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1、商丘师范学院学士学位毕业论文2014届本科毕业论文 基于单片机的音乐盒设计 姓 名： 张静伟 系 别： 物理与电气信息学院 专 业： 通信工程 学 号： 100313037 指导教师： 吕广申 2014年4月20日1目 录 摘要与关键词II0 引言11 整体设计方案11.1 系统总体结构框图11.2 对音乐盒基本功能介绍11.3 系统相关软件介绍22 系统整体硬件介绍22.1 硬件设计总体框图22.2 分部硬件框图及介绍22.2.1 STC89C52单片机简介22.2.2 单片机晶振电路32.2.3 单片机复位电路32.2.4 蜂鸣器驱动电路42.2.5 数码管驱动电路42.2.6 LED驱动
2、电路52.2.7 歌曲切换电路52.2.8 电源电路52.2.9 程序下载电路63 系统整体软件介绍73.1 音乐盒乐曲播放原理73.1.1 音调及音频脉冲73.1.2 节拍83.1.3 编码93.2 主程序流程图104 仿真与调试115 结语11 参考文献11 致 谢12基于单片机的音乐盒设计摘 要本设计是根据单片机系统而设计研发的音乐盒，分别由各个功能模块组成整个音乐盒的设计研发。由电源电路、蜂鸣器驱动电路、复位电路、数码管显示电路、LED模块电路、按键电路以及下载程序电路组成。该音乐盒可实现存储多首乐曲、并利用按键控制音乐盒的切换歌曲等基本功能。本音乐盒是通过两个按键来控制音乐的播放，分
3、别达到快进和返回的功能。音乐盒工作时，数码管显示正在播放的歌曲序号，LED灯显示歌曲频谱变化。默认单曲循环的音乐盒内部共存储5首音乐。本设计利用PROTEUS硬件仿真软件对硬件进行仿真调试，结合KEIL编程软件对软件进行调试，节省了时间。电路原理图由软件Protel99se完成，PCB板的制作通过手工完成，最终实现音乐盒的制作。关键词音乐盒；单片机；数码管Music box design based on single chip microcomputerAbstractThis product is a designed music box based on a microcontrolle
4、r-based system, composed by the power circuit, buzzer driver circuit, the digital display circuit, LED module circuit, the key circuit and download the program circuit. The music box can store multiple songs, switch songs by keys and so on. The music box can do fast forward and return via 2 keys res
5、pectively. When the box working, the playing song will be displayed, and LED lights will work when the spectrum of the song changes. Five music are stored and the default mode is single cycle. This design debugs the hardware via PROTEUS hardware simulation software while debugs the software via KEIL
6、 debug software, save the time. Using simulation software Protel99se draw circuit principle diagram, manual of PCB production, realize the music box.KeywordsMusic box; Single chip microcomputer; Digital tube0 引言随着科学技术的飞速发展，新兴的电子技术也迅速在神州大地普及开来。电子技术的发展也推动电子产品的研发生产。而单片机的出现为电子技术的发展提高了一个层次，同时单片机也在不断的进行自我
7、完善。目前的单片机正向着高性能、多功能、微型单片化等优良方向发展1。 时代在发展，经济在腾飞，人们的生活水平也在发生着翻天覆地的变化，传统的机械式的音乐盒已经不能满足人们对于音乐上更高层次的追求。而单片机产品的层出不穷让人们对单片机的认识也在不断地加深。基于对传统音乐盒的改造以及对单片机的应用，便产生了电子式音乐盒。小小的音乐盒不仅带来听觉上的享受更保留了一些难忘的回忆。这种以单片机为核心制作而成的音乐盒体积小，携带方便，而且可以存储多首乐曲，外表漂亮，制作工艺简单且成本低廉，更重要的是可以批量生产，具有一定的商业价值。液晶显示器的工作电压低、微低耗、显示信息量大、接口方便等优点已被广泛应用于
8、计算机、数字式仪表等仪器，成为结果显示和人机交流的重要工具2。1 整体设计方案从设计选题到思路以及后续工作由以下几个步骤分别实现： 首先提出了音乐盒的整体方案 对完成音乐盒所需的硬件电路进行编排 其次对软件程序进行设计、调试 然后完成软件及硬件结合的仿真调试 最后做到软、硬件的完美契合微机原理与接口技术需综合运用计算机的底层硬件设备和底层汇编编程语言知识3。1.1 系统总体结构框图系统是基于STC89C52系列单片机研发的，可以实现存储功能；音乐的正常播放由2个按键决定，一个按键返回上首乐曲，另一个切换下首乐曲，LED灯用来显示乐曲音调不同变化。系统整体结构框图如下图1所示。按键输入晶振输入S
9、TC89C52单片机蜂鸣器输出LED输出数码管输出图1 系统总体结构框图1.2 对音乐盒基本功能介绍 音乐盒具有存储多首音乐的功能，由两个按键控制音乐盒的播放，分别实现快进和返回的功能。按键1是切换到下一首歌曲，按键2是返回上一首歌曲，如果音乐盒工作时，不对其进行按键控制，那么默认单曲循环。并由LED灯组模块显示音乐频谱变化。 1.3 系统相关软件介绍（一） PROTEL 99SE介绍：PROTEL 99SE由两部分组成，分别是由电路原理图设计模块和多层印刷电路板模块两部分组合而成。原理图设计是由电路图和元件库编辑器编辑两个部分构成。电路板设计软件不胜枚举，可是性能好的就寥寥可数了，其中Pro
10、tel99se电路板设计软件就是一款简单易学方便易用的电路板设计软件。它的良好性能决定了它的广泛适用性，得到了大家一致的好评，是一款首选的电路板设计工具。（二） KEIL软件简介：硬件设计和软件编译在单片机应用开发中均占有重要意义。要把我们的语言转换成处理器可以识别的机器代码，除了手工汇编之外，还可以采用机器汇编。顾名思义，机器汇编就是通过汇编软件将源程序转化为机器代码。考虑到效率以及成本，我们现在大部分采用机器汇编。随着人们对单片机认识的逐步加深，单片机开发软件也在不断地发展。从各大仿真机厂商全面支持Keil软件的程度就可以看出，Keil软件是我们最喜欢的51系列单片机的软件。本程序采用C语
11、言软件开发系统，C和汇编语言相比，在各方面都有很大的优势，更简单、方便实用。另外，它还提供了系统完整开发方案，并由集成开发环境将系统各个部分组合在一起，该软件要求只有一些特定的操作系统方可采用Keil软件4。（三） PROTEUS软件简介：仿真软件是一家英国公司生产的，Proteus软件不仅具有其他EDA工具软件的基本功能，还具备电路模拟的互动。互动性的作用是表示，微处理器的应用程序，可直接在虚拟工作原理图模型上彻底实现软件的实时调试。软件所受到的好评与推广的时间长短并没有影响。它不仅是一款性能优良的仿真软件，更是做到了从布图、调试到仿真，以及PCB设计，从实际意义上做到了概念到产品的完美整合
12、。2 系统整体硬件介绍2.1 硬件设计总体框图按键输入晶振输入STC89C52单片机蜂鸣器输出LED输出数码管输出 图2 硬件设计总体框图2.2 分部硬件框图及介绍2.2.1 STC89C52单片机简介随着单片机产品的出现及研发，经过逐步研究探索，我们了解单片机实验体系有充足的电路和机动的组合方法5-6 。单片机不仅仅是一个可以完成某项具体功能的芯片，而是一个计算机的微型缩影。总而言之，单片机就是由一个芯片组成的具有计算机通用功能的微型计算机。从单片机的出现到普及，单片机的性能得到了广泛的提高。STC89C52单片机除了具备单片机的一些共同特点外，还有一些自身的特点：STC89C52单片机是继
13、单片机性能提高后的新一代的功耗低、稳定性能好的单片机。它是8051系列单片机的增强型，所以除了兼容8051系列单片机的优点同时还具备传统51单片机所不具备的功能。STC89C52是一款具有一定大小程序存储空间和数据存储空间、EEPROM存储空间大小为4K、32个双向输入输出端口、并可以直接使用串口下载的存储器7。2.2.2 单片机晶振电路图3 晶振电路晶振电路是单片机正常工作必不可少的工具。单片机正常工作时，都是依次对从存储器取出的指令进行操作执行。单片机每访问存储器的固定时间定为一个机器周期。一个机器周期包括12个时钟周期。不同指令执行的速度快慢有差异，特此介绍指令周期，也即是执行一条指令所
14、用的时间。选用不同参数的晶振，机器周期就不同，机器周期不同，相应的指令周期也不同。由此来看，机器周期对指令的执行有着非比寻常的意义。2.2.3 单片机复位电路图4 复位电路 任何事物都不是完美的，微机系统操作同样如此。为了保证微机系统的正常工作，就需要一个“清零”按钮，就像计算器运行结束或出现错误要进行清零一样。微机系统要对运行失误或结束的电路进行一个复位操作，简单来说就是恢复到初始状态，但复位电路的运行不像计算器的清零按钮那样简单。复位电路在电路通电时马上进行复位操作，也可以进行人工手动操作。仅仅依靠电阻和电容就可以组成简单的复位电路，当然也可以根据实际需要，添加一些必要的元器件组成一些复杂
15、的复位电路。2.2.4 蜂鸣器驱动电路图5 蜂鸣器驱动电路本设计采用的播放模块选用蜂鸣器当作音乐的输出设备。凭据有没有振荡源的区别，特此我们又区分为有源和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器的输出频率是稳定的，用途是提示或告警。与有源蜂鸣器相类比，无源蜂鸣器因为可以孕育不同频率的音响，用途是播放各种频率的声音。数字式音乐盒要求具有一定的灵活性因为播放曲目频率的不确定性，多采用无源蜂鸣器8。多用无源蜂鸣器演奏不同类别的乐曲或模拟频率差异的声响9。由上图，当P3.6管脚输出稳定高电平信号时，三极管正常放大声音，启动蜂鸣器。当P3.6管脚输出恒定电平的控制信号，规范了方波信号的规律形成，造成间歇性蜂鸣器的响声，发出美妙的音乐旋律。2.2.5 数码管驱动电路图6 数码管显示电路本设计用数码管显示目前播放音乐的序号，由上图我们可以
