精品基于单片机控制的数字音乐盒的设计论文

本设计是 基于单片机控制 的 数字音乐盒的 设计 ,由单片机 为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机 数字音乐盒。 若 该设计使 用数字电路完成 ,所设计的电路相当复杂 ,大概需要十几片数字集成块 ,其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现 ,焊接的过程比较复杂 ,成本也非常高。若用单片机来设计制作完成 ,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成 ,那么就降低了硬件电路的复杂性 ,而且其成本也有所降低 ,所以在该设计 中采用单片机 利用 是低功耗、高性能的 8位单片机。片内带有 4且允许在系统内改写或用编程器编程。另外 , 指令系统和引脚与 8051 完全兼容 ,片内有 128B 的 32条 I/O 口线、 2个 16位定时计数器、 5个中断源、一个全双工串行口等。 在该设计中 利用单片机 I/动蜂鸣器，发出 各种不同的音调，从而演奏乐曲（最少三首乐曲，每首不少于 30秒） ， 并能够由 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。 本设计采用 4*4键盘 ， 16*2 段显示数码管 在开机按钮按下时 有 英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称） 。在演奏过程中 可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。 目录 - - 2 1 概述 . 2 2 系统总体方案及硬件设计 . 4 统构成 . 4 片机简介 . 4 示器 . 6 盘 . 7 统复位电路的设计 . 8 钟电路模块 . 8 口分配 . 9 3 软件设计 . 10 模块的设计 . 10 部中断源系统设计 . 11 本显示模块设计 . 12 统初始化程序 . 12 4 件仿真 . 13 5 课程设计体会 . 15 参考文献 . 16 附 1：源程序代码 . 17 附 2：系统原理图 . 27 - - 3 1 概述 本设计是 基于单片机的 数字音乐盒 设计 ,由单片机 片和 码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机电子 数字音乐盒 。 要求 利用 I/动蜂鸣器，发出不同的音调 并 采用 从而演奏乐曲（最少三首乐曲，每首不少于 30 秒） ， 开机时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称） ， 可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。 本设计采用 4*4键盘 ， 16*2 段显示数码管 课设准备中根据具体的要求，查找资料，然后按要求根据已学过的时钟程序编写定时闹钟的程序，依据程序利用 件进行了仿真试验，对出现的问题进行分析和反复修改源程序，最终得到正确并符合要求的结果。 - - 4 2 系统总体方案及硬件设计 统构成 一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低 电 压，高性能称单片机。该器件采用 工业标准的 于将多功能 8位 很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 （ 1） 主要特性： 与 容 4K 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： 0 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 32 可编程 I/ 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） 管脚说明 （如图 1） ： 图 1 电电压。 地。 位漏级开路双向 I/脚可吸收 8电流。当 时，被定义为高阻输入。 可以被定义为数据 /地址的第八位。在 作为原码输入口，当 时 位双向 I/电流。 管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， 输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 - 5 编程和校验时， 作为第八位地址接收。 ： 为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器可接收，输出 4个 电流，当 1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 6位地址外部数据存储器进 行存取时， 给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， 输出其特殊功能寄存器的内容。 程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/接收输出 4个 1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， 是由于上拉的缘故。 下表所示： 管 口管脚 备选 功能 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0 外部输入） 1（记时器 1 外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 想禁止 。此时， 外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 位无效。 - - 6 /部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 / /， 在此期间外部程序存储器（ 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时， /，此间内部程序存储器。在 引脚也用于施加 12 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 （ 3） 振荡器特性： 别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， 余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 （ 4） 芯片擦除： 整个 保持 脚处于低电平 10完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外， 有稳态逻辑 ，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下， 止工作。但 时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 发光二极管英文名称的缩写。 以在显示器前面冠以“ (1) 常用的 段。 每一个段对应 1个发光二极管，这种显示器有共阳极和共阴极两种：共阴极 常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极 常此公 - - 7 共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。为了使 要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为 为这些代码可使 而显示不同字型，因此该代码称为段码。 7段发光二极管，再加上 1个小数点位，共计 8位。因此提供给 B。各段与字节中各位对应关系如下 图 2： 8段 代码位 6 4 2 0 显示位 dp g f E d c b a 图 2 (2) 由 位的 示器。如图是 。 个位选线和 8*根段码线。 段码线控制显示字符的字型，而位选线为各个 各段的公共端，它控制该 有静态显示和动态显示两种。 盘 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命 图 3 令等功能， 是人工干预单片机的主要手段。 （ 1） 键盘输入的特点 键盘实质上是一级按键开关的集合。通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。 （ 2） 按键的确认 键的闭合与否，反映在行线输出电压上就呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。为了确保 须消除抖动的影响。 （ 3） 如何消除按键的抖动 采用软件来消除按键抖动的基本思想是：在一次检测到有键按下时，该键所 - - 8 对应的行线为低电平，执行一段延时 10子程序后，确认该行线电平是不否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认为该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时 10子程序后，检 测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。 统复位电路的设计 智能系统一般应有手动或上电复位电路。复位电路的实现通常有两种方式： 专用 监控电路。前者实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低；后者成本较高，但复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高、并对电源电压进行监视的场合，大多采用这种方式。 本次课程设计采用了上电按钮电平复位电路 ，如图四 图 4 钟电路模块 时钟电路在 单片机 系统中起着非 常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟 是 保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢 。为达到振荡周期是 12要求，这里要采用 12外有两个 22晶振引脚分别连到 荡脉冲输入引脚。具体连接图如图 5所示： - - 9 图 5 (1)硬件电路中 用 中 (2) 用 制 其中 制七段a,b,c,d,e,f,g,用 (3)用， 为 S,R/W,E 的控制信号。用 为 0 (4) 用 控制蜂鸣器。 (5) 电路为 12振频率工作，起振电路中 2均为 30 - - 10 3 软件设计 模块的设计 主模块是系统软件的主框架。结构化程序设计一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式，“自上而下”法的核心就是主框架的构建。它的合理与否关系到程序最终的功能的多少和性能的好坏。本系统的主模块的程序框图如下图 6所示： 图 6 主程序开始 初始化变量及 口 初始化数字器 时器示英文欢迎字符 等待按键，是否有按键？包括播放，暂停，停止按键 歌曲号及播放时间显示在照按键码播放对应的歌曲 Y N - - 11 部中断源系统设计 在本设计中中断源是采用外部中断 0方式，其入口地址是 0003H。其中断响应级别最高。 （ 1）定时器 /计数器 工作方式寄存器 计数器的工作方式和工作 模式。其格式如下 表一 ： 7 5 3 1 0 0 表一 下面对 门控位 作方式选择位 1 作方式 0 0 方式 0，为 13位定时器 /计数器 0 1 方式 1，为 16位定时器 /计数器 1 0 方式 2， 8位的常数自动重新装载的定时器 /计数器 1 1 方式 3，仅适用于 二 其中，在本设计中采用方式 1的 16位定时器 /计数器。 计数器模式和定时器模式选择位 =0，为定时器模式。 =1，为计数模式。 定时器 /计数器控制寄存器 格式如下： 7 5 3 1 三 其各位的功能如下： 计数溢出标志位当计数器溢出时，该位置 1。 计数运行控制位 - - 12 本显示模块设计 基本显示模块设计的重点是由显示代码取得相应的段码，显示段码数据的并行发送，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用 小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。 程序流程如图 7所示。 图 7 统初始化程序 义液晶显示端口标 500H 1H 2H 5H 4H 3H 000H 00011000H 液晶初始化 P,#70H 0,#01H ;清屏 0,#38H ;8位， 2行显示 进制时分秒数据转化为显示代码 关显示以免显示抖动 通过串口将时分秒数据传入数码管 打开显示 - - 13 4 件仿真 本 次课程设计所采用的程序调试软件为 成调试软件，所采用的仿 真软件为 本次试验的效果图如下所示： 按键功能说明： 1A：十首歌曲 C：上一首歌曲 D：下一首歌曲 E：歌曲暂停 F：开机画面 开机时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称）可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。选作内容：显示乐曲播放时间或剩余时间 调是最后一环。软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器，可借助 于软件仿真器即可；后者一般需要仿真系统的支持。本次课设，采用 成调试软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程序。 仿真部分采用 件，此软件功能强大且操作较为简单，可以很容易的实现各种系统的仿真。 048 35 6 79 A A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 T 21P 1 T 2 E . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R . 6 / W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427 8 9 D 1L M 0 3 2 L+ 5 V+ 5 39 0 6 1S P E A K E R+ 5 V - - 14 首先打开 元件库中找到要选用的所有元件，然后进行原理图的绘制；绘制好后再选择 经编译好的 *件，选择运行，观察显示结果，根据显示的结果和课设的要求 再修改程序，再运行查，直到满足要求。 - - 15 5 课程设计体会 单片机是一门应用性很强的学科，课程设计是培养我们综合运用所 学知识 ,发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节 ,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。虽然在做课程设计以前已经系统的把单片机课本认真的学习了一下，但是在刚拿到设计任务书时还是有点一头雾水，不知道该从哪里下手。令人欣慰的是经过一周的学习，虽然过程很艰辛，但是总算实现了定时闹钟的功能，所有的努力都很值得。这一周的大部分时间都在研究程序怎么处理，在这个过程中加深了我对汇编语言命令的应用，而且也更加了解到软硬件配套的重要性。 在设计的过程中不仅巩固了以前所学过的知识，加深了我对所学知识的理解，而 且学到了很多在书本上所没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 总之，通过这次课程设计不仅使我巩固了本课程所学的基本知识，还使我具有了撰写科研报告的初步训练能力，我相信这些能力在我以后的工作或者是再学习中一定会起到不小的作用，一切的辛苦和艰难都是值得的。 - - 16 参考文献 2 杨刚，周群 电子工业出版社 841183 何立民 用与设计） 京航空航天大学出版社， 2000年 98 4 涂时亮 ,张友德 清华大学出版社 6465 融会贯通 路设计 弘道工作室 北京 人民交通出版设， 2000. 6 单片机原理及接口技术实验 朱定华 北京 北方交通大学出版社 - - 17 附 1：源程序代码 义液 晶显示端口标号 E * 0H 1H 2H 5H 4H 3H ;* 000H 00011000H 液晶初始化 P,#70H 0,#01H ;清屏 0,#38H ;8 位， 2 行显示 0,#0;屏显 标 烁 0,#06H ;计数地址加 1，显示幕 内存初始化 盘扫描 S 1 有按键转到 N: 1: S 2 2: 2,#0 ;读键盘 4,#00H ,1,A ,- - 18 1 为 1 跳转，第一行无按键 ,#00H K 2 ,#04H K 3 ,#08H K ,#0K: ,4: ;若同时有其他按键，则等待 S 4 3,#07H 0,#30H 1,#31H , 0 1 3, 4 ;列扫描 ,2 1 1: 2,A 3 ,#0 ;判断 1,A , ,#0L: 5,#06,#63 - - 19 6,5, 0值为零 3,#08H 0,#30H 00H 0 3, 0,#8 ,37H ,A+ 机提示字 ,37H ,#00,#80H ;设光标地址 数据 键值播放歌曲 ,37H ,#01H,2H,#3H,#11: ,#02H,2H,#3H,# 22: ,#03H,2H,#3H,# ,#04H,2H,#3H,# 44: ,#05H,- - 20 2H,#3H,# 55: ,#06H,2H,#3H,# ,#07H,2H,#3H,# ,#08H,2H,#3H,# 88: ,#09H,2H,#3H,# ,#02H,#3H,# 5020 100H 25000H 00H 00H 00H ,#10 B ,#30H ;将 转化为 0,#0 ;显示小时十位 ,B ,#30H 0,#0 ;显示小时个位 ,#3- - 21 0,#0 ;显示冒号 ,#10 B ,#30H 0,#0 ;显示分十位 ,B ,#30H 0,#0 ;显示分个位 ,#30,#0 ;显示冒号 ,#10 B ,#30H 0,#0 ;显示秒十位 ,B ,#30H 0,#0 ;显示秒个位 0,#0 ;设光标地址 数据 指令 S W 数据 1,#00H ,A+1 ,#01 ;未到字符串末尾继续 0,A S W - - 22 4,#05 5,#05,$ 4, 9h,92h,82h,00h,90h,88h,83h,06h,89h,86h,08h,0B0BB ,0B 0B 30H,31H,32H,33h 4H,35H,36H,37H 8h,39H,41H,42H 3H,44H,45H,46H 播放歌曲程序 11H E,#830 ks 0H,#00H ,40H 2H 3H ,A+2,A ,#01,A , ,#01 2H,A ,A+ 1H,A ,22H ,A+ 0H,A 1: 0H S ;有键跳出 - - 23 2 ,37H ,#0S Z 2 ,37H ,#0,#0,52H 2H,A ,53H 3H,A ,36H 7H,A ,#0,52H 2H,A ,53H 3H,A ,36H 7H,A 时器中断子程序 0 0H 1H 时器中断子程序 1 #3#0504 5020 每秒种时钟刷新秒显示一次 - - 24 ,#10 B ,#30H 0,#0 ;显示秒十位 ,B ,#30H 0,#0 ;显示秒个位 , ,#60 00H , ,#10 B ,#30H 0 ;显示分十位 ,B ,#30H 0 ;显示分个位 ,#3 B ,#100 B 2,A ,#10 ,B B ,#60 00H ,#10 B ,#30H ;将 转化为 0,#0 ;显示小时十位 ,B ,#30H 0,#0 ;显示小时个位 ,- - 25 ,#10 5020 100H 25000H 00H 00H 00H 7,#2 4,#125 3,#248 3,$ 4,7,1,4580,64684,64777,64820 4898,64968,65030,64260 4400,64524,65058,63835,64021 第一首精忠报国 6H,52H,36H,22H,12H,12H,22H,32H,98H,84H,82H,92H,14H,12H,22H 2H,52H,22H,42H,38H,66H,52H,36H,22H,12H,22H,22H,32H,98H 4H,22H,32H,54H,52H,32H,92H,12H,92H,82H,98H,66H,52H,36H,22H 2H,12H,22H,32H,98H,84H,82H,92H,14H,12H,22H,32H,52H,22H,42H,38H 6H,52H,36H,22H,12H,22H,22H,32H,98H,24H,22H,32H,54H,52H,32H 2H,12H,92H,82H,98H,14H,24H,34H,44H,64H,04H,32H,52H 2H,02H,52H,38H,24H,22H,32H,54H,52H,62H,52H,32H,32H,22H,38H 4H,04H,32H,52H,62H,02H,52