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文檔簡介
1、湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院聲光音樂盒設(shè)計說明書系 別: 自動化工程系 年 級: 10級 專 業(yè): 電氣自動化技術(shù) 姓 名: 潘 學(xué) 號: 1001020225 導(dǎo)師姓名: 宋 進(jìn) 職 稱: 講師 2012年 5月 28日目 錄1 前言12 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求23 系統(tǒng)設(shè)計33.1系統(tǒng)設(shè)計總體框圖33.2各模塊原理說明33.3 系統(tǒng)總原理圖說明53.4系統(tǒng)印刷電路板的制作63.5 系統(tǒng)的操作說明63.6系統(tǒng)操作注意事項6參考文獻(xiàn)7致謝詞8附錄9附錄1 系統(tǒng)總原理圖9附錄2 系統(tǒng)印刷電路板的制作圖10附錄3 元件清單11附錄4 源程序12湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013屆畢業(yè)設(shè)計產(chǎn)品說明1.前言隨著人類社會的
2、發(fā)展,人們對視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。小小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶,提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒多是機械型的,體積笨重,發(fā)音單調(diào),不能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設(shè)計的音樂盒是以AT89C51單片機為核心元件的電子式音樂盒,體積小,重量輕,能演奏和弦音樂,功能多,外觀效果多彩,使用方便,并具有一定的商業(yè)價值。單片微型計算機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物,屬第四代電子計算機,它具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此,單片機的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項重大課題。 電子式音樂盒是現(xiàn)代電子科技與
3、音樂結(jié)合的產(chǎn)物,它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色,單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性,它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中,成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用STC89C51單片機為核心控制元件,設(shè)計一個電子式音樂盒。以單片機作為主控核心,與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊。 本文主要對使用單片機設(shè)計簡易電子式音樂盒進(jìn)行了分析,并介紹了基于單片機電子式音樂盒系統(tǒng)統(tǒng)硬件組成。利用單片機產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階,可以播放事先保存的三首優(yōu)美的曲目。本文分別從原理圖,主要芯片,各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。通過設(shè)計本系統(tǒng)有助于增進(jìn)了解單片機的基本功能,使制作者對單片機的原理的
4、理解和應(yīng)用能力顯著提高。222.系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求1利用按鍵切換演奏出不同的樂曲。揚聲器發(fā)出樂曲,按鍵可以切換LED閃爍的樣式。使用6個按鍵,兩個用來切換歌曲,一個切換八路LED的變化花樣。一個用來啟動,一個用來停止,另一個是復(fù)位。2用PROTEL 99 SE設(shè)計電路圖,PCB圖等。3歌曲可以自己隨意的寫進(jìn)音樂盒中。4由于歌曲占用內(nèi)存比較大,單片機內(nèi)存小,將兩塊單片機一同使用,兩者可以通訊。5數(shù)碼管顯示當(dāng)前播放的是哪一首歌曲。3.系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)設(shè)計總體框圖 放歌模塊流水燈顯示模塊電源模塊按鍵模塊晶振電路單片機數(shù)碼管顯示模塊復(fù)位電路1.單片機的選擇方案一。采用AVR單片機,AVR單片機的I
5、/O線全部帶可設(shè)置的上拉電阻、可單獨設(shè)定為輸入/輸出、可設(shè)定(初始)高阻輸入、驅(qū)動能力強(可省去功率驅(qū)動器件)等特性;片內(nèi)具備多種獨立的時鐘分頻器,分別供URAT、I2C、SPI使用;但是AVR單片機的硬件設(shè)計方面本人熟悉。方案二。采用STC89C51單片機,這款單片機是51內(nèi)核的傳統(tǒng)八位單片機,該款單片機采用5V供電,與絕大部分?jǐn)?shù)字和模擬芯片電平兼容;同時STC89C51單片機具有比較強的運算能力和較快的處理速度;其片內(nèi)硬件資源相對豐富,有五個中斷(包括外部中斷0、外部中斷1、定時器中斷0、定時器中斷1和串行中斷)和三十二個I/O口,能滿足此次設(shè)計的要求。方案三。采用MSP430F149單片
6、機,MSP430F149單片機是德州儀器推出的一款16位超低功耗微處理器,單片機有四種低功耗模式,對于手持式設(shè)備有很大優(yōu)勢。除此之外,MSP430F149單片機還有很豐富的片內(nèi)外設(shè),如硬件乘法器、AD等等;同時,MSP430F149單片機的時鐘配置也相當(dāng)方便,可以通過程序配置各個模塊的時鐘源和時鐘分頻,以達(dá)到對片內(nèi)硬件資源合理配置并且降低了系統(tǒng)整體的功耗,但是MSP430F149單片機價格昂貴,外部硬件設(shè)計難度大,同時該款單片機供電電壓是+3.3V,與大部分的模擬和數(shù)字芯片不兼容。綜上所述,本次設(shè)計采用方案二,因為這款單片機自身的硬件資源完全可以勝任此次設(shè)計的要求,外部電路設(shè)計也相當(dāng)簡單,同時
7、這款單片機的價格也很便宜,性價比優(yōu)于上述的另外兩款單片機。2.通信方式的選擇方案一。采用RS-232通信。RS-232通信是串行通信,規(guī)定最大的負(fù)載電容為2500pF,這個電容限制了傳輸距離和傳輸速率,由于RS-232的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號地(GND),屬于非平衡電壓型傳輸電路,不使用差分信號傳輸,因此不具備抗共模干擾的能力,共模噪聲會耦合到信號中,在不使用調(diào)制解調(diào)器(MODEM)時,RS-232能夠可靠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為15米通信速度慢。方案二。采用并行通信。八位并口通信各數(shù)據(jù)位同時傳輸,傳輸速度快、效率高,多用在實時、快速的場合。并行傳遞的信息不要求固定的格式,通常是8
8、位、16位或32位為傳輸單位,一次傳送一個字長的數(shù)據(jù),適合于進(jìn)行近距離、大量和快速的信息交換。并行數(shù)據(jù)傳輸只適用于近距離的通信,通常傳輸距離小于30米。并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度可以是1128位,甚至更寬,但是有多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)據(jù)線,因此傳輸?shù)某杀据^高。方案三。采用RS-485通信。邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(26)V表示;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(26)V表示。接口信號電平比RS-232降低了,就不易損壞接口電路的芯片,且該電平與TTL電平兼容,可方便與TTL電路連接。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合,抗共模干擾能力增
9、強,即抗噪聲干擾性好;但是RS-485通信需要專用芯片來完成。綜上所述,本次設(shè)計采用方案二,一方面由于單片機自身的I/O口完全足夠用,并且可以留出并口通信的接口;另一方面,串行通信的程序設(shè)計方面相對復(fù)雜,會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因此采用八位并口通信方式。3.音樂播放模塊的選擇方案一。使用揚聲器。單片機自身不能驅(qū)動揚聲器,需要外接功率放大模塊,硬件電路相對復(fù)雜。但是揚聲器的音質(zhì)好,使音樂播放出來更有質(zhì)感,聽起來不至于刺耳,使音樂品質(zhì)得到提升。方案二。使用蜂鳴器。蜂鳴器驅(qū)動電路簡單,只需一個三極管即可,但是蜂鳴器的聲音刺耳、干澀,聽起來很不舒服。綜上所述,本次設(shè)計采用方案一。3.2各模塊原理說明1.S
10、TC89C51單片機STC89C51是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的STC89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。STC89C51具有如下特點:40個引腳(引腳圖如圖1所示),4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時鐘振蕩器。此外,ST
11、C89C51可通過軟件設(shè)置省電模式??臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。圖1 STC89C51單片機引腳圖2.復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作,只要給RESET引腳加上2個機器周期以上的高電平信號,就可使AT89C51單片機復(fù)位。復(fù)位的主要功能是把PC初始化為0000H,使AT89C51單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外,當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài),為擺脫死鎖狀態(tài),也需按復(fù)位鍵重新啟動。 單片機的復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按
12、鈕復(fù)位的兩種方式。本設(shè)計采用圖2.3上電復(fù)位電路.上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。圖2 復(fù)位電路3.時鐘電路模塊時鐘是單片機的心臟,單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn),有條不紊地一拍一拍地工作。因此,時鐘頻率直接影響單片機的速度,時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英振蕩器和微調(diào)電容,就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。高頻率的時鐘有利于程序更快的運行,也有可以實現(xiàn)更高的信號
13、采樣率,從而實現(xiàn)更多的功能。但是高速對系統(tǒng)要求較高,而且功耗大,運行環(huán)境苛刻??紤]到單片機本身用在控制,并非高速信號采樣處理,所以選取合適的頻率即可。合適頻率的晶振對于選頻信號強度準(zhǔn)確度都有好處,本次設(shè)計選取12.000M無源晶振接入XTAL1和XTAL2引腳,并聯(lián)2個30pF陶瓷電容幫助起振。圖3 時鐘電路模塊電路圖4.音樂播放模塊圖4 音樂播放模塊3.3 系統(tǒng)總原理圖說明原理圖參見附錄一。1.要產(chǎn)生音頻脈沖,只要計算某一音頻的周期,然后將此周期除以2,即為半周期的時間。利用定時器記時這個半周期時間,每當(dāng)記時到后就輸出脈沖的I/O反相,然后重復(fù)記時此半周期的時間再對I/O反相,就可在I/O腳
14、上得到此頻率的脈沖。2.利用8051的內(nèi)部定時器使其工作在計數(shù)器模式MODE1下,改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法,例如頻率為523HZ,其周期T=1/523=1912us,因此只要令計數(shù)器記時956us/1us=956,在每次計數(shù)956次時將I/O反相,就可得到中音DO(523HZ)。計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下:N=Fi/2/Fr,其中N是計數(shù)值,F(xiàn)i是8051內(nèi)部頻率,一般用的是1MHZ(因為8051內(nèi)部記時一次時間為1us),F(xiàn)r為要產(chǎn)生的頻率。3.計數(shù)初值的求法如下:T=65536-N=65536-Fi/2/Fr 例如:求低音DO(261HZ)中音DO(523HZ)高音
15、DO(1046HZ)的計數(shù)值。T=65536-N=65536- Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-50000/Fr低音DO的65536-50000/262=65345中音DO的65536-50000/523=65440高音DO的65536-50000/1047=654883.4系統(tǒng)印刷電路板的制作見附錄23.5系統(tǒng)的操作說明開機后,電子音樂盒默認(rèn)不播放音樂,按一下播放鍵之后,開始播放第一首音樂。按下下一首按鍵,播放下一首音樂;按下上一首按鍵,播放上一首音樂;按下停止按鍵,停止播放音樂;按下彩燈按鍵,彩燈閃爍。從上到下的按鍵的作用:1播放鍵,2上一首按鍵,3下一首
16、按鍵,4停止按鍵,5彩燈按鍵。彩燈切換鍵:提供了三種彩燈閃爍模式。 3.6系統(tǒng)操作注意事項1嚴(yán)禁在系統(tǒng)連接錯的情況下通電。2通電前先檢查電路板有沒有短路或開路。3通電前要把電路放在絕緣物體上,避免短路燒壞元件。4調(diào)試電路時應(yīng)小心操作,避免萬用表表筆或其他工具造成短路。5更換元件時,應(yīng)注意焊接時斷開電源再進(jìn)行焊接,避免元器件擊穿或造成短路現(xiàn)象。參考文獻(xiàn)1譚浩強 C語言程序設(shè)計(第二版) 北京:清華大學(xué)出版社 19912康華光 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版) 武漢:華中理工大學(xué)出版社 19993李廣弟 朱月秀 王秀山 單片機基礎(chǔ) 北京:北京航空航天大學(xué)出版社 2001.74羅亞非 凌陽16位單片機應(yīng)用
17、基礎(chǔ) 北京:北京航空航天大學(xué)出版社 20035歐偉明 周春臨 瞿遂春 電子信息系統(tǒng)設(shè)計 西安電子科技大學(xué)出版社 2005.96黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計 北京:北京航空航天大學(xué)出版社 2006.67黃智偉 凌陽單片機課程設(shè)計指導(dǎo) 北京:北京航空航天大學(xué)出版社 2006.118賈立新 王涌 電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐 北京:清華大學(xué)出版社 20079李建忠 單片機原理及應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社 2008.2致謝詞三年時間,不覺中就要過去了。在此,我衷心感謝這三年來辛勤培育我的老師。在以后的工作崗位上,我會不斷努力,用自己的辛勤工作和不懈奮斗來回報學(xué)院和老師們!感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師宋進(jìn)
18、老師的諄諄教誨,這一段日子以來的教導(dǎo),您的不辭辛苦、悉心教誨。沒有你的指導(dǎo),就沒我所得到的結(jié)果,我在此表示深深的感謝!感謝系主任佘明輝,系書記蔡明雄,和翁娟釵輔導(dǎo)員。感謝所有教過我的老師們,你們課堂上的指導(dǎo)和課外的交流,讓我學(xué)習(xí)到很多知識和做人的道理。你們的言傳身教、你們的精彩授課、你們的嚴(yán)厲換了我們今后的成功。你們就像那花園里的園丁,不辭辛苦、任勞任怨的培養(yǎng)我們,教導(dǎo)我們,為我們今后的人生點亮一盞燈,指明一條路。衷心的感謝各位老師,你們就像我們的父母親一樣。謝謝! 感謝所有的同學(xué),時間是飛快的,轉(zhuǎn)眼間三年就這樣過去了,但我們的友誼是一輩子的,腦海中還回映這課前前后的一幕幕,那份純真的感情,深
19、厚的友誼。希望每個同學(xué)都能事業(yè)有成、前途似錦。感謝所有的舍友,謝謝你們的鼓勵和支持,沒有你們,我不會過的那么好,是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情,維系著寢室那份家的融洽。三年了,大學(xué)報名的第一天的情景還深印腦海,仿佛就在昨天,時間就這么快流逝了。不過我很高興能和你們成為舍友,很榮幸作為你們的舍長。 感謝學(xué)校、感謝系部為我們提供環(huán)境優(yōu)雅、氣氛和諧的學(xué)習(xí)場所和鍛煉的舞臺,還記得學(xué)生干部的那段生涯,這也是我一輩子的財富。因為他見證了我的成長,也使我成長,我學(xué)到了很多,不管是做人做事還是交際,都讓我往前大步的跨越。學(xué)校、系部課余豐富多彩的活動,也讓我充實了自己,鍛煉了自己。感謝學(xué)校、感謝系部。
20、感謝所有人和事,是你們,讓我成長。在設(shè)計即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進(jìn)入課題到設(shè)計的順利完成,有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝含辛茹苦培養(yǎng)我長大的父母,謝謝你們!附錄附錄1 系統(tǒng)總原理圖附錄2 系統(tǒng)印刷電路板的制作圖附錄3 元件清單序號元件名稱數(shù)量1STC89C52RC 單片機2212MHz晶振2330pf電容4410uf電解電容35LED燈96共陽數(shù)碼管17電解電容18四腳按鍵79帶鎖開關(guān)110喇叭111LM38611210k電阻21310歐姆電阻114510歐姆電阻1715104電容116250uf電解電容1170.05uf電
21、容1附錄4 源程序主機程序:#include<reg52.h>#include<intrins.h>/以下是端口定義#define Port P1sbit K1=P30;/開始播放sbit K2=P31;/上一曲sbit K3=P32;/下一曲sbit K4=P33;/停止sbit K5=P34;/切換燈的閃爍模式sbit SIG4=P23;sbit SIG1=P20;sbit SIG2=P21;sbit SIG3=P22;/以下是數(shù)據(jù)的定義unsigned char code date=0xfe,0xef,0x55;unsigned char temp;unsigne
22、d char n=0;/函數(shù) 名:delayms/函數(shù)功能:延時z個毫秒void delayms(unsigned char z) unsigned char x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);/函數(shù) 名:LED_dislay/函數(shù)功能:LED閃爍void LED_dislay() switch(n) case 1: delayms(120); temp=_crol_(temp,1); Port=temp;break; case 2: delayms(120); temp=_crol_(temp,-1); Port=temp;break;
23、 case 3: Port=0x55; delayms(120); Port=Port; delayms(120); break; /函數(shù) 名:keyscan/函數(shù)功能:按鍵檢測程序void keyscan() unsigned char m=0; if(K1=0) delayms(10); if(K1=0) SIG1=0; while(!K1); SIG1=1; if(K2=0) delayms(10); if(K2=0) SIG2=0; while(!K2); SIG2=1; if(K3=0) delayms(10); if(K3=0) SIG3=0; while(!K3); SIG3=1
24、; if(K4=0) delayms(10); if(K4=0) SIG4=0; while(!K4); SIG4=1; if(K5=0) delayms(10); if(K5=0) while(!K5); n+; if(n=4) n=1; void main()/主函數(shù) SIG1=1; SIG2=1;SIG3=1;SIG4=1; temp=daten; Port=temp; while(1) keyscan(); LED_dislay(); 從機程序:#include<reg52.h>/以下是端口定義sbit SIG4=P34;sbit SIG3=P35;sbit SIG2=P3
25、6;sbit SIG1=P37;sbit SPK=P24;unsigned char code * data song; /指向具體歌的指針unsigned int data j; /取碼指針unsigned char data i; /用于循環(huán)unsigned char data k; /幾個1/4拍unsigned char data l; /第幾個碼unsigned char code table=0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90;void delay(void);unsigned char code yin30=0xFF
26、,0xFF,0xFB,0x90,0xFC,0x0C,0xFC,0x44,0xFC,0xAC,0xFD,0x09,0xFD,0x34,0xFD,0x82,0xFD,0xC8,0xFE,0x06,0xFE,0x22,0xFA,0X15,0XFB,0x04,0xFA,0x67,0xFE,0x85; /C調(diào)各音符頻率與計數(shù)初值T的對照表/兩只蝴蝶unsigned char code song1131=0x52,0x42,0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,0x38,0x04,0x12,0x32,0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x12,0xC8,0x04,0x
27、52,0x42,0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,0x38,0x04,0x12,0x32,0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x32,0x48,0x04,0x52,0x42,0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,0x38,0x04,0x12,0x32,0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x11,0x31,0xC8,0x04,0x52,0x72,0x78,0x02,0x72,0x82,0x72,0x58,0x04,0x42,0x42,0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x12,0x32,0x
28、32,0x3C,0x09,0x72,0x72,0x82,0xA2,0x92,0x92,0x82,0x52,0x42,0x42,0x42,0x58,0x02,0x52,0x52,0x72,0x84,0x84,0x02,0x12,0x52,0x42,0x48,0x04,0x52,0x72,0x72,0x52,0x74,0x02,0xA4,0x92,0x82,0x92,0x54,0x02,0x82,0x82,0x92,0x82,0x72,0x52,0x42,0x02,0xC4,0x12,0x3C,0xFF;/偏偏喜歡你unsigned char code song2=0XC2,0XB2,0X36,0
29、X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0XB2,0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,0X76,0XA2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,0X4C,0X42,0X32,0X74,0X82,0X74,0X82,0X72,0X52,0X41,0X38,0X32,0X42,0X16,0XC2,0X72,0X52,0X42,0X42,0X3C,0XC2,0XB2,0X36,0X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0XB2,0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,0X76,0XA2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,0X4C,0
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