毕业设计（论文）-音乐播放器设计.doc

焦作大学毕业设计说明书 第 39 页 共40页第一章 引 言1.1背景随着科学技术的日新月异变化，单片机也从刚开始的8位单片机发展到16位，32位等诸多系列，其中51单片机由于其灵活方便，价格便宜的优点，再众多制造厂商的支持下已经发展成为具有上百个品种的大家族。本案是以AT89S52芯片的电路为基础，外部加上功率放大器、放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。1.2意义 对于一个应用系统来说，不管在原理上如何先进、功能上如何全面、精度上如何精密，如果可靠性差、故障频繁，不能正常工作的话，那么这个系统也没有什么价值了。因此在设计系统的过程中，对于可靠性的要求应该贯穿于每一个环节，采取各种措施来提高可靠性，以保证系统能够长时间的稳定工作。 硬件方面来说，系统所用元件的优劣和制造工艺的精细是影响可靠性的重要原因，因此应该合理购买元器件。另外，在制造电路板时也要遭到工艺精细。软件方面，应该尽可能的不要使用模块化的设计方案，以利于程序的编写和调试，并减少故障率，提高软件的可靠性。音乐演奏控制器是通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不用音调的音乐，再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍，把存放在存储器中的音谱中的音符对应的频率转换为定时常数，把相应的节拍转换为延时常熟，分别控制定时器产生不同频率的方波和该频率方波的持续时间，按乐谱依次进行下去，就可从放音设备中演奏出悦耳动听的音乐。硬件方面要由按键开关实现不同音乐之间的转换，然后在数码管上有对应的显示。 鉴于以上各方面的要求，本系统采用了体积小、重量轻、功能强大、使用方便而且可靠性高的单片机为硬件电路的设计主体，即以AT89S52芯片为中心，设计并安装选曲电路、显示电路等，最终实现音乐演奏控制器的功能。 软件方面采用C51单片机语言进行程序的编写。C51单片机语言指令简单，使用方便，初学者容易掌握，用它来对单片机进行换成是最合适的选择。基于单片机的音乐播放器设计是以单片机AT89C51作为硬件核心控制部件，键盘输入电路，解码芯片，功率放大器，LCD显示电路，SD卡存储电路，USB通讯电路，以及其他外围设备电路组成音乐播放系统。根据音乐演奏控制所需实现的显示与选曲及音乐产生的功能原理，系统包括扬声器、选曲、播放和显示等几部分。MCU控制USB接口芯片与计算机通讯，将从计算机上下载的文件存储于SD卡。播放时，MCU控制从SD卡读取文件并传送给解码芯片，通过总线控制其解码，解码后的数字音频信号在MCU的控制下通过D/A转换器转换成模拟音频信号，放大，输出到扬声器。演奏时，MCU扫描判断摁键工作情况，并产生相应频率方波，转换，放大，输出。录音时，在MCU的控制下声源由MIC存储到SD卡里。毕业论文（设计）的研究方法或技术路线以AT89C51为核心的音乐播放器系统通过单片机控制外围电路各个硬件的工作来实现音乐的播放。在音乐播放模式中，单片机控制各芯片协同工作，由扬声器放出音乐；在电子琴模式中，单片机电子琴演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，因此单片机奏乐只需弄清楚每个乐音的音调，即相应的发声频率。 第二章 单片机基础知识2.1单片机的特点及应用单片机全称单片微型计算机，顾名思义，它指的是一种单硅片上集成微型计算机主要功能部件的集成芯片。它正如一个微型计算机系统，内部集成了中央处理器，输入/输出接口电路和串行通信接口等主要功能部件。2.1.1单片机的特点随着现代科技的发展，单片机的集成度越来越高，CPU的位数也越来越高，已能将所有主要部件都集成在一块芯片上，使其应用模式多、范围广，并具有以下特点。1. 体积小，功耗低，价格便宜，重量轻，易于产品化。2. 控制功能强，运行速度快，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制问题，满足工 业控制要求，并有很强的位处理和接口逻辑操作等多种功能。3. 抗干扰能力强，适用温度范围宽。由于许多功能部件集成在芯片内部，受外界影响小，故可靠性高。4. 虽然单片机内存储器的容量不可能很大，但存储器和I/O接口都易于扩展。5. 可以方便的实现多机和分布式控制。2.1.2单片机的应用单片机的应用具有面广量大的特点，目前它广泛的应用于国民经济各个领域，对技术改造和产品的更新起着重要作用。主要表现在以下几个方面。 1. 单片机在智能化仪器、仪表中的应用：由于单片机有机算计的功能，它不仅能完成测量，还既有数据处理、温度控制等功能，易于实现仪器、仪表的数字化和智能化。 2. 单片机在实时控制中的应用：单片机可以用于各种不太复杂的实时控制系统中，如一般性的温度控制、液面控制、电镀顺序控制等。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥单片机的数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态。 3. 单片机在机电一体化中的应用：单片机有利于机电一体化技术的发展，已广泛应用于数控机床、医疗设备、汽车设备等。4. 单片机在多机系统中的应用：单片机在多机系统中的应用是将来单片机发展的主要模式，它可以提高单片机的可行性，使系统运行速度更快，实用性更好，操作更加简洁方便。5. 单片机在计算机外围设备中的应用：单片机广泛应用于打印机、绘图机等多种计算机的外围设备，特别是用于智能终端，可大大减轻主机负担，提高系统的运行速度。 6. 单片机在家用电器中的应用：单片具有体积小、重量轻、价格便宜等特点，所以家电产品中配上微电脑后，使其身价百倍，功能更强，使用方便，灵活，深得用户欢迎。 7. 单片机在通信中的应用：单片机广泛应用于移动通信领域，使移动电话的功能更强大，操作更方便。2.2AT89S52简介 AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kBytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2.2.1AT89S52单片机的内部结构如图2.1所示。图2.1单片机内部结构 AT89S52单片机主要由以下几部分组成：中央处理器（CPU）、振荡电路、内部总线、程序存储器和数据存储器、定时器/计数器、I/O口、串行口、中断系统。（1）AT89S52提供以下标准功能 1. 40个引脚。 2. 4KBytesFlas片内程序存储器。 3. 128 Bytes的随机存取数据存储器（RAM）。 4. 32个外部双向输入/输出（I/O）。 5. 5个中断优先级2层中断嵌套中断。2.2.2AT89S52芯片的引脚及特点图2.2为AT89S52管脚图 此外，AT89S52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。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。（1）掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。（2）管脚说明1. VCC：供电电压。2. GND：接地。3. P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，能驱动8个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，被定义为高阻输入。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻，在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。4. P1口:P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。在Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。部分端口还有第二功能。5. P2口:P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口, P2口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVXDPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据寄存器(例如执行MOV X,Ri指令)时,P2口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。在Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和其它控制信号。6. P3口: P3口是一个带有内部上拉电阻的双向8位I/O口, P3口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写“1”时,它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入口使用时,被外部信号拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(I)。P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能。表2.1 P1口部分引脚第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MISO(用于ISP编程)P1.7SCK (用于ISP编程)7. RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平时间将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFR AUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。 DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。8. ALE:当访问外部存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部寄存器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。值得注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只要一条MOVX和MOVC指令才会激活ALE。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。表2.2P3口引脚第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD (串行输出口)P3.2 (外中断0)P3.3 (外中断1)P3.4T0 (定时/计数器0)P3.5T1 (定时/计数器1)P3.6 (外部数据存储器写选通)P3.7 (外部数据存储器读选通)9.程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次有效,即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器时,没有两次有效的信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平(接地)。需要注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端保持高电平(接VCC端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程期间，该引脚用于施加+12V编程电压（VPP）。10. XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入端。11. XTAL2：反向振荡放大器器的输出端。（3）晶体振荡器特性AT89S52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为该反向放大器的输入端和输出端。这个反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。如果使用石英晶体,电容应该使用30pF10pF。还可以使用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端, XTAL2应悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的,所以外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。2.2.3 AT89S52的新功能AT89S52兼容标准MCS-51指令系统及AT89C51引脚结构，它相对于AT89C51增加的新功能包括。1. ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 2. 最高工作频率为33MHz，AT89C51的极限工作频率是24M，所以AT89S52具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 3. 具有双工UART串行通道。 4. 内部集成看门狗计时器，不再需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 5. 双数据指示器。 6. 电源关闭标识。 7. 全新的加密算法，这使得对于AT89S52的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 8. 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、AT89C51等早期MCS-51产品。2.2.4 AT89S52的主要性能参数 1. 与MCS-51产品指令系统完全兼容。 2. 4K字节在系统可编程（ISP）Flash闪速存储器。 3. 1000次擦写周期。 4. 4.05.5V的工作电压范围。 5. 全静态工作模式：0Hz-33Hz。 6. 三级程序加密。 7. 128x8字节的内部RAM。 8. 32个双向可编程I/O口线。 9. 2个16位可编程定时/计数器。 10. 6个中断源。 11. 全双工UART串行通道。 12. 低功耗空闲和掉电模式。 13. 中断可从空闲模式唤醒系统。 14. 看门狗（WDT）及双数据指针。15. 掉电标识和快速编程特性。16. 灵活的在系统编程（ISP-字节或页写模式）。XTAL1和XTAL2分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，XTAL2应不接。有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。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE脚处于低电平10ms来完成。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AT89C51设有稳态逻辑，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，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易、程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF-10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF-10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。用软件依次绘画电路原理图、PCB。经过转印、腐蚀、打孔等一系列过程，做好电路板； 在已经制作好的PCB板上进行元件的焊接，然后用导线将跳线进行连接。完成实物制作的初步后检测是否有虚焊情况，是否有元器件在焊接过程中已经被高温烧坏，是否有短路现象。同时再检查各个元器件特别是集成芯片有无接反。正如我们往日遇到的情况那样，芯片接反将会导致芯片被烧坏，所以每一个检查步骤都不可忽视，都是为了保证实物上电后实物、操作者本身的安全。最后，是调试。在调试时，需要进一步的对板进行检查，用万用表进行盘查。本设计的电路中有USB接口设计，直接与电脑连接就是+5V当通电时，接入电路要求的直流电压+5V，为了防止芯片被烧坏，我们可以预先稍微调低一点的电压接入。观察电路中各部分器件是否出现异常现象，如若出现异常现象，如芯片发热则应立即切断电源，待排除故障后方可重新通电。相较于硬件电路的设计，我觉得软件的编程对我来说是最复杂，最让自己难以入手的部分。在别人的帮助下才能完成软件的编程。之后将汇编源程序进行编译后，导出目标文件.HEX，通过烧录软件和烧录器将此文件烧写入芯片内。第3章 软件的实现3.1 软件的组成一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。基于单片机的音乐播放器设计是以单片机AT89C51作为硬件核心控制部件，键盘输入电路，解码芯片，功率放大器，LCD显示电路，SD卡存储电路，USB通讯电路，以及其他外围设备电路组成音乐播放系统。根据音乐演奏控制所需实现的显示与选曲及音乐产生的功能原理，系统包括扬声器、选曲、播放和显示等几部分。MCU控制USB接口芯片与计算机通讯，将从计算机上下载的文件存储于SD卡。播放时，MCU控制从SD卡读取文件并传送给解码芯片，通过总线控制其解码，解码后的数字音频信号在MCU的控制下通过D/A转换器转换成模拟音频信号，放大，输出到扬声器。演奏时，MCU扫描判断摁键工作情况，并产生相应频率方波，转换，放大，输出。录音时，在MCU的控制下声源由MIC存储到SD卡里。毕业论文（设计）的研究方法或技术路线以AT89C51为核心的音乐播放器系统通过单片机控制外围电路各个硬件的工作来实现音乐的播放。在音乐播放模式中，单片机控制各芯片协同工作，由扬声器放出音乐；在电子琴模式中，单片机电子琴演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，因此单片机奏乐只需弄清楚每个乐音的音调，即相应的发声频率。3.2 核心结构便携式音乐播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码产品，多应用有高集成度整合了各类音频处理或数据通信模块的8位乃至多位单片机，以达到最小系统设计。在扩展功能上，这次设计本来还想加上收音机的功能，能使人们能够接受实时资讯，但是由于技术有限没能够完成，不过在以后的不久一定会有这种更多功能的音乐播放器问世的。音乐播放器是未来音乐播放器的发展趋势，体积小，携带方便但又功能强大，这也是现在所有电子产品的未来。对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。发音部分代码在程序中实现，靠单片机的一个管脚输出，考虑到声音可能不够大所以我们加入了功放电路，利用LM386来对声音信号进行放大。音频输出信号由ADU OUT引出，信号可经功放电路LM386输出到扬声器或耳机。所以以AT89S52来实现音乐播放，跟以其他的方式来实现相比，电路将更加的简单，适用性更高，通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音调的音乐。 表3.1曲调表曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125ms调4/462ms调3/4187ms调3/494ms调2/4250ms调2/4125ms 对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。发音部分代码在程序中实现，靠单片机的一个管脚输出，考虑到声音可能不够大所以我们加入了功放电路，利用LM386来对声音信号进行放大。音频输出信号由ADU OUT引出，信号可经功放电路LM386输出到扬声器或耳机。电路如图3.1所示。图3.1放音电路 本系统采用模块化的编程思想，把整个软件系统化为多个功能模块，主程序通过调用各个子序来完成各个功能的实现。软件的程序主要由主程序、语音模块程序、LCD12684程序、按键程序所组成的，下面具体介绍各个模块的实现。软件设计是指在硬件电路的基础上，以程序的形式实现算法，进而实现音乐播放器的功能。在硬件结构不变的情况下，只需要改变软件就能实现一些不同的功能，满足用户多样性需求。主程序流程图如图3.2图3.2流程图主程序的设计思路是首先完成系统的初始化工作，然后开始接通电源，通过相应的按键实现歌曲的播放和时间的设置，同时将时间和播放歌曲的信息显示在AT89S52上。3.3 基本原理简述声音是通过振动产生的。单片机对某一引脚以一定的频率循环置1置0，该引脚便产生一定频率的方波，方波通过放大，作用于一定的物理实件（蜂鸣器），就产生了一定频率的声音。若改变输出方波的频率，产生的声音随之改变。通过控制输出方波的时间长短，声音的长短也可以得到控制，因此，根据乐谱，以类似的音及同样的节拍，单片机就可以产生电子音乐。音乐的播放选择可以通过按键的输入得以实现。为简便起见，以一定的频率方波产生的音在其每个周期内高低幅值得时间各占一半因此，输出引脚在每个方波周期内要动作两次：一次升高，一次降低。即输出引脚的频率是原音频率的两倍。方波的产生由定时器控制。定时器T0工作在定时方式1，TH0及TL0，产生不同的音频频率。必须考虑到中断响应时间的影响，尤其在高音部分，若忽略中断响应时间，会使音频频率比标准值低几十Hz，相当于1/4音程，很容易听出来，对低音部分影响不大。一般中断响应时间为36个机器周期，经过反复试验取5个机器周期作为校正最为恰当，表1中所给的定时初值就是考虑中断响应后的定时常数。另外，为避免T1中断可能引起杂音，应将定时器T0中断设为高优先级。这样编写出来的程序播放的音与标准音叉进行差频校音，非常准确和谐。音乐播放器的基本硬件电路有六部分组成：单片机、时钟与复位电路选择按键输入电路、音频发生器、音频放大器和扬声器。第四章 硬件电路4.1单片机的复位电路设计单片机AT89S52作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有二极管的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。复位操作有上电自动复位和手动复位两种方式。为了方便医护人员操作，设计采用上电手动复位的方式。系统上电运行后，若需要复位，通过手动复位来实现的。在此，采用按键手动复位，相对来讲，这种复位方式更加方便，更加人性化，不必要切断电源即可对系统进行复位。复位电路的设计图如图4.1所示。4.1单片机复位电路图 上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。STC89C52单片机的上电复位POR（Power On Reset）实质上就是上电延时复位，也就是在上电延时期间把单片机锁定在复位状态上。在单片机每次初始加电时，首先投入工作的功能部件是复位电路。复位电路把单片机锁定在复位状态上并且维持一个延时（记作TRST），以便给予电源电压从上升到稳定的一个等待时间；在电源电压稳定之后，再插入一个延时，给予时钟振荡器从起振到稳定的一个等待时间；在单片机开始进入运行状态之前，还要至少推迟2个机器周期的延时。4.2 LED基本理论知识半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（一部分与多数载流子复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即1240/Eg（mm）。4.2 LED显示器 式中Eg的单位为电子伏特（eV）4。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。7段LED数码管，是在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的相应电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。4.3发光二极管的检测1. 普通发光二极管的检测(1)、用万用表检测。利用具有10k挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200k，反向电阻的值为。如果正向电阻值为0或为，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为10k挡不能向LED提供较大正向电流。如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（P区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N区）。两块万用表均置10挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至1若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于1，以免电流过大，损坏发光二极管。 （2）、外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。如果测得VF在1.43V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF3V，且不发光，说明发光管已坏。2. 红外发光二极管的检测 由于红外发光二极管，它发射13m的红外光，人眼看不到。不同型号的红外LED发光强度角分布也不相同。红外LED的正向压降一般为1.32.5V。正是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光LED的检测法只能判定其PN结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光敏器件作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。 4.3.1数码管与单片机的简单接口实验本系统的主要来源于单片机对数码管显示的操作。本设计用的是供阳性数码管。我们使用AT89S52单片机并行口P2.0-P2.7直接与LED数码管的a-f引脚相连，值得一提的是，AT80S51并行口的输出驱动电流并非很大，为使LED有足够的亮度，LED数码管应选用高亮度的器件。AT89S52还可选用C51系列的其它单片机，只要它们的指令系统兼容C51即可正常运行，程序可直接移植，例如选用低价Flash型的AT89C1051或2051(详细技术手册)等，它们的ROM可反复擦写，非常适合作实验用途。电路的实验电路图如图4.3所示。图 4.3 LED与单片机连接实验图4.3.2单片机的震荡电路设计单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作2。单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是单片机的18脚和19脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器.对于一个高可靠性的系统设计，晶体的选择非常重要，尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别明显，原因时上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路中，晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑：谐振频点，负载电容，激励功率，温度特性，长期稳定性。本课题希望通过对常见电子产品的设计与制作来培养学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，掌握相关绘图制作软件，会运用电子仪器进行电路检测和调试，强化电子技术实际应用技能训练，为今后开展产品技术开发、设计和制作打下初步的基础。4.4控制电路设计设置电路 有4个按键设置电路的设计是考虑到用户使用方便和便于调整等方面的因素而确定的。我们知道单片机可以直接与按键进行连接，这样一来我们可以充分的应用单片机的软件资源，在编写程序的时候，利用一些特殊的命令实现单片机与按键的接口，这样就可以通过按键来满足用户所要实现的数据设置。由于震动等原因可能使按键产生误动作，可能给用户的使用造成麻烦，这就要求我们在设计程序的时候，增加软件抗干扰，其一般做法是，在程序中加入延时子程序，为了使系统正常运行这个延时一般为几十微秒。电容C1和C2通常取30pF左右，对振荡频率有微调作用。如图4.4所示。图4.4 LED与单片机连接实验图4.5 LM386音频功率放大器本系统用到了5个按键，其中一个用作系统手动复位，另外4个采用独立按键，该种接法查询简单，程序处理简单,可节省CPU资源， 4个独立按键分别与STC89C52的k2, k3, k4, k5接口相连。对以上4个按键作简要说明。K2SET 键；K3UP键；K4FIRST键；K5SECOND键。按键电路如图4.5所示。4.5设置电路图4.6 LM386的封装LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。极限参数：电源电压（LM386N-1，-3，LM386M-1）15V电源电压（LM386N-4）22V封装耗散：（LM386N）1.25W （LM386M）0.73W（LM386MM-1）0.595W 输入电压0.4V储存温度-65至+150 操作温度0至+70 结温+150。图4.6LM386的封装7 特性如图4.7所示。图4.7 LM386音频功率放大器应用电路（1）静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电；（2）工作电压范围宽,4-12V or 5-18V；（3）外围元件少,电压增益可调,20-200低失真度；（4）LM386电源电压4-12V，音频功率0.5w； 第五章 结论本文通过对基于单片机音乐演奏控制设计的研究和设计，分析了设计的实现的意义和可行性。单片机AT889S52是一种非常小巧但功能非常多，应用非常广的一种芯片，功率也非常的小，采用AT89S52作为系统核心制作音乐演奏控制设计电路简单了很多，由于可以反复烧写，为学习降低成本。本设计外部采用单片机的复位电路设计、单片机的震荡电路设计、LED数码管显示正在播放的音乐序号，四个按键控制等，但由于AT89S52分辨率不是太高，音乐有点单调，另外，具体电路还有的地方不尽完善之处。 致谢大学专科的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢我的指导老师的关怀和教导，感谢各位师兄师姐的关心和帮助。最后还要感谢我的父母，是他们一直在背后支持着我。使我心灵的天平永远倾向执著奋斗。使我深深的体会到：在这个竞争的社会里，没有真才实学，没有吃苦精神，是无法立足，无法生存的。我要时时刻刻的记住人的一生要“活到老，学到老”紧跟时代步伐，以豪情勃发的远足迈向新的征途，新的挑战。让我们用科学知识来武装自己的头脑，用高科技技术来描绘未来的憧憬和期盼。再此感谢我的老师和同学。 参考文献1 于 永.戴 佳.常江.51单片机C语言常用模块与综合系统设计.电子工业出版社，. 2007 74-862 高 锋.单片微型机原理与接口技术M.北京:科学出版社，2003 23-503 范风强.兰婵丽.单片机语言C51应用实战集锦.电子工业出版社，2002 17-804 刘 星.计算机接口技术M. 北京:机械工业出版社， 2003 22-305 赵国相.于秀峰. 微型计算机原理与接口技术M.北京:科学出版社，200332-546 薛均义.张彦斌.单片微型计算机及其应用M.西安交通大学出版社，1997 22-877 瞿贵荣.自动电子迎宾电路.家庭电子.2005（16） 22-508 阎 石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社，1998 22-409 张贤达.保铮.通信信号处理.北京:国防工业出版社，200032-50附录一源代码：#include #include #defineFREQ 12000000sbitP1_1=P11;/停止工作sbitP1_0=P10;/开始工作sbitP1_2=P12;/上一曲sbitP1_3=P13;/下一曲unsignedcharw,i;/音乐_编码2 - 存储器定义/unsigned char code music_tab1= /音符码格式:| D7 |D6 D5 D4| D3 |D2 D1 D0|/梁祝|变调|节拍|升降| 音符 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