基于單片機控制八音盒的設計課程設計

1、<p>　　基于單片機控制八音盒的設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　關鍵詞2</b></p><p>　　第一章 基于單片機控制八音盒的設計3</p><

2、;p>　　1.1 八音盒設計功能描述3</p><p>　　1.2 八音盒設計分析3</p><p>　　1.3 單片機的設計任務和要求3</p><p>　　第二章 單片機的組成及特點4</p><p>　　2.1 單片機的組成4</p><p>　　2.2 單片機的特點4</p

3、><p>　　2.3 單片機的分類5</p><p>　　2.4 單片機的應用分類5</p><p>　　第三章 八音盒的設計要求與發(fā)音原理5</p><p>　　3.1 單片機八音盒的設計基本要求5</p><p>　　3.2 八音盒的設計發(fā)音原理6</p><p>　　3.

4、3 關于AT89C51的性能介紹8</p><p>　　3.4 AT89C51的管腳介紹9</p><p>　　第四章 硬件設計11</p><p>　　4.1 Proteus功能及其特點11</p><p>　　4.2 硬件電路設計11</p><p>　　4.3 簡單八音盒的設計12<

5、;/p><p>　　4.4 LCD 數(shù)碼顯示器簡介結構16</p><p>　　第五章 軟件設計17</p><p>　　5.1 軟件流程圖17</p><p>　　5.2 歌曲的編碼改寫實例17</p><p>　　第六章 軟、硬件系統(tǒng)聯(lián)合調試18</p><p>　　6.1

6、 調試18</p><p>　　6.2 仿真19</p><p>　　6.3 程序調試中出現(xiàn)的問題及解決的辦法21</p><p>　　第七章 PCB設計及電路制作21</p><p>　　7.1 PCB制作流程21</p><p>　　7.2 繪制PCB圖注意事項25</p>

7、<p><b>　　總結25</b></p><p><b>　　致謝詞26</b></p><p><b>　　參考文獻：27</b></p><p><b>　　附錄27</b></p><p><b>　　摘要</b

8、></p><p>　　傳統(tǒng)的音樂盒多是機械音樂盒，其工作原理是通過齒輪帶動一個帶有鐵 釘?shù)蔫F桶轉動,鐵桶上的鐵釘撞擊鐵片制成的琴鍵，從而發(fā)出聲音。但是， 機械式的音樂盒體積比較大，比較笨重，且發(fā)音單調。水、灰塵等外在因素， 容易使內部金屬發(fā)音條變形，從而造成發(fā)音跑調。另外，機械音樂盒放音時 為了讓音色穩(wěn)定,必須放平不能動搖，而且價格昂貴，不能實現(xiàn)大批量生產。 基于單片機設計制作的電子式音樂盒。與傳統(tǒng)的機械

9、式音樂盒相比更小巧， 音質更優(yōu)美且能演奏和弦音樂。電子式音樂盒動力來源是電池，制作工藝簡 單，可進行批量生產，所以價格便宜?；趩纹瑱C制作的電子式音樂盒，控 制功能強大，可根據(jù)需要選歌，使用方便。所放歌曲的節(jié)奏可以根據(jù)需要進 行設置，根據(jù)存儲容量的大小，可以盡可能多的存儲歌曲。另外，可以設計 彩燈外觀效果，增設放歌時間、序號顯示燈功能，使音樂盒的功能更加豐富</p><p>　　為了實現(xiàn)單片機控制音樂播放，此次畢

10、業(yè)設計做出了嘗試，即電子音樂盒的設計。本設計采用了揚聲器發(fā)聲來實現(xiàn)歌曲的播放，能保持基本音調不變，流暢播放出歌曲，現(xiàn)選用AT89S51單片機。主要工作過程是通過按下功能鍵實現(xiàn)上一首和下一首及暫停播放，同時有數(shù)碼管顯示當前播放歌曲的序號，揚聲器播放出音樂。此次設計要利用單片機及KeilC51編程軟件編程和PROTEUS單片機仿真軟件等方面知識,用KeilC51編程軟件編程，用PROTEUS單片機仿真軟件仿真。最后制作實物，將程序下載到單片

11、機中，利用I/O口產生一定頻率的方波，驅動揚聲器，發(fā)出不同的音調，從而演奏樂曲。</p><p><b>　　關鍵詞</b></p><p>　　單片機、八音盒、AT89C51、proteus、keil。</p><p>　　第一章 基于單片機八音盒的設計</p><p>　　1.1 八音盒設計功能描述</p&

12、gt;<p>　　八音盒可以經(jīng)常發(fā)出宜人的音樂旋律，能給生活增加不少的樂趣。用51系列單片機設計一個音樂盒。</p><p><b>　　功能如下：</b></p><p>　　利用I/O口產生一定頻率的方波，驅動揚聲器，發(fā)出不同的音調，從而演奏樂曲。</p><p>　　用字符型LCD顯示當前播放的歌曲序號。</p>

13、<p>　　開機時有英文歡迎提示字符。</p><p>　　可通過功能鍵選擇樂曲，暫停，播放。</p><p>　　顯示樂曲播放時間或剩余時間（至少30秒）。</p><p>　　1.2 八音盒設計分析</p><p>　　本次設計利用89C51單片機結合內部定時器及LCD顯示器，設計一個簡易的電子八音盒，按下單鍵可以演奏預先設

14、置的歌曲旋律。使用了文字型LCD(16×2)顯示目前演奏的歌曲編號，由鍵盤（4*4）來選擇演奏歌曲；具有16個按鍵操作來選擇演奏哪一首歌曲；演奏時可以按鍵暫停。內置自動定時器，若沒有按鍵，則自動演奏歌曲。利用單片機定時器來產生固定頻率的方波信號推動壓電喇叭，發(fā)出旋律。音階頻率及定時器初值加載的關系及設計原理及方法，及按鍵掃描。在歌曲旋律設計方面采直覺式輸入法，由程序中直接輸入方便快速設計歌曲。</p><p

15、>　　1.3 單片機設計任務和要求</p><p>　　為了實現(xiàn)單片機控制音樂播放，采用電子音樂盒的設計。本設計采用了揚聲器發(fā)聲來實現(xiàn)歌曲的播放，能保持基本音調不變，流暢播放出歌曲，現(xiàn)選用AT89S51單片機。主要工作過程是通過按下功能鍵實現(xiàn)上一首和下一首及暫停播放，同時有數(shù)碼管顯示當前播放歌曲的序號，揚聲器播放出音樂。此次設計要利用單片機及KeilC51編程軟件編程和PROTEUS單片機仿真軟件等方面知識

16、,用KeilC51編程軟件編程，用PROTEUS單片機仿真軟件仿真。最后制作實物，將程序下載到單片機中，利用I/O口產生一定頻率的方波，驅動揚聲器，發(fā)出不同的音調，從而演奏樂曲。</p><p>　　2.1 單片機的組成</p><p>　　單片機是微型機的一個主要分支，在結構上的最大特點是把CPU、存儲器、</p><p>　　定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在

17、一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算。</p><p>　　單片機是通過內部總線把計算機的各主要部件接為一體，其內部總線包括地</p><p>　　址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU 通過它們將地址輸出到存儲器或I/O 接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O 接口之間，或存儲器與外設之間交換數(shù)據(jù)；

18、控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU 的應答信號線等。</p><p>　　2.2 單片機的特點</p><p>　　由于單片機的這種結構形式及它所采取的半導體工藝，使其具有很多顯著的</p><p>　　特點，因而在各個領域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機主要發(fā)展如下特點：</p><p>　?。?）有優(yōu)異的性能價格比。</p

19、><p>　?。?）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯</p><p>　　片上，內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。</p><p>　　（3）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極</p>

20、;<p>　　豐富的轉移指令、I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及</p><p>　　運行速度均高于同一檔次的微機。</p><p>　?。?）低功耗、低電壓，便于生產便攜式產品。</p><p>　?。?）外部總線增加了IC（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Int

21、erface）等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結構。</p><p>　?。?）單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。</p><p>　　2.3 單片機的分類</p><p>　　單片機作為計算機發(fā)展的一個重要領域，應用一個較科學的分類方法。根據(jù)</p><p>　　目前發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可

22、以分為通用型/專用型、總線型/非總線</p><p>　　型及控制型/家電型。</p><p>　　1. 通用型/專用型</p><p>　　這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51 是通用型單片機，它不是為</p><p>　　某種專用途設計的；專用型單片機是針對一類產品甚至某一個產品設計生產的，</p><p&g

23、t;　　例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內集成ADC 接口等功能的溫度測量控制電路。</p><p>　　2. 總線型/非總線型</p><p>　　這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機普遍設置有并行地</p><p>　　址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口</p><p>　　與單片機連接

24、，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設接口集成一片內，</p><p>　　因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類</p><p>　　單片機稱為非總線型單片機。</p><p>　　3. 控制型/家電型</p><p>　　這是按照單片機大致應用的領域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，</p

25、><p>　　運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件</p><p>　　和外設接口集成度高。</p><p>　　顯然，上述分類并不是惟一的和嚴格的。例如，80C51 類單片機既是通用型</p><p>　　又是總線型，還可以作工控用。</p><p>　　2.4 單片機的應用分類<

26、/p><p>　　由于單片機具有顯著的優(yōu)點，它已成為科技領域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應用遍及各個領域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　(1) 單片機在智能儀表中的應用</p><p>　　單片機廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比。</p><p

27、>　　(2)單片機在機電一體化中的應用</p><p>　　機電一體化是械工業(yè)發(fā)展的方向。機電一體化產品是指集成機械技術、微電子技術、計算機技術于一體，具有智能化特征的機電產品，例如微機控制的車床、鉆床等。單片機作為產品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。</p><p>　　(3) 單片機在實時控制中的應用</p>

28、;<p>　　單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機作為控制器。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產品質量。。</p><p>　　綜合所述，單片機已成為計算機發(fā)展和應用的一個重要方面。另一方面，單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。

29、從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。</p><p>　　第三章 八音盒的設計要求與發(fā)音原理</p><p>　　3.1 單片機八音盒的設計基本要求</p><p>　　1. 基本要求是設計一個八音盒，并且編寫相應的軟件，完成八音盒的任務，該控

30、制任務應完成下列功能：</p><p>　　使用LCD顯示目前演奏的歌曲編號；</p><p>　　用按鍵操作來選擇演奏哪一首歌曲（建幾首歌曲旋律，按下單鍵便可以演奏歌曲）；</p><p>　　演奏時可以按鍵暫停。</p><p>　　2.設計所需器件清單:</p><p>　　3.2 八音盒的設計發(fā)音原理</

31、p><p>　　1. 八音盒的發(fā)音原理</p><p>　　播放一段音樂需要的是兩個元素，一個是音調，另一個是音符。首先要了解 對應的音調，音調主要由聲音的頻率決定，同時也與聲音強度有關。對一定強度 的純音，音調隨頻率的升降而升降；對一定頻率的純音、低頻純音的音調隨聲強增加而下降，高頻純音的音調卻隨強度增加而上升。另外，音符的頻率有所不同?；谏厦娴膬热?，這樣就對發(fā)音的原理有了一些初步的了解。

32、</p><p>　　音符的發(fā)音主要靠不同的音頻脈沖。利用單片機的內部定時器/計數(shù)器0，使其工作在模式1，定時中斷，然后控制P3.7引腳的輸出音樂。只要算出某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時間，利用定時器計時這個半周期時間，每當計時到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。</p><p><b

33、>　　音符頻率的產生</b></p><p>　　（1）音符及定時器初始值：</p><p>　　例如：中音1（do）的音頻=523HZ,周期T=1/523s=1912</p><p>　　定時器/計數(shù)器0的定時時間為：T/2=1912/2=956</p><p>　　定時器956的計數(shù)值=定時時間/機器周期=956/1=9

34、56(時鐘頻率=12MHZ)</p><p>　　裝入T0計數(shù)器初值為65536-956=64580</p><p>　　將64580裝入T0寄存器中，啟動T0工作后，每計數(shù)956次時將產生溢出中斷，進入中斷服務時，每次對P3.0引腳的輸出值進行取反，就可得到中音DO（523HZ）的音符音頻。將51單片機內部定時器工作在計數(shù)器模式1下，改變計數(shù)初值TH0,TL0以產生不同的頻率。下表2-1

35、是C調各音符頻率與計數(shù)初值T的對照表：</p><p>　　表2-1 C調各音符頻率與計數(shù)初值T的對照表</p><p>　?。?）音符、音符編碼及定時器初始值：</p><p>　　為了產生音符，必須求出音符低音5—高音5的計數(shù)初值。例如C調的低1DO的THTL=65536-50000/262=63627，中音DO的THTL=65536-500000/523=6

36、4580,高音DO的THTL=65536-500000/1042=65056。為了方便寫譜，對其進行簡單的編碼，在編程時，根據(jù)音符編碼查找對應的計數(shù)初值。比如說音樂是C調的，那么出現(xiàn)低音的5SO，直接將代碼寫為1；出現(xiàn)低音6LA,直接寫一個2的代碼；出現(xiàn)低音7SI，直接寫一個3代碼。</p><p>　　表2-2 音符編碼表</p><p>　　3. 節(jié)拍頻率的產生</p>

37、<p><b>　　節(jié)拍的產生與編碼：</b></p><p>　　音樂中的節(jié)拍用延時時間產生。例如，1拍=0.4s，1/4拍=0.1s，以此類推。假設1/4拍執(zhí)行一次延時程序，則1/2拍就執(zhí)行兩次延時程序，所以只要求出1/4拍的延時時間，其余節(jié)拍就是它的倍數(shù)。為了方便，將節(jié)拍數(shù)也進行了編碼，并且計算了樂譜節(jié)拍編程時的延時時間，如表2-3和表2-4所示。</p>&

38、lt;p>　　表2-3 節(jié)拍數(shù)編碼表</p><p>　　表2-4 樂譜節(jié)拍編程時的時間延時表</p><p>　　音符編碼和節(jié)拍編碼完成后，在編程時，每個音符占一個字節(jié)，高四位是音符編碼，低四位是節(jié)拍編碼。</p><p>　　3.3 關于AT89C51的性能介紹</p><p>　　AT89C51是一種帶４K字節(jié)閃爍可編程可擦除

39、只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS—51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。</p>

40、;<p>　　它可以提供以下的功能標準：</p><p>　?。碖的字節(jié)閃爍存儲器；</p><p>　　128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器；</p><p><b>　　32個I/O口；</b></p><p>　　2個16位定時/計數(shù)器；</p><p>　　1個5向量兩級中斷結構；&

41、lt;/p><p><b>　　1個串行通信口；</b></p><p>　　片內振蕩器和時鐘電路。</p><p>　　另外AT89C51還可以警醒OHZ的驚濤邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)點模式。</p><p>　　3.4 AT89C51的管腳介紹</p><p>　　AT89C51的管腳圖&l

42、t;/p><p><b>　　VCC：供電電壓</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程

43、時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FIASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接入。</p><p>　　P

44、2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用與外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在F

45、IASH變成和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下；拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p>

46、<p>　　口管腳 備選功能</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INTO（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 TO（記時器0外部輸入）

47、</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和變成校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RS

48、T腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作

49、用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（000H—FFFFH），不管是否有內部程序存儲器

50、。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間。此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　第四章 硬件設計</p><

51、p>　　4.1 Proteus功能及其特點</p><p>　　1 .Proteus介紹</p><p>　　(1)實現(xiàn)了單片機仿真相結合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。</p><p>　　(

52、2)支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。</p><p>　　(3)提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如Keil

53、 C51 uVision2等軟件</p><p>　　(4)具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。</p><p>　　2.使用Proteus繪制智能原理圖的流程</p><p>　　4.2 硬件電路設計</p><p><b>　　1.初步設計</b>&l

54、t;/p><p>　　此設計由AT89C51單片機，電阻，揚聲器和放大電路構成的簡單電路（如圖）。按下播放鍵，揚聲器會發(fā)出一種曲調。</p><p>　　4.3 簡單八音盒的設計</p><p>　　由一首曲調的進一步改善，設計出具有播放動聽音樂歌曲的八音盒。</p><p><b>　　1.設計框圖</b></p&g

55、t;<p><b>　　2.晶振與復位電路</b></p><p>　　晶振電路為系統(tǒng)提供基本的時鐘頻率信號，它結合單片機內部電路產生所需的時鐘頻率。</p><p>　　復位電路由單片機XTAL1、 XTAL2引腳外接晶振（12MHz）及起振電容C1、C2（均為30pf）組成。當復位按鈕按下時，內存和相關的寄存器，計數(shù)器，計時器所具有狀態(tài)表示的器件全部

56、被復位，回到初始狀態(tài)。（如下圖所示）</p><p><b>　　3.整體電路</b></p><p><b>　　4. 總體設計框圖</b></p><p>　　本設計中用到了AT89C51單片機，4*4鍵盤，揚聲器，16*2 LCD等硬件電路常用元器件。</p><p><b>　　4

57、.2按鍵輸入電路</b></p><p>　　按鍵輸入電路由4*4矩陣鍵盤組成， P1口作為輸入控制按鍵，其中P1.0~P1.3掃描行，P1.4~P1.7掃描列。</p><p><b>　　4.3輸出顯示電路</b></p><p>　　用P2.0~P2.2作為LCD的RS、R/W、E的控制信號；用P0.0~P0.7作為LCD的D

58、0~D7的控制信號。由于P0口作為輸出，應加上拉電阻。用P3.7口控制揚聲器。</p><p><b>　　5.整體硬件電路圖</b></p><p>　　音樂盒硬件電路原理圖</p><p><b>　　6. 原理說明：</b></p><p>　　當鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計數(shù)器T0，產生

59、一定頻率的脈沖，驅動揚聲器發(fā)出音樂。同時啟動定時器T1，顯示樂曲播放的時間，并驅動LCD,顯示歌曲號及播放時間。</p><p>　?。?） 硬件電路中用P1.0～P1.7控制按鍵，其中P1.0～P1.3掃描行，P1.4～P1.7掃描列；</p><p>　?。?）用P2.0～P2.2作為LCD的RS、R/W、E的控制信號；</p><p>　?。?）用P

60、0.0～P0.7作為LCD的D0～D7的控制信號；</p><p>　?。?）用P3.7口控制蜂鳴器；</p><p>　?。?）電路為12MHz晶振頻率工作，起振電路中C1,C2均為30pf。 </p><p><b>　　7.鍵盤設計與原理</b></p><p>　　（1）鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是最簡

61、單的單片機應用系統(tǒng)的輸入設備，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通信。本設計采用4*4的鍵盤結構，如圖 </p><p><b>　　鍵盤結構圖</b></p><p>　　鍵盤的行線X0～X3通過電阻接+5V，當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線都斷開，行線都是高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，該鍵所對應的行線和列線都被短路。例如6號鍵被按下時，行線

62、X1和列線Y2被短路，此時X1的電平由Y2的電位決定。如果把行線接到單片機的輸入口，列線接到單片機的輸出口，則在單片機的控制下，先使列線Y0為低電平“0”，其余三根列線Y1、Y2、Y3都為高電平“1”，讀行線狀態(tài)。如果X0、X1、X2、X3都為高電平，則Y0這一列上沒有鍵閉合。如果讀出的行線不全為高電平，則為低電平的行線和Y0相交的鍵處于閉合狀態(tài)，如果Y0這一列上沒有鍵閉合，使列線Y1為低電平，其余列線為高電平，用同樣的方法檢查Y1這一

63、列上是否有鍵閉合。這種逐行逐列的檢查鍵盤的狀態(tài)過程稱為對鍵盤的一次掃描。</p><p>　?。?）鍵盤按鍵分布如下：</p><p>　?。?） 按鍵功能說明：</p><p>　　4.4 LCD 數(shù)碼顯示器簡介結構</p><p>　　1. LCD 數(shù)碼顯示器結構</p><p>　　液晶顯示器又叫LCD數(shù)碼顯示

64、器，液晶顯示器的主要材料是液態(tài)晶體(簡稱液晶)，它是一種有機材料，在特定的溫度范圍內，既具有液體的流動性，又具有某些光學特性，其透明度和顏色隨電場、磁場、光及溫度等外界條件的變化而變化。因此，在邏輯電路的輸出信號作用下，可顯示出某一確定的數(shù)字。</p><p>　　液晶顯示器是一種被動式顯示器件，液晶本身不會發(fā)光，而是借助自然光和外來光顯示數(shù)宇。外部光線愈強，它的顯示效果愈好。而且不會像LED數(shù)碼顯示器那樣會被強

65、光所淹沒。</p><p>　　由于液晶顯示器所需的功耗很小，因此它可由集成電路譯碼器直接驅動。</p><p><b>　　2. 文字型LCD</b></p><p>　　LCD是一種通常5*7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示，能顯示的每個字符都有一個代碼，代碼對應字符的點陣圖形數(shù)據(jù)由字符發(fā)生器產生。通過驅動電路后在LCD顯示出字符。引腳功能如下

66、：</p><p>　　定時器T1工作在方式1，采用十六計數(shù)</p><p>　　第五章 軟件設計</p><p><b>　　5.1軟件流程圖</b></p><p>　　本程序可以實現(xiàn)課程設計的基本要求，并可以通過按鍵播放四首歌曲，當沒有按鍵時程序將自動循環(huán)播放歌曲，程序流程圖如下：</p><

67、;p>　　5.2歌曲的編碼改寫實例</p><p>　　據(jù)前幾節(jié)的知識，我們不難知道給我們一首歌，只要我們查看對應的音調（節(jié)拍）及音符對應的編碼表就可以把一首歌寫成單片機可識別的數(shù)據(jù)了，下面我們以一首歌作實例編一下“歌譜”。歌曲的五線譜和簡譜如圖7所示。</p><p>　　圖7 歌曲五線譜與簡譜</p><p>　　以第一個音符“3”為例，它是中音3M，在音

68、樂簡譜中占1/2個節(jié)拍，根據(jù)上述的編碼方法，將其編碼為64H。</p><p>　　這首歌編碼后的代碼為：</p><p>　　DB 64H,84H,92H,91H,81H,93H,61H,54H,62H</p><p>　　DB 82H,92H,91H,81H,92H,64H,62H,82H,92H,91H,81H,93H,61H</p><

69、;p>　　DB 54H,82H,62H,51H,61H,51H,41H,52H,24H,92H,54H,82H,64H,52H</p><p>　　DB 42H,94H,82H,62H,51H,61H,51H,41H,52H,24H</p><p><b>　　DB 00H</b></p><p>　　第六章 軟、硬件系統(tǒng)聯(lián)合調試

70、</p><p><b>　　6.1 調試</b></p><p>　?。?）按照第2章設計的硬件電路在proteus軟件內畫好電路圖。</p><p>　?。?）打開單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)keil，選擇AT89C51單片機，在其中編寫程序，運行生成一個hex文件。</p><p>　?。?）電路檢查無誤后，雙擊AT89C

71、51單片機，打開編輯元件對話框（如圖5-1所示），將已經(jīng)在keil環(huán)境下調試好的程序hex文件加載到單片機上。</p><p>　　圖5-1 加載單片機程序</p><p><b>　　仿真</b></p><p>　?。?）點擊運行按鈕之后，電路上電，按下F鍵，LCD上得到開機畫面，顯示開機字符“WELCOM HERE”及當前作用鍵F，

72、如圖5-2所示：</p><p>　　圖5-2 開機畫面</p><p>　　（2）按下1-A中的某一按鍵，LCD顯示當前作用按鍵（當前播放音樂的標號）并顯示該音樂播放的時間，同時，蜂鳴器播放當前樂曲。LCD顯示如圖5-3所示（以按下5鍵為例）：</p><p>　　圖5-3 按下5鍵時LCD的顯示</p><p>　?。?）按下C鍵，

73、則LCD顯示由當前樂曲跳轉到下一首，蜂鳴器響起下一首樂曲。如圖5-4所示：</p><p>　　當前顯示 C鍵動作后</p><p>　　圖5-4 C鍵動作效果圖</p><p>　?。?）按下D鍵，則LCD顯示由當前樂曲跳轉到上一首，蜂鳴器響起上一首樂曲。如圖5-5所示：<

74、/p><p>　　當前顯示 D鍵動作后</p><p>　　圖5-5 C鍵動作效果圖</p><p>　?。?）按下E鍵，則蜂鳴器停止當前音樂的播放，而且LCD上播放的時間也停留在當前，再次按下E鍵后，音樂繼續(xù)播放，播放時間繼續(xù)計時。如圖4-5所示：</p><p>　　

75、當前顯示 E鍵動作后</p><p>　　圖5-6 E鍵動作效果圖</p><p>　　6.3 程序調試中出現(xiàn)的問題及解決的辦法</p><p>　　1） 有時會出現(xiàn)程序一點錯誤也沒有，但就是不能正常運行的現(xiàn)象，最后我們發(fā)現(xiàn)是因為程序中有的指令書寫得不規(guī)范導致的，例如有的RET返回指令一定

76、要按正確格式書寫或在兩行指令間最好不要留空行。</p><p>　　2） 程序中的跳轉指令的運用很重要，為保險起見，都用LJMP,編譯時就遇到過跳轉指令用錯程序無法正常運行的現(xiàn)象。當用JNZ指令時，跳轉范圍比較少，這時要用一個標號中轉。</p><p>　　3） 編程時要注意，在程序開始時，要寫入各定時器中斷的入口地址。</p><p>　　4） 編程過程中要注意加

77、注釋或分割線，否則，在程序過長時容易變得很亂，不便于查找或更改。</p><p>　　5） 編程前要加流程圖，這樣會使思路清晰，例如數(shù)字音樂盒的設計思路完全可以按著MP3的工作方式列寫流程圖。</p><p>　　第七章 PCB設計及電路制作</p><p>　　7.1 PCB制作流程</p><p>　　1、統(tǒng)計電路原理圖中使用的元件

78、</p><p>　　在ISIS7中執(zhí)行菜單命令“Tools”→“Bill of Materials”→“2 ASCII Output”，生成元件清單：</p><p>　　Bill Of Materials</p><p>　　=================</p><p>　　Design: C:\Documents and Se

79、ttings\Administrator\桌面\新建文件夾\基于AT89S52單片機數(shù)字音樂盒的設計\數(shù)字音樂盒.DSN</p><p>　　Doc. no.: <NONE></p><p>　　Revision: <NONE></p><p>　　Author: <NONE></p><p>　　Cr

80、eated: 09/02/14</p><p>　　Modified: 10/12/19</p><p>　　QTY PART-REFS VALUE CODE </p><p>　　--- --------- -----

81、 ---- </p><p><b>　　Resistors</b></p><p><b>　　---------</b></p><p>　　2 R1,R2 1k W0R27

82、 </p><p>　　1 R3 100 W0R27 </p><p>　　1 R4 10k </p>

83、<p>　　Capacitors</p><p>　　----------</p><p>　　3 C1-C3 1nF </p><p>　　Integrated Circuits</p><p>　　--

84、-----------------</p><p>　　1 U1 AT89C51 </p><p>　　Transistors</p><p>　　-----------</p><p>　　1 Q1

85、 2N5088 </p><p>　　Miscellaneous</p><p>　　-------------</p><p>　　16 K1-K16

86、 </p><p>　　1 LCD1 LM016L </p><p>　　1 LS1 SPEAKER </p>&

87、lt;p>　　1 RN1 RX8 </p><p>　　1 X1 CRYSTAL </p><p>　　將網(wǎng)絡表導入到PCB</p><p>　　在ISIS7中，分別右擊

88、K1～K16，在菜單中選擇“Edit Component”，在彈出的對話框中將“Other Properties”欄清空，如圖所示。</p><p>　　在ISIS7中執(zhí)行菜單命令“Tools”→“Netlist to ARES”，系統(tǒng)自動打開ARES軟件。由于在ISIS7中有些元件沒有指定封裝形式，因此會彈出如圖所示的對話框。在此對話框中，鍵入相應的封裝形式，對于按鈕K1～K16的封裝形式為“SW-PUSH1”

89、。</p><p>　　如果元件沒有PCB封裝需要進行封裝，在ISIS7中右鍵需要封裝的元件“Packaging Tool”，彈出如圖對話框。</p><p>　　在此對話框中點擊“Add”進行添加元件封裝，如圖所示。點擊“Assign Package(s)”→“Save Package(s)”進行元件封裝。</p><p><b>　　放置元件</

90、b></p><p>　　指定元件封裝形式后，進入ARES7工作界面，如圖所示。該界面右邊的工作區(qū)是空的，而用戶要使用元件的全部放在元件列表中。</p><p>　　開始放置元件，元件的放置可采用手動或自動方式來操作。手動放置元件的方法是：在主工具箱中單擊按鈕，在元件列表中選擇某個元件，然后在編輯區(qū)中的合適位置單擊鼠標左鍵，就可放置好該元件。同樣，在放置元件前，通過單擊按鈕可更改元件

91、的放置方向。放置好的元件如圖所示。</p><p>　　7.2 繪制PCB圖注意事項</p><p>　　1.PCB中常見錯誤：</p><p>　?。?）網(wǎng)絡載入時報告NODE沒有找到：</p><p>　　a.原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝；</p><p>　　b.原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一

92、致的封裝；</p><p>　　c.原理圖中的元件使用了pcb庫中pinnumber不一致的封裝。如三極管：sch中pinnumber為e,b,c,而pcb中為1，2，3。</p><p>　?。?）打印時總是不能打印到一頁紙上：</p><p>　　a.創(chuàng)建pcb庫時沒有在原點；</p><p>　　b.多次移動和旋轉了元件，pcb板界外有

93、隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符，縮小pcb,然后移動字符到邊界內。</p><p>　?。?）DRC報告網(wǎng)絡被分成幾個部分：</p><p>　　表示這個網(wǎng)絡沒有連通，看報告文件，使用選擇CONNECTEDCOPPER查找。</p><p>　　另外盡量使用WIN2000,減少藍屏的機會；多幾次導出文件，做成新的DDB文件，減少文件尺寸和PROTEL僵死的機會。

94、如果作較復雜得設計，盡量不要使用自動布線。在PCB設計中，布線是完成產品設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的，在整個PCB中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易

95、產生寄生耦合。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預先設定，包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。</p><p>　　對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了，它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技

96、術，它不僅完成了導通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程。</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要

97、不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！</p><p>　　課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。&l

98、t;/p><p>　　本次畢業(yè)設計是為了培養(yǎng)我們的動手能力，同時也讓我們對單片機有更為直觀的了解，對其相關軟件了解并熟悉使用，我了解了keil C51軟件包含的窗口及其功能，且學會使用Proteus軟件進行仿真。通過此次畢業(yè)設計，明顯的改善了，首先對于硬件電路的工作原理有了進一步的學習，同時有了一個提升；軟件方面，在程序的設計，程序的調試方面都有了很大的進步。到如今才知道它有這方面的實用，希望能運用到實踐中設計出更好

99、更完整的系統(tǒng)。在王老師的指導下，我對51單片機的概念有了深刻的理解。為通過這次的設計我也學到了許多實際的東西，也讓我提高了獨立做事和動手的能力。</p><p>　　本學期學習單片機的課時不多，對單片機的硬件設計，軟件設計掌握的深度不夠，但通過此次課程設計，明顯的改善了，首先對于硬件電路的工作原理有了進一步的學習，同時有了一個提升；軟件方面，在程序的設計，程序的調試方面都有了很大的進步。</p>&

100、lt;p>　　在一個好的氛圍里才能踏下心來做東西，在這一段時間里，寢室成員都認真對待這次課程設計，除了自己做好自己的課題外，在遇到不懂的地方互相討論，查閱資料，互助解決問題。通過單片機的設計，不斷的發(fā)現(xiàn)錯誤，修改錯誤，在一個設計項目中都是一個團隊協(xié)作，一個人的能力和知識都是有限的，要有較強的團隊協(xié)作精神，組員之間互補。</p><p>　　通過這次課程設計，我體會到了成功的喜悅，聽著自己設計的程序下載到單片

101、機中播放出音樂,心理非常自豪。這次的課程設計在一定程度上改變了我學習單片機這門課程的態(tài)度，從最初的認為學它沒有什么實際意義，到如今愛上單片機學習，并希望能將理論運用到實踐，設計出更好更完整的系統(tǒng)。我明白了一個人要想做好一件事，就必須具備自信心，耐心，還要有毅力，要膽大心細，要勇于嘗試，要手腦并用，最后才能交出一份令人滿意的答卷。在這個過程中，老師的付出最多，給我們指導，為我們講解，給我們檢查錯誤，在此表示感謝。</p>&

102、lt;p><b>　　致謝詞</b></p><p>　　本學期學習單片機的課時不多，對單片機的硬件設計，軟件設計掌握的深度不夠，但通過此次課程設計，明顯的改善了，首先對于硬件電路的工作原理有了進一步的學習，同時有了一個提升；軟件方面，在程序的設計，程序的調試方面都有了很大的進步。</p><p>　　在一個好的氛圍里才能踏下心來做東西，在這一段時間里，寢室成員

103、都認真對待這次課程設計，除了自己做好自己的課題外，在遇到不懂的地方互相討論，查閱資料，互助解決問題。通過單片機的設計，不斷的發(fā)現(xiàn)錯誤，修改錯誤，在一個設計項目中都是一個團隊協(xié)作，一個人的能力和知識都是有限的，要有較強的團隊協(xié)作精神，組員之間互補。</p><p>　　通過這次課程設計，我體會到了成功的喜悅，聽著自己設計的程序下載到單片機中播放出音樂,心理非常自豪。這次的課程設計在一定程度上改變了我學習單片機這門課

104、程的態(tài)度，從最初的認為學它沒有什么實際意義，到如今愛上單片機學習，并希望能將理論運用到實踐，設計出更好更完整的系統(tǒng)。我明白了一個人要想做好一件事，就必須具備自信心，耐心，還要有毅力，要膽大心細，要勇于嘗試，要手腦并用，最后才能交出一份令人滿意的答卷。在這個過程中，老師的付出最多，給我們指導，為我們講解，給我們檢查錯誤，在此表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p

105、><p>　　周潤景《PROTEUS入門實用教程》 機械工業(yè) </p><p>　　張竣武《單片機系統(tǒng)的設計與仿真》 北京 電子工業(yè)出版社 2007年4月 </p><p>　　周潤景《基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真》北京航空航天大學出版社 2006 年5月</p><p>　　周靈彬《基于Proteu

106、s的電路與PCB設計》 電子工業(yè)出版社 2010年8月</p><p>　　任為民. 電子技術基礎. 中央廣播電視大學出版社. 1997 年5 月第1 版.</p><p>　　朱定華.單片機原理及接口技術實驗.北京：北方交通大學出版社，2002 年4月第2 版</p><p>　　胡學海.單片機原理及應用系統(tǒng)設計[M].北京：北京電子工業(yè)出版社，2005</

107、p><p><b>　　年3 月第1 版</b></p><p>　　鄧元慶 數(shù)字電路與邏輯設計[M].北京：電子工業(yè)出版社 2001</p><p>　　附錄 八音盒程序：</p><p>　　RS BIT P2.0;引腳定義，定義液晶顯示端口標號</p><p>　　RW B

108、IT P2.1</p><p>　　E BIT P2.2</p><p>　　L50MS EQU 60H ;工作內存定義</p><p>　　L1MS EQU 61H</p><p>　　L250MS EQU 62H</p><p>　　SEC EQU 6

109、5H</p><p>　　MIN EQU 64H</p><p>　　HOU EQU 63H</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP MAIN</p><p>　　ORG 000BH ;定時器T0溢出中斷入口地址</p><p>&l

110、t;b>　　LJMP TT0</b></p><p>　　ORG 001BH ; 定時器T1溢出中斷入口地址</p><p>　　LJMP T1INT</p><p>　　ORG 1000H</p><p>　　MAIN: ;液晶初始化</p><p>　

111、　MOV SP,#70H </p><p>　　MOV P0,#01H ;清屏</p><p>　　CALL DISPLAY</p><p>　　MOV P0,#38H ;8位，2行顯示</p><p>　　LCALL DISPLAY</p><p>　　MOV P0,#0FH

112、 ;屏顯on，光標on,閃爍on</p><p>　　LCALL DISPLAY</p><p>　　MOV P0,#06H ;計數(shù)地址加1，顯示幕on</p><p>　　LCALL DISPLAY</p><p>　　LCALL INITIL ;內存初始化</p><p>　　WAIT:

113、 LCALL KEY ;鍵盤掃描,是否有鍵按下，否則等待</p><p>　　LCALL MODD </p><p>　　LJMP WAIT</p><p>　　KEY: NOP</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　LC

114、ALL KS</b></p><p>　　JNZ K1 ;有按鍵轉到K1</p><p>　　LCALL KAIJI</p><p>　　LCALL SOP</p><p>　　XN: LJMP KEY</p><p>　　K1: LCALL MODD</p>

115、<p>　　LCALL MODD</p><p><b>　　LCALL KS</b></p><p><b>　　JNZ K2</b></p><p><b>　　LJMP KEY</b></p><p>　　K2: MOV R2,#0FEH

116、 ;讀鍵盤</p><p>　　MOV R4,#00H</p><p>　　K3: MOV A,R2</p><p><b>　　MOV P1,A</b></p><p><b>　　MOV A,P1</b></p><p>　　JB ACC.4,L1