八音盒設(shè)計[實用版]

1、 單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計課程設(shè)計八音盒設(shè)計完成日期：2013 年 06 月 11 日 目錄目錄一、單片機(jī)設(shè)計課程的目的和基本要求一、單片機(jī)設(shè)計課程的目的和基本要求.2二、八音盒的設(shè)計要求二、八音盒的設(shè)計要求.3三、關(guān)于三、關(guān)于 AT89C51.33.1、對于 AT89C51 的性能介紹 .33.2、AT89C51 的管腳介紹 .4四、總體設(shè)計四、總體設(shè)計.6五、硬件原理及設(shè)計說明五、硬件原理及設(shè)計說明.7六、軟件設(shè)計流程圖六、軟件設(shè)計流程圖.7七、程序輸入窗口、編碼及音樂程序七、程序輸入窗口、編碼及音樂程序.97.1 程序輸入窗口 .97.2 編碼 .97.3 音樂程序 .1

2、0八、仿真和調(diào)試八、仿真和調(diào)試.22九、元器件清單九、元器件清單.23十、電路總圖十、電路總圖.24十一、實驗總結(jié)十一、實驗總結(jié).25參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：.26一、一、 單片機(jī)設(shè)計課程的目的和基本要求單片機(jī)設(shè)計課程的目的和基本要求大學(xué)本科生動手能力的培養(yǎng)和提高時大學(xué)本科的一個重要內(nèi)容。本次課程的設(shè)計目的，是讓我們通過課程設(shè)計建立起單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的概念，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，掌握初步的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計方法，讓學(xué)生的動手能力和對單片機(jī)系統(tǒng)從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計兩個方面都得到實際的提高。為今后的畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。課程設(shè)計的基本要求有：（1）在課程設(shè)計過程中，學(xué)會使用 89S51 單片機(jī)及相應(yīng)繪圖軟

3、件，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計，編程，運行，調(diào)試最后提供課程設(shè)計報告；（2）課程設(shè)計應(yīng)由學(xué)生本人獨立完成，嚴(yán)禁抄襲；（3）認(rèn)真編寫課程設(shè)計報告。二、八音盒的設(shè)計要求二、八音盒的設(shè)計要求8051 八音盒 本設(shè)計利用 8051 單片機(jī)結(jié)合內(nèi)部定時器 LCD 設(shè)計一個八音盒，按下單鍵可以演奏預(yù)先設(shè)置的歌曲旋律。本設(shè)計可以學(xué)習(xí) 8051 定時器程序設(shè)計，按鍵掃描及歌曲旋律簡單直覺式輸入法的設(shè)計方法。 其基本功能為：1 使用 LCD 顯示器來顯示目前演奏的歌曲編號；2 具有 16 個按鍵操作來選擇演奏哪一首歌曲；3 內(nèi)建 10 首歌曲旋律，按下單鍵可以演奏歌曲；4 演奏時可以按鍵中斷。程序執(zhí)行后工作指示 LED

4、閃動，表示程序開始執(zhí)行，按下單鍵 09 便可以演奏歌曲，歌曲演奏中，可以按鍵中斷。三、關(guān)于三、關(guān)于 AT89C513.1、對于、對于 AT89C51 的性能介紹的性能介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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

5、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價廉的方案。 它可以提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：（1）4K 的字節(jié)閃爍存儲器；（2）128 字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器；（3）32 個 I/O 口；（4）2 個 16 位定時/計數(shù)器；（5）1 個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)；（6）1 個串行通信口；（7）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。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。3.2、AT89C51 的管腳介紹的管腳介紹 圖 3.1 AT89C51 的管腳圖VCC：供電電壓。 GND：接地。 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

6、電流。當(dāng) 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)/地址的低八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個內(nèi)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(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時，P1 口作為低八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O

7、口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”

8、后，它們被內(nèi)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。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷 0）P3.3 /INT1（外部中斷 1）P3.4 T0（記時器 0 外部輸入）P3.5 T1（記時器 1 外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個

9、機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)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 指令是 ALE 才起作用。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。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外

10、部程序存儲器取指期間，每個機(jī)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)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)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） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可

11、以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4芯片擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中

12、斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。四、總體設(shè)計四、總體設(shè)計 (1)要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期(1/音頻),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(dāng)計時到后就將輸出脈沖的 I/O 反相,然后重復(fù)計時此半周期時間再對 I/O 口反相,就可在 I/O 腳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,改變記數(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=1912 微秒,因此只要令計數(shù)器定時

13、956/1=956 在每記數(shù) 9 次時將 I/O 口反相,就可得到中音 D0(523HZ)。記數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下：N=Fi/2/Fr N：記數(shù)值Fi：內(nèi)部計時一次為 1 微秒故其頻率為 1MHZ Fr；要產(chǎn)生的頻率(3)：起記數(shù)值的求法如下：T65536N65536Fi2Fr例如：設(shè) K65536，F(xiàn)1000000Fi1MHZ，求低音 D0（523HZ） ，高音的D0（1046HZ）的記數(shù)值。T65536N65536Fi2Fr6553610000002Fr65536500000Fr低音 D0 的 T6553650000026263627中音 D0 的 T655365000005236

14、4580低音 D0 的 T65536500000104765059表 4.1 調(diào)個音符頻率與計數(shù)值 T 的對照表企鵝 1。16-5。86-4.375五、硬件原理及設(shè)計說明五、硬件原理及設(shè)計說明企鵝 1。16-5。86-4.375六、軟件設(shè)計流程圖六、軟件設(shè)計流程圖 開始初始化設(shè)置音節(jié)起始位置設(shè)置節(jié)拍間距讀取音階，音符顯示當(dāng)前播放歌曲序號節(jié)拍結(jié)束音樂結(jié)束七、程序輸入窗口、編碼及音樂程序七、程序輸入窗口、編碼及音樂程序 7.1 程序輸入窗口程序輸入窗口 圖 7.1 keil5 環(huán)境下的程序輸入窗口7.2 編碼編碼建立音樂的步驟（1）先把樂譜的音符找出，然后建立 T 值表的順序；（2）把 T 值表建

15、立在 TABLE1，構(gòu)成發(fā)音符的計數(shù)值放在TABLE。（3）簡譜碼（音符）為高位，節(jié)拍為（節(jié)拍數(shù)）低四位，音符節(jié)拍碼放在程序的 TABLE 處。表 7.1 拍與節(jié)拍的對照企鵝 1。16-5。86-4.375表 7.2 簡譜對應(yīng)的簡譜碼、T 值、節(jié)拍數(shù)企鵝 1。16-5。86-4.375 7.3 音樂程序音樂程序 企鵝 1。16-5。86-4.375八、仿真和調(diào)試八、仿真和調(diào)試企鵝 1。16-5。86-4.375 圖 9.1 在 Isis 環(huán)境下進(jìn)行圖形編輯和元器件選擇 上面設(shè)計的電路在 Proteus 軟件內(nèi)畫圖，打開成單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng) keil,選擇 89c51 單片機(jī)，在其中編寫程序，運

16、行生成一個后綴名為 hex 的文件，然后將該文件下載到 Proteus 中的 AT89C51 單片機(jī)中進(jìn)行仿真，觀察實驗現(xiàn)象。仿真能實現(xiàn)播放音樂，按鍵選擇曲目、暫停、播放功能。程序調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決的辦法：（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(dǎo)致的，例如有的 RET 返回指令一定要按正確格式書寫或在兩行指令間最好不要留空行。（2） 程序中的跳轉(zhuǎn)指令的運用很重要，為保險起見，都用 LJMP,我們就遇到過跳轉(zhuǎn)指令用錯程序無法正常運行的現(xiàn)象。當(dāng)用 JNZ 指令時，跳轉(zhuǎn)范圍比較少，這時要用一個標(biāo)號中轉(zhuǎn)。（3） 編程時要注意，在

17、程序開始時，要寫入各定時器中斷的入口地址。（4） 編程過程中要注意加注釋或分割線，否則，在程序過長時容易變得很亂，不便于查找或更改。（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(shè)計思路完全可以按著 MP3 的工作方式列寫流程圖。（6） LCD 計時正常顯示的解決辦法：a. 兩個定時器同時工作，存在中斷時序問題，剛開始時我們把定時器 1設(shè)定在方式 3，計 250us，由于定時中斷過于頻繁，使 CPU 負(fù)載過大，導(dǎo)致音樂不能正常播放，時間不能正常顯示。解決辦法：將定時器 1 設(shè)定在工作方式 1，16 位計數(shù)，計 50ms,效果有很大改觀。但還有問題。b. 當(dāng)音樂為全 4 拍起始時，

18、此時音樂節(jié)奏與定時器 T1 中斷頻率錯開，LCD 顯示和音樂播放都會好一些。c. 另外，在歌曲中，當(dāng)遇到一個音符發(fā)音為 4 拍，在編曲中為*CH，因時間較長，當(dāng)定時器 T1 此時來中斷時，就會對歌曲播放產(chǎn)生影響，若改為發(fā)音一拍，中斷對歌曲播放影響減弱，但音樂效果變差。九、元器件清單九、元器件清單十、電路總圖十、電路總圖 圖 10.1 單片機(jī)八音盒的設(shè)計總電路圖名稱數(shù)量（個）型號備注電阻6排阻 RX8(1 個)1k(2 個),5.5k(1 個),10k(1 個),15(1個)數(shù)碼管17SEG-DIGITAL按鈕4BUTTON單片機(jī)1AT89C51三極管12N2905揚聲器1SPEAKER電源25

19、V電容330pf(2 個),10uf(1 個)晶振1CRYSTAL十一、實驗總結(jié)十一、實驗總結(jié) 信息革命的深入和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，并逐漸發(fā)展成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科，單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗電少、電源單一、功能強(qiáng)、價格低、運行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可用性高等優(yōu)點。單片機(jī)是一種在線式實時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：本次課程設(shè)計是為了培養(yǎng)我們的動手能力，同時也讓我們對單片機(jī)有更為直觀的了解，對其相關(guān)軟件了解并熟悉使用，我了解了 keil C51 軟件包含