个 LED 显示块可以拼接成 N 位的 LED 显示器。如图是LED 显示器的结构原理图 3。N 个 LED 显示器有
13、N 个位选线和 8*N 位 根段码线。段码线控制显示字符的字型，而位选线为各个 LED 显示块中各段的公共端，它控制该 LED 显示位的亮或暗。LED 显示器有静态显示和动态显示两种。2.1.3 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 图 3令等功能，是人工干预单片机的主要手段。（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。（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。（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
