基于51单片机的电子播放器的设计与实现(毕业论文毕业设计).doc

毕业设计(论文) 基于51单片机的电子播放器的设计与实现学 号：姓 名：专 业：电气工程及其自动化系 别：指导教师：二一三年六月 毕业设计(论文) 基于51单片机的电子播放器的设计与实现学 号：姓 名：专 业：电气工程及其自动化系 别：指导教师：二一三年六月北京交通大学毕业设计（论文）成绩评议题目： 基于51单片机的电子播放器的设计与实现 系别： 专业： 电气工程及其自动化 姓名： 学号： 指导教师建议成绩： 95分 评阅教师建议成绩： 90分 答辩小组建议成绩： 91分 总成绩： 92分 答辩委员会主席签字：年 月 日北京交通大学毕业设计（论文）任务书姓名学号专业电气工程及其自动化设计（论文）题目基于51单片机的电子播放器的设计与实现题目性质 r 设计； 论文题目来源 r 教学； 科研； 生产； 其他指导教师职 称工作单位备注毕业设计(论文)的内容和要求：1 熟练掌握单片机原理及应用技术；2 完成电子播放器硬件电路设计；3 完成相应的软件设计；4 在软件平台调试成功；5 完成整个系统的设计。毕业设计(论文)主要参考资料： 1 陈大钦模拟电子技术基础m北京：高等教育出版社20062 阎石数字电子技术基础m北京：高等教育出版社20063 谭浩强mcs-51单片机应用教程m北京：清华大学出版社20104 周复三音乐基础理论教程m山东：山东大学出版社19915 李军单片机高级实例开发指南m北京：北京航空航天大学出版社20046 欧伟明单片机原理与应用系统设计m北京：电子工业出版社20107 谢维成、杨加国单片机原理与应用及c51程序设计m北京：清华大学 出版社20068 江世明基于proteus的单片机应用技术m北京：电子工业出版社20109 马忠梅、马岩、张凯等单片机的c语言应用程序设计m北京：北京航空航天大学出版社200710 夏继强单片机实验与实践教程m北京：北京航空航天大学出版社200611 杨宁单片机与控制技术m北京：北京航空航天大学出版社200512 张晓乡89c51单片机实用教程m北京：电子工业出版社2010 13 吴国经单片机应用技术m北京：中国电力出版社200414 扬刚、周群电子系统设计与实践m电子工业出版社200415 肖洪兵跟我学用单片机m北京：北京航空航天大学出版社2002毕业设计(论文)应完成的工作：完成电子播放器的设计功能包括：1.具有歌曲储存，选曲功能；2.具有完整播放音乐功能；3.具有整机复位，所使用电压为5v。进度安排：一月：完成开题报告，查阅相关资料；二月：考研调查初步确定设计方案；三月：汇总调研考察收集的技术资料进行方案的初步设计；四月：制定详细的设计方案，绘制工作原理图、硬件及软件设计实现；五月：中期检查与答辩，测试并完善系统功能；六月：整理文档撰写论文，进行论文答辩。指导教师签字： 日期： 年 月 日系意见：签字：系（盖章）日期： 年 月 日北京交通大学毕业设计（论文）开题报告姓名学号专业电气工程及其自动化设计（论文）题目基于51单片机的电子播放器的设计与实现1. 毕业设计(论文)的目的及意义（含国内外的研究现状分析）：当前，在世界范围内，一个以微电子技术、计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发达国家水平，必须加速发展我国的信息技术和信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以求完善。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(cpu)，随机存取数据存储器。(ram)，只读程序存储器(rom)，输入输出电路(i/o口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(sci)，显示驱动电路(lcd或led驱动电路)，模拟多路转换器及a/d转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 随着科学技术的发展，带数字语音功能的嵌入式终端类产品在日常生活中得到了广泛的使用，这也促进了与该功能相关的数字音频压缩技术的发展，在数字音频压缩技术中，mp3的设计与实现以其优异的性能得到了广泛的使用。现在，具备mp3功能已成为嵌入式终端类产品的发展趋势之一。作为这样一个新的课题的研究，在实现mp3播放的功能后，可以实现精密播放mp3文件的实时性，准确性，高效性。此外，这样一个课题是作为我们能力的一种综合和提升，对科技的创新具有非常重要的意义。国外研究现状: 从1998年，韩国世韩(seahan)公司推出了世界上第一台mp3播放器到现在，mp3播放器逐步成为电子市场上的热销产品，受到广大音乐爱好者的欢迎。 mp3（mpeg audio layer 3）是采用国际标准mpeg（moving pictures experts group，动态图象专家组）中的第三层音频压缩模式，对声音信号进行压缩的一种格式。mpeg声音压缩算法是一种通用的声音编码技术，它对音源的性质没有作任何假设，而是利用人耳的听觉特性对声音进行压缩。mpeg音频层根据压缩质量和编码复杂程度划分为三层，即layer-1、layer2、layer3，且分别对应mp1、mp2、mp3这三种声音文件，并根据不同的用途，使用不同层次的编码。mpeg音频编码的层次越高，编码器越复杂，压缩率也越高，mp1和mp2的压缩率分别为4：1 和6：1-8：1，而mp3的压缩率则高达10：1-12：1。也就是说，一分钟cd音质的音乐，未经压缩需要10mb的存储空间，而经过mp3压缩编码后只有1mb左右。 随着社会经济的发展，在信息家电和行业应用手持信息设备等信息终端类产品中，具备mp3功能已成为此类产品的发展趋势之一。如我们常见的智能手机、电子词典、一般都具有mp3的功能实现。 国内进展状况：从第一款mp3的诞生，到现在六年多的积累，mp3随身听市场总量迅速扩大，成为电子信息行业新的增长点。mp3随身听正以无可比拟的优势，逐渐成为传统磁带随身听、cd随身听之后市场上新的竞争者。种种迹象表明，中国mp3市场正迎来了自己的黄金季节。根据国内权威调查机构ccid统计显示，继2002年高达135.7%的增长之后，2003年，国内mp3市场再度井喷，售量为177.3万台，增长高达235.8。目前，mp3正以每年100-200%的速度不断蚕食这个巨大的市场，据统计2008年mp3市场总量将达到1800万台。我们可以很清楚的看到mp3行业的前景！从mp3发展的现状与前景来说， mp3随身听产业进入门槛虽然低，但技术含量却不低。如今，网络视频资源已经十分丰富，这其中，real公司推出的rm和rmvb格式几乎占据网络视频格式的80%以上份额，市场和用户群相当庞大，促使这些免费资源能被人们随身使用是播放器厂商一直以来追求的目标。在此情况下，支持rm/rmvb格式的视频播放器应运而生，2007年是其大发展的一年，real播放器时代已经来临。2008年，提供对rm/rmvb全规格文件支持的mp3产品已经成为了mp3市场新的争夺点。2. 基本内容和技术方案：本文研究的是基于单片机的mp3设计，本系统借鉴了国内外研究经验，以自主开发为主，成本较低，从发展的角度来说，消费者选择mp3是因为他轻巧、时尚、音乐格式存储、下载方便，以及无穷的衍生功能，如fm收音机、转录、录音等。本系统可以以音乐格式存储、下载方便，以及无穷的衍生功能，用闪存为主要存储介质、播放数字音频的产品，将有恒久的生命力。3. 主要参考文献：1 陈大钦模拟电子技术基础m北京：高等教育出版社20062 阎石数字电子技术基础m北京：高等教育出版社20063 谭浩强mcs-51单片机应用教程m北京：清华大学出版社20104 周复三音乐基础理论教程m山东：山东大学出版社19915 李军单片机高级实例开发指南m北京：北京航空航天大学出版社20046 欧伟明单片机原理与应用系统设计m北京：电子工业出版社20107 谢维成、杨加国单片机原理与应用及c51程序设计m北京：清华大学 出版社20068 江世明基于proteus的单片机应用技术m北京：电子工业出版社20109 马忠梅、马岩、张凯等单片机的c语言应用程序设计m北京：北京航空航天大学出版社200710 夏继强单片机实验与实践教程m北京：北京航空航天大学出版社200611 杨宁单片机与控制技术m北京：北京航空航天大学出版社200512 张晓乡89c51单片机实用教程m北京：电子工业出版社2010 13 吴国经单片机应用技术m北京：中国电力出版社200414 扬刚、周群电子系统设计与实践m电子工业出版社200415 肖洪兵跟我学用单片机m北京：北京航空航天大学出版社20024. 进度安排：一月：完成开题报告，查阅相关资料；二月：考研调查初步确定设计方案；三月：汇总调研考察收集的技术资料进行方案的初步设计；四月：制定详细的设计方案，绘制工作原理图、硬件及软件设计实现；五月：中期检查与答辩，测试并完善系统功能；六月：整理文档撰写论文，进行论文答辩。5. 指导教师意见：开题报告中研究的基本内容、研究的主要问题、研究的方向明确，研究的方法及措施可行，研究工作的步骤、进度安排合理允许开题。指导教师签字： 日期： 年 月 日6. 系意见：签字：系（盖章）日期： 年 月 日北京交通大学毕业设计（论文）指导教师评阅意见姓名学号专业电气工程及其自动化指导教师职称单位指导教师职称单位毕业设计（论文）题目基于51单片机的电子播放器的设计与实现指导教师评语：本文选题符合实际，文章脉络清晰，文笔流畅，基本观点明确，另论文格式正确，书写规范。本毕业设计仍存在的主要问题，实物未能调试成功，创新内容需加强。 是否同意答辩：同意论文成绩：95分指导教师（签名）： 年 月 日北京交通大学毕业设计（论文）评阅教师评阅意见姓名学号专业电气工程及其自动化指导教师职称单位指导教师职称单位毕业设计（论文）题目基于51单片机的电子播放器的设计与实现对论文的评语：xxx同学毕业论文的选题基于51单片机的电子播放器的设计与实现论文探讨了单片机音乐播放器的系统分析和设计方法，具有一定实用价值。该同学收集的数据资料较翔实，分析和论证有一定深度，结论正确合理。论文的写作基本规范。存在问题是对存在问题的探讨还可进一步深入，对存在问题原因的分析还可进一步展开。 综上所述，x同学已经掌握了本专业的基础理论和相关专业知识，该同学写作的毕业论文已经达到本科毕业论文水平，可以提交答辩。是否同意安排论文答辩：同意论文成绩：90分评阅教师（签名）： 年 月 日北京交通大学毕业设计（论文）答辩小组评议意见姓名学号专业电气工程及其自动化毕业设计（论文）题目基于51单片机的电子播放器的设计与实现答 辩 小 组 成 员:姓 名职 称工作单位备注教授组长高级工程师答辩小组评语：本论文有硬件软件设计，表明该生具有动手能力，并且得到了很好的锻炼，在论文答辩过程中，该生能在规定时间内熟练、扼要地陈述论文的主要内容，回答问题时反映敏捷，思路清晰，表达准确。答辩小组经过充分讨论根据该生论文质量和答辩中的表现同意评定论文为优秀。答辩组长（签名）： 年 月 日答辩成绩91分毕业设计（论文）诚信声明本人声明所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 日期： 毕业设计（论文）使用授权书本人完全了解北京交通大学有关保管、使用论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存论文；学校可允许论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容。本人签名： 日期：摘 要mp3是mpeg一1音频层的简称。mpeg音频是目前普遍应用的音频压缩标准，其中层的算法最为复杂，但压缩比最大，效果较好，在低码率条件下基本能达到cd的音质效果。低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储、数字广播、网上音乐传输的主要方式。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算，数据传送，中断处理）的微处理器，随即存取数据处理器，只读程序存储器，输入输出电路，可能还包括定时计数器，串行通信口，显示驱动电路，模拟多路转换器及a/d转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小而又完善的计算机系统。本文介绍了一种基于atmel公司生产的at89c51单片机的mp3播放器设计，分析了基于单片机的音乐播放器的工作原理，详细介绍了音乐播放器的功能以及硬件设计和软件设计的方法，以单片机为核心，由最小系统、d/a转换电路和键盘电路等完成对音乐播放器的设计与实现。本次设计主要以at89c51单片机为核心，对音乐播放器的设计与实现进行了硬件及软件的设计，并给出了一套完整的解决方案，实现了单片机音乐播放器对音乐的演奏。关键词：音乐播放器；单片机；解码器iabstractmp3 is mpeg-1 audio layer for short. mpeg audio is widely used audio compression standards, including the most complex algorithm level, but the maximum compression ratio, better, at lower bit rate can be achieved under the conditions of the basic cds sound quality. low data volume and the advantages of high playback quality make it a music store, digital broadcasting, the main form of online music transmission.single tablets machine is a integrated circuit chip, used super mass technology to has data processing ability (as arithmetic operations, logic operations, data transfer, interrupt processing) of microprocessor, immediately access data processing device, only read program memory, entered output circuit, may also including scheduled counter, serial pass socket, display driven circuit, simulation more road conversion device and the a/d conversion device, circuit integrated to a single block chip shang, constitute a minimum and and perfect of computer systems. this article describes has a based on atmel company production of at89c51 single tablets machine of mp3 play device design, analysis has based on single tablets machine of music play device of work principle, more describes has music play device of function and hardware design and software design of method, to single tablets machine for core, by minimum system, and d/a conversion circuit and keyboard circuit, completed on music play device of design and implementation.in this paper, the at89c51 microcontroller as the core of the music players design and implementation of hardware and software design, and gives a complete solution to achieve a single chip music player for playing music.key words：music player; single-chipcomputer; decoderiv目 录摘 要iabstractii目 录iii第1章 绪论11.1电子音乐概述11.2国内外电子音乐的发展11.3音乐发生器的扩展2第2章 设计方案42.1设计方案论证42.1.1 方案一42.1.2 方案二52.1.3 方案三62.1.3 方案比较7第3章 硬件设计83.1电路组成及工作原理83.1.1电路组成83.1.2电路工作原理83.2 at89c51的简介93.2.1 at89c51功能概述93.2.2 at89c51的管脚图113.2.3 at89c51单片机的引脚介绍123.3 单片机应用系统153.4 晶振电路163.5 扬声器电路173.6 显示电路173.7 更换歌曲电路183.8 复位电路193.9 程序存储器外部扩展电路20第4章 液晶显示原理及lm016l简介214.1液晶显示原理及分类214.1.1液晶显示原理214.1.2液晶显示器的分类214.1.3液晶显示器各种图形的显示原理:224.2 lcd1602简介23第5章 稳压电源265.1稳压电源的功能265.2直流稳压电源265.3 220v交流电转5v直流电的电源设计275.3.1电路工作原理275.3.2电路原理图28第6章 软件系统设计296.1软件流程设计296.2性能分析316.3 keil开发系统316.4 proteus的操作34结 论36致 谢37参考文献38附 录39附录1：音乐发生器电路原理图39附录2：系统源代码40附录3：原件汇总表61附录4：实物照62北京交通大学毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 电子音乐概述电子音乐是现代音乐的一种形式，是一种与古典截然不同的音乐形式。而今，越来越多钟情于电子音乐的音乐家们相信，通过电流产生的声音打破音乐的结构及人们习惯的听觉经验，人与人之间的情感是可以沟通的。电子音乐是一种科技的见证。也就是说，借助电子音乐，技术可以见证音乐，音乐可以见证技术。电子音乐是对传统音乐的延承和背叛，它紧密地依偎着这个“科技与信息”的时代。音乐电声的一个重要内容就是电子音乐。电子琴的出现，开辟了音乐的一个新天地。但是自从电子合成器问世以来，电子音乐就又进入了一个更高的阶段。 目前，由于电子音乐的普及，电子合成器（合成器实际上是一台声音的频率合成仪，可以制作各种声音，改变各种音色）可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题。可以事先制作伴奏音乐或背景音乐，而不需要乐队，或者部分代替乐队。由于音乐合成器制作和修改方便，成本低，音乐丰满，所以市场需求量很大，因此，世界许多国家的厂商都不断地在发展并推出新的型号，每年都要更新换代。当前的发展趋势是不断的采用先进技术，例如有的合成器有“跟随”功能，即经预置，每一个音后可以跟随一个二度或三度音，“重叠”功能，轻奏或重奏时可以发不同音调或音色；另外，合成器还向轻便、使用操作方便等方向发展。1.2 国内外电子音乐的发展早期“电子音乐”靠模拟电路产生声音的，它的主要功能是产生电子音频和对人耳所能听到的所有泛音列进行编辑。“电子音乐”向人们展现出了混合新音色、非常规音色制作方式的优势，大大提高了制作和创作音乐的效率，带动了新的音乐风格的发展。60多年来，“电子音乐”主要经历了从“录音机音乐”到“合成器音乐”再到“电脑音乐”这三个阶段的演变。电子乐器的发展在“电子音乐”的诞生后，使人们充分认识到了“电子乐器”运用到“电子音乐”中的可行性。这必将为“电子音乐”渲染上一片神话色彩，映照着人类生生不息的智慧。没有这个发展就不可能有当代电脑音乐的出现。电子音乐在我国的发展“电子音乐”最初是70年代末到80年代初的“改革开放”以来，西方现代音乐思潮与实践在中国的传播。90年代以来，“电子音乐”创作与教育已经开始逐步广泛开展。1993年，中央音乐学院作曲家张小夫教授创建了中国现代电子音乐中心，有力的推动了中国电子音乐的发展。并于此开始开设关于此项技术一些相关领域的研究生、本科生。以midi为代表的音乐数码技术从20世纪80年代中期开始逐步进入我国的音乐生活，并以惊人的速度从多方面影响着专业音乐。尤其是作曲与作曲技术理论专业的思想观念、表现手法与工作程序，社会生产和消费也因此引发了急切的用人需求。现在随着计算机的兼容性越来越好，多媒体计算机进入千家万户，计算机进行综合音乐制作能力更强，音乐作品可以把它储存成一定的格式，通过软盘或网络进行传播，听众直接在计算机上听音乐。它容声音、图形、文字于一体，极富有刺激性，比现场演出还精彩，更明白。除了网络中的应接不暇的应用，技术也逐步普及到了大众手机铃音领域。可以自行剪切编辑、录制喜欢的音乐或声音作为个性手机铃音。综合上述，从“电子音乐”的过去、现在、未来发展的进程中可以看出，它给音乐制作能普及至社会个人便携操作的影响，是不可磨灭的功绩。它的统治地位趋势已成不可逆转的状态。电子音乐已经深入地影响到了现代人的音乐审美观念,并有继续发展的强烈趋势。在这个趋势中，电脑音乐也许不会成为今后音乐的主流，但它在整个人类音乐史上的地位已经不容置疑地确立了，相信它会越来越深入地浸透到音乐创作和欣赏的领域中，并且将在一定程度上影响人们对音乐的理解和诠释。用单片机制作的音乐发生器也会越来越多，这将必然成为一种趋势。1.3 音乐发生器的扩展熟练的运用89c51单片机定时器产生固定频率的方波信号，推动喇叭发出旋律，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律，最重要的是自己还可以通过程序设计输入自己喜欢的歌曲来演奏中，本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方便设计音乐旋律，可以扩充其功能如下：（1）具有歌曲储存，选曲功能；（2）具有完整播放音乐功能；（3）具有整机复位，所使用电压为5v；（4）可以存储多首歌曲。39第2章 设计方案2.1 设计方案论证2.1.1 方案一利用at89c51、74ls373锁存器和27c512外部扩展组成的音乐播放器（1）硬件设计电路以at89c51为主控制器，74ls373和27c512进行外部程序存储器的扩展，播放/暂停键为播放/暂停歌曲，下一曲键和上一曲键分别为调整歌曲的下一曲和上一曲选择键的按钮。晶振采用12mhz，音乐信号由p30口输出，经喇叭发声而播放歌曲如图2-1所示框架图。扬声电路数码管晶振电路更换歌曲电路at89c51单片机复位电路存储器扩展电路图2-1方案一框架图（2）软件设计程序中根据音选取的是c调三个8度内的音符，共24个音阶。每个音符对应频率由定时器t0产生。为了程序调用方便，每个音符都对应一个编码，占用一个字节。在程序中以查表的方式加载计数初值。当值为00h时表示空拍，与节拍码配合完成节拍发音。节拍码也占一个字节，每个音符的时间长度等于基本时间乘以节拍码的值，由定时器产生。当节拍码值为01h时，表示当前乐曲结束，为00h时，表示全部乐曲结束。为了编码简单，一般节拍码高半字节表示整拍，低半字节表示分数，只要基本延时设定恰当即可并且在按开始按钮后，可以播放歌曲。在播放程序中设置三个变量，分别用于用于存放时、分、秒，每次定时中断发生时，对基准时间计数，当达到一秒时，把秒加一，达到一分时，将分加一同时调用数码管显示子程序，将时分秒分别拆分为个位、十位进行显示。利用外部中断1、2实现上一曲、下一曲以及暂停功能，设置一个计数变量，检测到上一曲或下一曲按下时，分别对计数变量加一或减一，检测到暂停被按下时，等待按键再一次按下后，继续播放，方案中歌曲的循环模式为列表循环。2.1.2 方案二（1）硬件设计晶振电路4*4矩阵键盘扬声器电路复位电路数码管存储器扩展电路at89c51单片机图2-2方案二框架图电路以at89c51为主控制器，74ls373和27c512进行外部程序存储器的扩展，采用利用4x4组成的16个按钮矩阵键盘来实现对播放的控制，其中包括下一曲、上一曲、暂停按钮（分别为c、d、e键），当按下1a其中的一个时，跳到相应的曲谱进行演奏，显示电路采用六个共阴极数码管进行显示，晶振采用12mhz，音乐信号由p30口输出，经喇叭发声而播放歌曲，如图2-2所示。（2）软件设计程序中音选取的是c调三个8度内的音符，共24个音阶。每个音符对应频率由定时器t0产生。为了程序调用方便，演奏时时每个音符都对应一个编码，占用一个字节。在程序中以查表的方式加载计数初值,为了编码简单，一般节拍高半字节表示整拍，低半字节表示分数，只要基本延时设定恰当即可，为了及时响应键盘操作，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫描按键，在按键模块中调用其他功能模块）,按键每按下一次，按键扫描模块计算出键值，并储存键值，根据键值跳转至响应的标号执行程序，播放相应的歌曲，歌曲循环模式为单曲循环，其他功能的实现与方案一类同。2.1.3 方案三（1）硬件设计at89c51单片机晶振电路4*4矩阵键盘扬声器电路图2-3方案三框架图复位电路液晶显示屏存储器扩展电路电路以at89c51为主控制器，采用利用4x4组成的16个按钮矩阵键盘来上实现对播放的控制，其中c、d、e分别为功能键上一曲、下一曲以及暂停。f键为开机画面显示，1a号按键中每按一个键，跳到相应的曲谱进行演奏，显示电路采用液晶显示器lm016l进行显示，晶振采用12mhz，音乐信号由p30口输出，经喇叭发声而播放歌曲，如图2-3所示。（2）软件设计程序中音选取的是c调一个8度内的音符，共7个音阶。根据十二平均律，（即将八度定义为1200音分，其中全因音符占200音分，半音占100音分，共十二个半音）每个音符对应频率由定时器t0产生。为了程序调用方便，将十二个半音的定时器初值放于表中，演奏时无需计算定时器初值，在程序中以查表的方式加载计数初值,每个音符都对应一个编码，占用一个字节。由于人耳的分辨力有限，为了编程简单，曲谱中的节拍码用延时来代替，每个音符发音30ms。由于采用的是矩阵式键盘，为了及时响应按键，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫描按键，在按键模块中调用其他功能模块）。按键每按下一次，按键扫描模块计算出键值，并储存键值，跳转至响应的标号执行程序，并调用液晶显示子程序，将键值在液晶显示器制定位置显示，如果检测到f键被按下，调用液晶显示模块，显英文字符欢迎，以及作者信息，本程序中，由于音符的长度是固定的30ms，t1用于更新剩余时间。剩余时间的显示同上。2.1.3 方案比较从以上三种方案，方案一采用的是独立式按键，按键太少，不能实现歌曲的快速选择，几乎没有拓展功能的可能，而方案二虽然采用的是矩阵式键盘，无论从扩展功能上将还是快速选择都优于方案一，但数码管显示不稳定，编程以及困难，占用cpu时序太多，方案三显然不存在方案一、方案二的缺点，使用了液晶显示屏，编程简单，显示稳定，占用cpu时序少，并且可以实现许多方案一、方案二无法实现的功能，无论是矩阵式键盘，还是液晶显示器，都有许多可扩展的功能，并且在播放音乐时简单实用，在使用上及其功能的实现上都优于前两种方案。更重要的是液晶显示器是当今电子设计的主流，通过这次设计，我能够学习到许多东西。通过方案对比，最终选择方案三，音乐发生器电路原理图见附录所示。北京交通大学毕业设计（论文）第3章 硬件设计3.1 电路组成及工作原理3.1.1 电路组成音乐发生器的电路设计方框图如上图方案三所示，电路原理图见附录1所示，主要由单片机控制系统、行列式键盘、液晶显示屏、内存外部扩充电路、复位电路等组成。单片机at89c51是本系统的核心，它主要负责控制各个部分协调工作。在其外围接上：复位电路、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振x1、电容、电阻、扬声器、4*4行列式键盘、74ls373锁存器、27c512外部程序存储器扩展、lm016l液晶显示屏。硬件电路中用p1.0p1.7控制按键，其中p1.0p1.3扫描行，p1.4p1.7扫描列，用，p2.0p2.2作为lcd的rs,r/w,e的控制信号。用p0.0p0.7作为lcd的d0d7的控制信号。用p3.7口控制蜂鸣器，电路为12mhz晶振频率工作，起振电路中c1,c2均为30pf。将p0口作为74ls373锁存器的输入以及27c512的数据输入口，锁存器输出至27c512的低八位地址口，将p2口作为27c512高八位地址口，27c512的控制信号oe/vpp接至单片机的psen，实现片外rom的读写控制。3.1.2 电路工作原理 本音乐发生器是用单片机来设计制作完成，其功能的实现主要通过软件编程来完成， at89c51单片机片内带有4kb和外部程序存储器扩展的256k的内存，并且允许在系统内改写或用编程器编程。该音乐发生器的效率较高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。存储歌曲是采用的外部扩展，4*4行列式键盘来实现的，按键将单片机i/0 口的电平拉低，单片机检测到i/o口电平为0时，判断并存储键值。并自动跳转至相应曲号的标号处执行代码。显示采用的是液晶显示屏lm016l，显示稳定清晰，并且能显示多个信息，当片内4k的程序存储器存满后，自动跳转到片外256k程序存储器继续存储。3.2 at89c51的简介3.2.1 at89c51功能概述at89c51的性能特点：根据其结构形式和所采用的半导体工艺，单片机具有以下主要特点：（1）性价比高。（2）集成度高、体积小、可靠性高。由于单片机将各个功能部件集成在一块芯片上，且内部采用总线结构，减少了各个芯片之间的连线，从而大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。（3）控制功能强。单片机中的指令系统中均有极丰富的转移指令、i/o接口的逻辑操作及位处理功能。（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 （5）外部总线增加了串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，易于构成各种规模的应用系统。（7）单片机体积小、可靠性高，具有面向嵌入式应用系统的结构和指令系统，同时又有多种型号供用户选择，可以说，单片机是最典型和应用最广泛的嵌入式系统。自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的进一步发展，导致微型计算机正向两个主要方向发展：一是高速度、高性能、大容量的高档微型机及其系列化向大、中型计算机的挑战；另一个是稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域需要的单片机。mcs51系列是intel公司在1980年推出的高档8位单片机，具有性能价格比高、品种多、兼容性强、开发用的仿真机较完善等优点，所以在国际上和国内的占有率相当高。它拥有8位微处理器和控制器，内含一个一位布尔运算处理器，可直接对数据的位进行操作和运算，特别适用于逻辑控制。内部含有4kb的程序rom并且在外部扩展了256k的存储空间，2个16位的计数/定时器。本次采用的是at89c51单片机，其电路如3-1所示，它的中断功能比较强，有5个中断源，即外部中断2个，定时器中断2个，串行中断1个，有2个中断优先级。中断控制电路主要包括用于中断控制的四个寄存器：定时器控制寄存器tcon，串行口控制寄存器scon，中断允许控制寄存器ie，中断优先级控制寄存器ip等。内部时钟振荡器，全双工方式的串行接口（uart），两极中断优先权的6个中断源/5个中断矢量的中断逻辑。哈佛结构的存储器组织，支持高达64k为单周期指令，支持六种寻址方式。最高时钟振荡频率可达12mhz，大部分指令执行时间为1s，乘、除指令为4s。功能特性：与mcs-51 兼容4k字节可编程flash存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0hz-24mhz三级程序存储器锁定1288位内部ram32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at89c51单片机基本组成：（1）一个8位的微处理器；（2）片内数据存储器ram为128b，有21个特殊功能寄存器（sfr）；（3）片内程序存储器flash rom，可循制片外的ram；（4）4个8位并行i/o接口（p0p3）；一个全双工通用异步串行接口uart；（5）可寻址片内外统一编制的64kb的rom，可寻址片外64kb的ram；（6）两个16位的定时器/计数器；（7）5个中断源、两个优先级的中断控制系统；（8）具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能；（9）片内振荡器和时钟产生电路。at89c51单片机结构框图如下图3-1：图3-1 at89c51单片机结构框图3.2.2 at89c51的管脚图a) b)图3-2 at89c51芯片引脚图mcs-51系列单片机采用40引脚双列直插式封装（dip），其引脚排列和逻辑符号如图3-2所示，4个并行口共有32根引脚，可分别作地址线、数据线和i/o线；2根电源线；2根时钟振荡电路引脚和4根控制线。3.2.3 at89c51单片机的引脚介绍at89c51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有许多引脚具有第二功能，各引脚功能说明如下：（1）电源引脚：vcc和vss vcc（40脚）：电源端，正常运行时接+5v电源。 vss（20脚）：接地端，正常运行时接地（+5v电源接地端）。（2）外接晶体引脚：xtal1和xtal289c51内部有一个振荡器和时钟产生电路，完成时序信号的产生。xtal1（19脚）是单片机片内振荡电路反相放大器的输出端。当采用内部方式时钟电路是，需要在片外链接石英晶体，xtal1（19脚）和xtal2(18脚)用来连接外部的石英晶体和微调电容，产生原始的振荡脉冲信号。石英晶体的固有频率就是单片机的振荡频率。当采用外部时钟电路时，xtal1（19脚）用来输入外部时钟脉冲信号，xtal2（18脚）悬空。（3）控制信号引脚：rst、ale、psen、en（有上划线） rst（9脚）：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端上保持两个机器周期以上的时间的高电平时，就可以使单片机复位。89c51单片机的两个机器周期相当于24个时钟振荡周期。复位操作使cpu及系统各部分进入初始状态，并从初始状态开始工作。 ale（30）脚：此引脚又写做ale/prog，地址锁存允许信号输出端/编程脉冲输入端，它有两个功能。当89c51加电正常工作后，ale引脚连续地输出正脉冲信号，其频率为振荡器频率的1/6，可以利用它作为对外输出的时钟或定时信号。另外，当89c51访问片外的存储器时，89c51输出地址总线信号16位，数据总线8位。其中，低8位地址总线和数据总线8位是p0口分时复用的，ale输出信号作为锁存p0口低8位地址的控制信号。这个引脚有第二功能，prog在对89c51片内带有的4kb容量的flash rom编程写入时，作为编程脉冲输入端。这个操作又称为程序的固化。 psen（29脚）：外部程序存储器读选通输出信号，低电平有效。89c51片外可以扩展程序存储器rom和数据存储器ram，当89c51访问片外rom时，即从外部程序存储器读取指令（或常熟）时，在每个机器周期中，输出两个有效的psen信号。这个信号常用外部rom的读选通信号，连接到rom芯片的输出允许端（oe）。当访问外部数据存储器ram时，这个信号不出现，为高电平。 ea（31脚）：此引脚又写做ea/vpp，外部程序存储器地址使能输入端/固化编程电压输入端。它有两个功能。第一个功能是作为外部程序存储器地址使能输入端ea。89c51具有片内外统一编址的64kb程序存储器空间，包括片内有4kb的flash rom，片外还可以扩展到64kb程序存储器。在实际应作用中有两种使用方法。如果将ea引脚接高电平（“1”），如接电源的vcc端，cpu首先访问片内4kb的rom，执行其中的指令，这4kb rom的地址范围为0000h-0ffh，当pc（程序计数器）的值超过0ffh时，cpu将自动到外部程序存储器中取指令，外部程序存储器的地址范围为100h-ffffh。如果将ea引脚接低电平（“1”），如接地端，cpu只访问外部程序存储器，并执行外部程序存储器中的指令。此时不管片内是否有程序存储器，片外程序存储器的地址从0000h开始，最大到fffh，有64kb的存储空间。该引脚的第二功能vpp为固化编程的电压输入端。在对片内4kb的flash rom编程（程序固化）时，在此引脚施加编程需要的电源电压，如选用+12v的编程电压。（4）输入/输出端口引脚p0、p1、p2、p389c51有4个8位的并行的并行输入/输出端口，共有32个引脚，它们可以作为通用的输入/输出端口，除此之外，p0、p2和p3端口又有各自的第二功能。单片机由于引脚的数目有限，但是功能又越来越强，需要的信号线数目多，为此，通常采用给一些引脚赋予双重功能的方法，对有些引脚在不同的的应用环境下提供第二功能。这样提升了单片机的性能，又大大减少了引脚数目，这种技术在单片机中得到广泛应用。 通用输入/输出端口p0端口（p0.0-p0.7，第39-32脚）：p0端口作为通用输入/输出端口使用，是一个漏极开路的准双向i/o接口。可以作为输入，但使用时要先对锁存器写“1”，这是准双向口的要求；也可以作为输出，输出时每位能驱动8个74ls类型的ttl负载。可以对p0端口8位并行输入/输出，也可以对其中的每一位进行i/o操作。p1端