单片机数字音乐盒课程设计

课程设计说明书 第 I 页数字音乐盒的设计摘 要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。本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、显示电路以及蜂鸣器组成。使用四个按键控制音乐盒，其中两个按键用来控制歌曲的播放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序的变化，本音乐盒共有三首歌曲。播放歌曲时，相应歌曲对应相应数码管上歌曲次序及歌名的显示。关键词： AT89C51,蜂鸣器，LCD 液晶显示课程设计说明书 第 II 页目 录1 绪论 .41.1 课题描述 .41.2 基本工作原理及框图 .42 相关芯片及硬件电路设计 .42.1 AT89C51 芯片 .42.1.1 AT89C51 的功能特性 .52.1.2 AT89C51 的主要性能参数 .52.2 晶振电路 .62.3 复位电路 .62.4 驱动电路 .72.4.1 蜂鸣器 .82.4.2 续流二极管 .82.4.3 滤波电容 .82.4.4 三极管 .82.5 显示电路 .92.5.1 线段的显示 .92.5.2 字符的显示 .92.6 按键电路 .103 系统软件设计 .103.1 软件设计程序流程图 .103.2 节拍的确定 .113.3 编码 .123.4 仿真 .12总 结 .15致 谢 .16课程设计说明书 第 III 页参考文献 .17附录 .18课程设计说明书 第 1 页1 绪论1.1 课题描述 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，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。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。1.2 基本工作原理及框图本次设计是一个基于AT89C51单片机的音乐盒，该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、蜂鸣器以及显示电路组成。使用其中两个按键来控制播放和暂停另外两个按键用来控制换曲。利在液晶上显示曲目的更换，共三首音乐，蜂鸣器每播放一首歌时液晶上显示相对应的歌曲次序。系统组成框图如图1。A T 8 9 C 5 1单片机复位电路L C D 1 6 0 2蜂鸣器时钟电路按键电路图 1 基本工作原理框图2 相关芯片及硬件电路设计2.1 AT89C51 芯片课程设计说明书 第 2 页图 2 AT89C51 引脚图2.1.1 AT89C51 的功能特性AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器， 128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。2.1.2 AT89C51 的主要性能参数AT89C51主要性能参数如下： 与 MC51 产品指令系统完全兼容 K 字 节 可 编 程 闪 烁 存储器 寿 命 ： 1000 写 /擦 循 环 数 据 保 留 时 间 ： 10 年 全 静 态 工 作 ： 0Hz-24Hz 三 级 程 序 存 储 器 锁 定课程设计说明书 第 3 页 128*8 位 内 部 RAM 32 可 编 程 I/O 线 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 5 个 中 断 源 可 编 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 片 内 振 荡 器 和 时 钟 电 路 2.2 晶振电路晶体振荡器，简称晶振，它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。晶振在应用具体起到的作用，微控制器的时钟源可以分为两类：一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化,震荡脉冲频fosc在 0至24MHZ范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响。图3为晶振电路。图 3 晶振电路2.3 复位电路 课程设计说明书 第 4 页单片机在启动时都需要进行复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。51系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。图4为复位电路。图 4 复位电路2.4 驱动电路由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的（但AVR可以驱动小功率蜂鸣器） ，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。 蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。图5为蜂鸣器驱动电路。课程设计说明书 第 5 页图 5 蜂鸣器驱动电路2.4.1 蜂鸣器 发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等。这些都可以根据需要来选择。 2.4.2 续流二极管 蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。否则，在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。 2.4.3 滤波电容 滤波电容C1 的作用是滤波，滤除蜂鸣器电流对其它部分的影响，也可改善电源的交流阻抗，如果可能，最好是再并联一个220uF的电解电容。2.4.4 三极管 三极管 Q1 起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。课程设计说明书 第 6 页2.5 显示电路2.5.1 线段的显示点阵图形式液晶由MN 个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM 区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH 的16字节的内容决定，当（000H ）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH， （ 001H）=00H， （002H）=00H， （00EH）=00H， （00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。2.5.2 字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1” ，其它的为“0” ，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。图6为显示电路。图 6 显示电路课程设计说明书 第 7 页2.6 按键电路P1.0-P1.5 作为控制按键，其中 P1.0-P1.1 扫描行，P1.4-P1.5 扫描列；可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。图 7 为按键电路。图 7 按键电路3 系统软件设计总体原理：播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。另外，音符的频率有所不同。基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。音符的发音主要靠不同的音