基于AT89S52单片机的多模式带音乐跑马灯设计(2011-2012)学位论.doc

密级： 公开 科科 学学技技术术学学院院 NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 学学 士士 学学 位位 论论 文文 THESIS OF BACHELOR （2011 2012 年） 题 目 基于 AT89S52 单片机的多模式带音乐跑马灯设 计 学 科 部： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2 起讫日期： 目 录 摘 要I ABSTRACTII 第一章 绪论1 1.1 设计方案背景 1 1.2 本设计研究意义 1 1.3 本设计研究内容与要求 1 1.4 系统总体设计 2 第二章 硬件设计3 2.1 单片机选型 3 2.2 电源模块 4 2.2.1 方案设计与论证.4 2.2.2 LM317 应用 .4 2.2.3 硬件电路图.5 2.3 单片机最小系统 6 2.3.1 方案设计与论证.6 2.3.2 复位电路设计.7 2.3.3 晶振电路设计.8 2.4 按键电路模块 8 2.4.1 方案设计与论证.8 2.4.2 按键简介.9 2.4.3 硬件电路图.9 2.5 LED 数码显示模块 9 2.5.1 方案设计与论证.9 2.5.3 硬件电路图12 2.6 音乐模块 .12 2.6.1 方案设计与论证12 2.6.2 蜂鸣器应用12 第三章 系统软件实现.14 3.1 系统流程图 .14 3.2 仿真图 .17 第四章 总结与展望.18 参考文献19 致谢20 附录 1：电气原理图 21 附录 2：设计主程序 22 I 基于基于 AT89S52AT89S52 单片机的多模式带音乐跑马灯设计单片机的多模式带音乐跑马灯设计 专业：自动化 学号：7021308072 学生姓名：王法杰 指导教师：陈艳 摘摘 要要: :本设计专门设计一种非常炫目的效果信息提示方案，使人们能过迅速的注意到重 要信息。设计从简单、省钱的理念出发，满足市场的需求，适用于我们的日常生活中。在 日常生活中跑马灯应用非常广泛，随处可见，并且提供的信息越来越丰富。 本设计是基于 MCS51 系列单片机所设计的，用 AT89S52 芯片控制跑马灯，整个系统有 10 种跑马灯模式可以选择，通过程序移位处理控制 P0 和 P1 口实现 10 种模式；K1 是选择 模式键，并将相应的模式在 LED 七段数码管中显示出来，对每种模式定义一个数字 0-9, 用程序实现模式选择及数码显示相应的模式字；K2 可以对跑马灯的速度进行加速， K3 可 以对跑马灯的速度进行减速, 采用软件延时实现控制流水速度；K4 可以对音乐切换，通 过定时器来产生音调和节拍，再通过三极管放大 P2.6 口的电平信号来驱动蜂鸣器，产生 音乐的音频；整个系统可以实现对跑马灯模式的多层控制，可以进行加减速，音乐歌曲切 换。 关键词：关键词：MCS51、跑马灯、加减速、七段数码管 II Based on the AT89S52MCU mode with music marquee design Abstract:The design of special design of a very dazzling effect information prompt solution, so that people can live a prompt attention to important information. Design from simple, economical philosophy, meet the needs of the market, applied to our daily life. In the daily life of the marquee application is very wide, can be seen everywhere and provide information more and more rich. So it is necessary to study the marquee. The design is based on the MCS51series single-chip design, using AT89S52chip to control the marquee, the whole system has 10marquee mode can be selected, through the process of shift process control P0 and P1 port to achieve10 kinds of mode; K1 is the choice of the mode button, and the corresponding mode in LED seven digital tube display, for each model defines a number of 0-9, the procedures to achieve the mode selection and digital display modes corresponding to the word; K2of marquee speed is accelerated, K3 can be on the marquee speed reducer, using software delay flow control speed; through the timer to generate rhythm and tone, and then through the P2.5 port to drive the buzzer, produce music audio; the whole system can be achieved on the marquee mode multilayer control, can also be used for acceleration and deceleration. Key words: MCS51, marquee, acceleration and deceleration, seven digital tube III 1 第一章 绪论 1.1 设计方案背景 跑马灯又叫走马灯、串马灯。由毛竹编织成马头，马尾，系在身上糊上颜色鲜艳的纸， 如今已由丝绸取代。在过去，跑马灯一般在春节等喜庆的日子里才表演，由二十来位 1114 岁小孩组成，边跳边唱，根据节奏快慢形成不同阵势，有喜庆、丁财两旺、五谷 丰登的寓意。现在也用来指在电脑上通过编程实现的一种效果，通常指有时需要用一矩形 条显示少量用户特别关心的信息，这条信息串首尾相连，向一个方向循环滚动。 当今世界经济社会的大发展，高新技术的不断开发。人们渴望通过简便、省钱方式得 到更多、更重要的信息。那么我们也在探讨以什么样的信息形式，供给本来就生活在五彩 缤纷的世界的人们；什么样的信息能过第一时间吸引人的眼球，而来监控一些比较重要的 信息，或在竞争激烈的商品交易中提高商品知名度。本设计专门设计一种非常炫目的效果 信息提示方案，使人们能过迅速的注意到重要信息。设计从简单、省钱的理念出发，满足 市场的需求，适用于我们的日常生活中。在日常生活中跑马灯用的非常广泛，随处可见并 且提供的信息越来越丰富。这就有必要我们来探讨一种比较合理的方案来满足人们不断变 化的要求。 1.2 本设计研究意义 跑马灯的应用十分广泛，主要以它的制作简便、价格低廉、信息醒目而得到人们 的亲睐。例如：跑马灯在单 片机系统中一般是用来指示和显示单片机的运行状态，一 般情况下，单片机的跑马灯由多个LED 发光二极管组成。在单片机运行时，可以在不 同状态下让跑马灯显示不同的组合，作为单片机系统正常的指示。当单片机系统出现 故障时，可以利用跑马灯显示当前的故障码，对故障做出诊断。此外，跑马灯在单片 机的调试过程中也非常有用，可以在不同时候将需要的寄存器或关键变量的值显示在 跑马灯上，提供需要的调试信息， 实际应用中也常通过 “跑马灯”来监视是否死机 。 证券业中常用 “跑马灯”来显示不断变化的股票行情 。也可应用于 各种建筑物，大 楼，酒吧， KTV，夜总会等娱乐场所 ，拖尾灯，以及各种休闲娱乐场所用的动态灯光显 示。 1.3 本设计研究内容与要求 这次课题研究我们主要以 MCS51 系列单片机作为主控芯片，通过单片机的控制。能实 现以下功能： 1、有 16 个发光二极管做跑马灯，其中跑马灯有 10 种灯亮模式； 2、有专门的按键用以切换跑马灯的模式，并且对于任何一种跑马灯模式都可以对亮 灯速度进行控制； 3、每一种跑马灯模式用 LED 数码管显示； 2 4、当跑马灯处于一种模式时，伴随音乐响起，有 3 首音乐，并可以对其进行切换。 1.4 系统总体设计 系统总体设计中，我们采用如下图所示，以 AT89S52 单片机为主控芯片控制系统中各 个模块。系统由 220V 交流电接入，通过 220V 变 5V 的交流变压器，得到 5V 的交流电，然 后通过二极管全桥整流、容滤波、二极管稳压，在通过 LM317 芯片得到稳定的 5V 电，给 系统供电。系统上电时单片机最小系统开始工作：单片机复位，各个寄存器赋初值，程序 开始执行。单片机控制 P0 和 P1 口实现按原定的 LED 显示模式开始流水工作,同时将模式 字通过单片机送往 P3 口，转化为数码管段号送给 7 段共阳数码管显示模式字。与此同时 启动定时器给 P26 口写电平信号，在通过三极管放大信号，驱动蜂鸣器产生音乐，音乐的 节拍和音调都是通过定时器不同的定时时间来产生。在通过键盘电路， P20、P21、P24、P25 口键接地，按下后把低电平送入单片机，单片机采集到低电平启动 中断，接着转而处理相应的加减速、模式切换、音乐歌曲切换的程序执行。在单片机为主 控芯片下向各个模块发送信息，控制 LED 显示、蜂鸣器、数码管显示。键盘电路向单片机 发送信息在反过来控制各个模块。 MCU(AT89S52) LED显示阵列 TL0装低八位即TL=44） ，启动T0工作 后，每技术956次将产生溢出中断，进入中断服务，每次对P1.0引脚的输出取反，就可得 到中音do（523hz）的音符频率。依此产生其他的不同音符，以下给出四个八度的28个频 率数据。 频率-半周期数据表 高八位 0xF2, 0xF3, 0xF5, 0xF5, 0xF6, 0xF7, 0xF8, /低音1234567 0xF9, 0xF9, 0xFA, 0xFA, 0xFB, 0xFB, 0xFC, 0xFC,/1,2,3,4,5,6,7,i 0xFC, 0xFD, 0xFD, 0xFD, 0xFD, 0xFE, /高音 234567 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFF; /超高音 1234567 频率-半周期数据表 低八位 0x42, 0xC1, 0x17, 0xB6, 0xD0, 0xD1, 0xB6, /低音1234567 0x21, 0xE1, 0x8C, 0xD8, 0x68, 0xE9, 0x5B, 0x8F, /1,2,3,4,5,6,7,i 0xEE, 0x44, 0x6B, 0xB4, 0xF4, 0x2D, /高音 234567 0x47, 0x77, 0xA2, 0xB6, 0xDA, 0xFA, 0x16 /超高音 1234567 2.节拍的产生 音乐中的节拍用延时时间产生。例如：1拍=0.4s，1/2=0.2s，以此类推。只要求出1/2 拍的延时时间，其余节拍是他的倍数就行了。 得到音符并加上起对应的节拍就可得到音 调。以此将音调连起来就可获得曲子。 2.6.3 硬件电路图 Q1 2N3904 2K R20 Res1 P26 VCC LS1 Buzzer GND 图 15 蜂鸣器电路 14 第三章 系统软件实现 3.1 系统流程图 单片机控制 P0 和 P1 口实现按原定的 LED 显示模式开始流水工作,同时将模式字通过 单片机送往 P3 口，转化为数码管段号送给 7 段共阳数码管显示模式字。与此同时启动定 时器给 P26 口写电平信号，在通过三极管放大信号，驱动蜂鸣器产生音乐，音乐的节拍和 音调都是通过定时器不同的定时时间来产生。在通过键盘电路，P20、P21、P24、P25 口 键接地，按下后把低电平送入单片机，单片机采集到低电平启动中断，接着转而处理相应 的加减速、模式切换、音乐歌曲切换的程序执行。在单片机为主控芯片下向各个模块发送 信息，控制 LED 显示、蜂鸣器、数码管显示。键盘电路向单片机发送信息在反过来控制各 个模块。本设计要求 LED 有 10 种流水模式，数码管实时显示流水模式字。通过按键 K1 模式选择键可以来选择各种模式，数码管显示相应的模式字。当没有 K1 按下时，此时流 水模式按当时模式流水，流水模式不循环。在流水的同时实现音乐不间断的播放，有三首 歌曲分别是挥着翅膀的女孩 、 同一首歌 、 两只蝴蝶 。K4 键可以实现歌曲的切换， 实现循环播放，没有 K4 实现单曲播放。K2、K3 实现 LED 流水模式的速度切换。本设计 有 30 种速度可以选择 。主程序中默认执行左右流水灯,在中断服务程序中，首先读取按 键状态，然后延时 10ms，再次读取按键状态。把两次获得的按键状态比较，如果不同， 就表示是抖动，退出中断；否则，就去判断是哪个按键按下。如果是 K1，就执行下一个 跑马；如果是 K2，就执行跑马加速；如果是 K3，就执行跑马减速；K4 就执行音乐切换。 采用置标志位的方法。即在主程序中设定三个标志位，一个跑马模式标志位，一个跑马速 度标志位，一个歌曲选择标志位。不断的对这三个标志进行查询：如果是跑马模式标志为 状态 0，就执行右向跑马；如果是状态 1，就执行左向跑马灯，依次类推。跑马速度标志 默认值为 10，对应延时值为 200ms。而在中断服务程序中，只需要进行如下工作：去抖动， 键盘识别，改变标志位。 15 图 16 主程序流程 16 图 17 主程序流程 17 3.2 仿真图 图 18 设计仿真图 上图是本设计的理论仿真图。本设计要求 LED 有 10 种流水模式，数码管实时显示流 水模式字。通过按键 K1 模式选择键可以来选择各种模式，数码管显示相应的模式字。当 没有 K1 按下时，此时流水模式按当时模式流水，流水模式不循环。在流水的同时实现音 乐不间断的播放，有三首歌曲分别是挥着翅膀的女孩 、 同一首歌 、 两只蝴蝶 。K4 键可以实现歌曲的切换，实现循环播放，没有 K4 实现单曲播放。K2、K3 实现 LED 流水 模式的速度切换。K2 实现加速，K3 实现减速。本设计有 30 种速度可以选择 。 18 第四章 总结与展望 本设计以 AT89S52 单片机为主控芯片，由电源电路、单片机最小系统、按键电路、数 码显示电路、LED 显示电路、蜂鸣器电路组成。系统由 220V 交流电接入，通过 220V 变 5V 的交流变压器，得到 5V 的交流电，然后通过二极管全桥整流、容滤波、二极管稳压，在 通过 LM317 芯片得到稳定的 5V 电，给系统供电。系统上电时单片机最小系统开始工作： 单片机复位，各个寄存器赋初值，程序开始执行。单片机控制 P0 和 P1 口实现按原定的 LED 显示模式开始流水工作,同时将模式字通过单片机送往 P3 口，转化为数码管段号送给 7 段共阳数码管显示模式字。与此同时启动定时器给 P26 口写电平信号，在通过三极管放 大信号，驱动蜂鸣器产生音乐，音乐的节拍和音调都是通过定时器不同的定时时间来产生。 在通过键盘电路，P20、P21、P24、P25 口键接地，按下后把低电平送入单片机，单片机 采集到低电平启动中断，接着转而处理相应的加减速、模式切换、音乐歌曲切换的程序执 行。在单片机为主控芯片下向各个模块发送信息，控制 LED 显示、蜂鸣器、数码管显示。 键盘电路向单片机发送信息在反过来控制各个模块。 本设计 LED 显示效果不是很炫目，如果改换为 LCD 显示可能更加炫耀，而且提供的信 息更加丰富。按键的设计还是不太理想，能设计成远程监控能加满足人们的需求，大大提 高方便性。数码显示电路也可以换成 LED 彩灯的变换显示那样效果能更能吸引大众的目光。 音乐播放模块的音质很差，把它换成专门的音乐芯片可以很好的提高音质、音色。电源模 块可能提供的电压不是很稳定，设计可以采用专用的电源，提供的电压相对比较稳定。本 设计的仿真效果不是很理想，反映不是很迅速。在程序的优化上要多下功夫，使程序更加 简单、执行更加迅速。 19 参考文献参考文献（Reference） 1 李朝青.单片机原理与接口技术M.北京航空航天大学出版社，2002.7 2 楼然苗,李光飞.单片机课程设计指导M.北京航空航天大学出版社，2001.10 3 蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作M.北京航空航天大学出版社，2004.3 4 谢维等.单片机原理与应用及 C51 程序设计M.清华大学出版社，2007.2 5 楼然苗,李光飞.51 系列单片机设计实例(第 2 版)M.北京航空航天大学出版社 2006.2 6 林军.单片微型计算机原理及接口技术实验指导与实训M.中国水利水电出版社 2004.10 20 致谢 在论文即将完成之际，本人在此向所有关心我和帮助我的老师、同学们及朋友致以最 真诚的感谢！这篇文章得以完成离不开他们给予我的支持和帮助。另外，在此我要特别感 谢我的指导老师陈艳，陈老师从一开始论文的选题、构思、资料收集到最后定稿的每个环 节都给予了我耐心的指导和热情的帮助，尤其是在我遇到困难时他给我精心点拨，热忱鼓 励，使得我最终得以完成毕业设计，对此我表示衷心的感谢。在短暂的几个月相处的时间 里，老师渊博的知识、一丝不苟的作风和严谨求实的态度给我留下了深刻的印象，这将使 得我终身受益，谨此再次向老师表示衷心的感谢和崇高的敬意！ 最后，感谢南昌大学科技学院四年来对我的培养，在母校四年的学习生活当中我收获 颇丰，终生受用，我谨以热诚之心感恩伟大的母校！所有的这些，都激励我在将来的工作 岗位上勤奋实干，积极进取，用优异的成绩来回报大家对我的关心和帮助。 21 附录 1：电气原理图 T1 Trans Adj D1 IN4001 D3 IN4001 D2 IN4001 D4 IN4001 IO1 IO2 IO3 IO4 2.2mF C1 Cap 330uF C2 Cap VinVout GND VR1 LM317 IO3 IO4 D5 IN4001 2K R1 Res1 D6 IN4001700 R2 Res1 10uF C3 Cap 100uF C4 Cap VCC 22uF C5 Cap2 10K R3 Res3 RST GND S1 SW-PB VCC GND 12 Y1 12M 30pF C6 Cap 30pF C7 Cap GND X1 X2 S2 乐乐乐乐 S3 乐乐 S4 乐乐 P21 P24 P25 GND A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS1 Dpy Red-CA LED1 LED2 LED3 LED4 LED5LED7 LED8 LED9 12 34 56 78 910 11 12 13 14 15 16 RES-8 Header 8X2 VCC P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 LED10 LED11 LED12 LED13 LED14 LED15 LED16 VCC 500 R4 Res1 500 R5 Res1 500 R6 Res1 500 R7 Res1 500 R8 Res1 500 R9 Res1 500 R10 Res1 500 R11 Res1 500 R12 Res1 500 R13 Res1 500 R14 Res1 500 R15 Res1 500 R16 Res1 500 R17 Res1 500 R18 Res1 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 LED6 500 R19 Res1 P17 Q1 2N3904 2K R20 Res1 P26 VCC LS1 Buzzer GND S5 乐乐乐乐 P20 EA/VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3.7(RD) 17 P3.6(WR) 16 P3.2(INT0) 12 P3.3(INT1) 13 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 15 P1.0(T2) 1 P1.1(T2EX) 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 (AD0)P0.0 39 (AD1)P0.1 38 (AD2)P0.2 37 (AD3)P0.3 36 (AD4)P0.4 35 (AD5)P0.5 34 (AD6)P0.6 33 (AD7)P0.7 32 (A8)P2.0 21 (A9)P2.1 22 (A10)P2.2 23 (A11)P2.3 24 (A12)P2.4 25 (A13)P2.5 26 (A14)P2.6 27 (A15)P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 (TXD)P3.1 11 (RXD)P3.0 10 GND 20 VCC 40 U2 AT89S52 X1 X2 GND VCC VCC P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RST P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P2 RES-8 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 VCC 22 附录 2：设计主程序 #include #include “SoundPlay.h“/音乐播放文件头名 unsigned char RunMode; sbit P20=P20; sbit P21=P21; sbit P24=P24; sbit P25=P25; /*System Fuction* void Delay1ms(unsigned int count) unsigned int i,j; for(i=0;i8) void InitialCPU(void) RunMode = 0x00; Timer0Count = 0; SystemSpeedIndex = 9; P1 = 0x00; P0 = 0x00; P2 = 0xFF; P3 = 0x00; Delay1ms(500); P1 = 0xFF; P0 = 0xFF; P2 = 0xFF; P3 = 0xFF; SetSpeed(SystemSpeedIndex); Display(RunMode); /Mode 0 unsigned int LEDIndex = 0; bit LEDDirection = 1,LEDFlag = 1; void Mode_0(void) 25 LEDShow(0x0001LEDIndex); LEDIndex = (LEDIndex+1)%16; /Mode 2 void Mode_2(void) if(LEDDirection) LEDShow(0x0001LEDIndex); if(LEDIndex=15) LEDDirection = !LEDDirection; LEDIndex = (LEDIndex+1)%16; /Mode 3 void Mode_3(void) if(LEDDirection) LEDShow(0x0001LEDIndex); if(LEDIndex=15) LEDDirection = !LEDDirection; LEDIndex = (LEDIndex+1)%16; /Mode 4 26 void Mode_4(void) if(LEDDirection) if(LEDFlag) LEDShow(0xFFFELEDIndex); else if(LEDFlag) LEDShow(0x7FFFLEDIndex); else LEDShow(0xFFFELEDIndex); if(LEDIndex=15) LEDDirection = !LEDDirection; LEDIndex = (LEDIndex+1)%16; 27 /Mode 6 void Mode_6(void) if(LEDDirection) LEDShow(0x000FLEDIndex); if(LEDIndex=15) LEDDirection = !LEDDirection; LEDIndex = (LEDIndex+1)%16; /Mode 7 void Mode_7(void) if(LEDDirection) LEDShow(0x003FLEDIndex); if(LEDIndex=9) LEDDirection = !LEDDirection; LEDIndex = (LEDIndex+1)%10; /Mode 8 void Mode_8(void) LEDShow(+LEDIndex); void Timer0EventRun(void) if(RunMode=0x00) Mode_0(); 28 else if(RunMode =0x01) Mode_1(); else if(RunMode =0x02) Mode_2(); else if(RunMode =0x03) Mode_3(); else if(RunMode =0x04) Mode_4(); else if(RunMode =0x05) Mode_5(); else if(RunMode =0x06) Mode_6(); else if(RunMode =0x07) Mode_7(); else if(RunMode =0x08) Mode_8(); 29 void Timer2(void) interrupt 5 using 3 TF2 = 0; /中断标志清除( Timer2 必须软件清标志!) if(+Timer0Count=SystemSpeed) Timer0Count = 0; Timer0EventRun(); unsigned char MusicIndex = 0; unsigned char MUSICNUMBER=3; void KeyDispose(unsigned char Key) if(Key LEDIndex = 0; LEDFlag =