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1、中州大学工程技术学院单片机课程设计说明书课题名称 班级 学生姓名 学号 指导教师 完成日期 成绩电子音乐盒的设计11 机电对口 1 班2013 年 9 月 13 日目录引言21概述31.1课题要求31.2设计方案31.3研究内容32 系统总体方案介绍 32.1 系统组成框图32.2音乐盒的功能结构图42.3主要设计软件介绍43 硬件设计 53.1总体设计框图53.2各部分硬件设计及其原理53.3硬件电路图及功能64 软件设计 74.1 音调、节拍以及编码的确定方法74.2软件程序设计105调试145.1检查硬件连接145.2检查软件系统145.3测试结果146总结16致谢17参考文献 18附：
2、原程序 19引言21 世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社 会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使 现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低 功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机 应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前 必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实 现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一
3、次革命。 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹 的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过 程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系 统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都 离不开单片机。随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复 杂。面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理， 但要想将处理完的信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技 术来实现。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信
4、息传输交流向着智能可视化方向 迅速发展。随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小 小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是 机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以单片机 为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果 多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。1 概述本设计是以 AT89C51 单片机的电路为基础，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
5、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。该软、硬件系统具 有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的 借鉴。1.1 课题要求1）硬件设计：根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计。2）软件设计：根据硬件设计完成显示功能要求，完成控制软件的编写与调试；3）功能要求：查阅资料，了解单片机控制单音喇叭发声原理； 设计基于单片机 的电子音乐盒；1.2 设计方案利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣器发出某个音调，与之相对应的 LED 亮 起。使用两个按键，一个用来切换歌曲，另一个切换八路LED的变化花样。1.3 研究内容1）电路有两种
6、工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。演奏音乐模式：演奏完整的一首的歌曲，八路LED随着音乐变化。花样灯模式：八路 LED 变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声2）按下按键 1进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共两首歌曲。3）按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共三种花样。此电路的程序只占用了 1K左右，可编制更多的音乐和LED花样，使系统的功能 更加强大。2 系统总体方案介绍2.1 系统组成框图音乐盒的系统结构以 AT89C51 单片机位控制核心，加上 2 个按键、时钟复位电 路、蜂鸣器、LED模块组成。单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放 曲目和音乐花样灯的显示样式以及
7、蜂鸣器发音。系统组成框图如图 2.1 所示。图 2.1 系统组成框图2.2 音乐盒的功能结构图音乐盒的功能结构如图2.2所示。Keyl负责切换播放歌曲，播放歌曲共2首，分 别是挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。Key2负责切换LED显示花样，显示花样共3种， 第一种顺序显示，第二种由两边向中间移动然后向两边移动，第三种循环显示。图 2.2 音乐盒功能结构图2.3 主要设计软件介绍本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿 真软件对硬件进行仿真调试，两种软件的简介如下：2.3.1 PROTEUS 软件简介Proteus 软件是英国 Labcenter electron
8、ics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有 其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真 单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图 布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了 从概念到产品的完整设计。是目前世界上将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模 型仿真软件三合一的 设计 平台， 其处理器模型支持 805l 、HCll 、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年也增加了 Cortex 和
9、DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支 持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多种编译器。2.3.2 KEIL 简介Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂 商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、 库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(uVision)将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU, 16MB 或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作 系统。掌握这一
10、软件的使用对于使用 51 系列单片机的爱好者来说是十分必要的,如 果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选(目前在国内你只能买到该 软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件)，即使不使用C语言而仅用汇编语言 编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发 大型软件时更能体现高级语言的优势。3 硬件设计3.1 总体设计框图图 3.1 总体设计框图3.2 各部分硬件设计及其原理3.2.1 AT89C51 简介AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器(
11、 FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理 器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片 机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系 统提供了一种灵活性
12、高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.2所示图 3.2 AT89C51 系列单片机3.2.2 LED 显示电路设计与原理LED显示电路是由8个LED发光二极管组成，连接方式为共阳极，LED接到单 片机的P1 口，若为低电平，可使LED亮起。发光二极管的亮、灭由内部程序控制， 8个LED发光二极管分别对应不同的音阶，所以LED会随着音阶的变化按规律亮、 灭。3.2.3 时钟振荡电路AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英 晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电
13、容Cl、C2接在放大器 的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容Cl，C2虽然没有什么严格的要求，但 电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序 及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF土 10PF，而如果使用陶 瓷振荡器建议选择40PF土 10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如 图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1 端,即内部时钟发生器的输入端,XTAL2 则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对 外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时 间应符合产品技
14、术条件的要求。3.3 硬件电路图及功能总体硬件电路实现功能如下，如图 3.4所示1) 电路中用P3.2、P3.3控制按键。2) P1.0P1.7 控制 LED。3) P2.3 控制蜂鸣器。4) 电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。Z5U1P3.7fflFPi.&ljTK P3ST1 Pnm puTim PHdTinn pmn：n PIDMF1.7F1.6P1P1.+F13P12P1.1F1LIRP1R.E=：P.HL：h：E=TE：eZ3ZZ壬P2.7r.H-E FZ.&h.u PZSh-Q PI.h-E pzaH.n P22i 畑PNnreRIBpn.TrHii?R1LS14软件设计事图E3.4硬件电路图pn.*,Hii+ZEPDJHia pnuiHiG P 口 .IihIH ponHicXTALZ：TAL1 :h.TE&：S1在本程序中设置了两个标志countl和count2,分别初始化为UW0。按键1使得countl在1和2之间切换，按键2使得count2在1
