EDA技术课程设计任务书2014.doc

高海文：EDA技术课程设计报告课程设计(论文)任务书 电气与电子工程 学院 电子信息工程 专业 2011- 3 班 一、课程设计(论文)题目 音乐播放器的设计 二、课程设计(论文)工作自 2014 年 6 月 16 日起至 2014 年 6 月 20 日止。三、课程设计(论文) 地点: 电子测控实验室 四、课程设计(论文)内容要求：1）课程设计任务：利用单片机设计一个音乐播放器，并能够播放三种音乐，音乐自行设计。2）课程设计论文编写要求（1）课程设计任务及要求（2）总体电路设计（3）模块设计-给出各个模块的详细设计思路（4）管脚绑定-列表或截图给出管脚绑定情况（5）仿真及FPGA开发板调试-给出运行仿真波形截图，分析运行结果。（6）设计体会与小结-设计遇到的问题及解决办法，通过设计学到了哪些新知识，巩固了哪些知识，有哪些提高。（7）参考文献（必须按标准格式列出，可参考教材后面的参考文献格式）（8）报告按规定排版打印，要求装订平整，否则要求返工；（9）课设报告的装订顺序如下：封面-任务书-中文摘要-目录-正文-附录(代码及相关图片)（10）严禁抄袭，如有发现，按不及格处理。3）课程设计评分标准： （1）学习态度：10分；（2）系统设计：20分；（3）代码调试：20分；（4）回答问题：20分；（5）论文撰写：30分。4）课程设计进度安排进度安排：本设计持续10天，其中最后一天为答辩时间。第1-2天：讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始设计方案和验证方案的准备；第3-4天：完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计；第5-7天：完成模块电路设计，进行代码输入，并完成代码的初步仿真；第8-9天：代码功能仿真正确，约束设计，综合、下载，实现设计目标，并指导老师验收设计；整理设计资料，撰写报告、准备答辩；第10天：验收合格后进行答辩。学生签名： 2014 年 1 月 6 日课程设计(论文)评审意见（1）学习态度（10分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （2）系统设计（20分）：优（ ）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （3）代码调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）论文撰写（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； 评阅人： 职称： 讲师 2014 年 1 月 17 日中文摘要 二十世纪九十年代以来，计算机、信息、电子、控制、通信等技术得到迅速发展，促使了社会生产力的提高，也使人们的生产方式和生活方式产生了日新月异的变化。随着人们生活水平的提高及对音乐的喜爱，对音乐播放器的品质，功能，品种等提出了越来越多的要求，表现在对控制系统性能、可靠性等要求越来越高。而品质的提高，功能的更新，可靠性的增强，品种的变化无不与产品的核心控制部分水平的提高密不可分。家用音乐播放器产品及其它有关消费电器产品都是一些开环或闭环控制系统，都由核心控制部分，执行部分与人机界面三部分组成。而最为重要的控制部分一般是由单片机来执行完成的，这就必将导致和促进单片机在音乐领域应用的发展。现在这些由单片机实现的音乐播放器的功能越来越强、费用越来越低。例如，就目前市场上的MP3的功能越来越强大体积却越来越小，价格也逐渐便宜，被大多数人所能接受。但这些音乐播放器也或多或少的存在着一些问题，解决这些问题，非智能化的单片机莫属。 本文的主要内容是用AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个音乐播放器，以单片机作为主控核心、蜂鸣器等模块组成。利用单片机产生不同频率来获得要求的音阶，最终可随意编写需要的程序，播放出音乐。在此设计中我采用12MHz的晶振，产生的频率信号即音乐信号由P37口输出，信号经过放大后由喇叭发出声音。关键字：单片机音乐不同频率按键目录一、 课程设计任务及要求21.1课程设计任务21.2课程设计要求2二、总体电路设计22.1基本原理22.2总体结构框图3三、模块设计43.1 分频模块43.2 十进制计数器43.3 六进制计数器53.4 选频模块63.5显示模块7五、仿真及FPGA开发板调试85.1波形仿真图85.2开发板仿真图11六、 设计体会与小结14七、参考文献15八、附录代码15一、概述 作为单片机的重要硬件资源之一，利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，也可以产生包括“Do“、“Re“、“Me“-等音阶在内的各种频率声音。在此设计中我们采用12MHz的晶振，产生的频率信号即音乐信号由P3.7口输出，信号经过放大后由蜂鸣器发出声音。乐曲中，每一音符对应着确定的频率，我们可以参照给出的各音符频率及其相应的时间常数来编写程序，根据表中所提供的常数，将其16进制代码送入芯片里，可以奏出音符。音符的节拍我们可以用定时器T0来控制，送入不同的初值，就可以产生不同的定时时间。便如某歌曲的节奏为每分钟94拍，即一拍为0.64秒。其它节拍与时间的对应关系也可以从两者关系表中得到。定时器T0工作在定时方式1，改变TH0及TL0，产生不同的音频频率。要编写的乐谱按要求以音符字节数据表的形式存放在程序中，改变乐曲就是通过改变该数据表的内容来实现的。主程序的任务是按顺序读取数据表中的字节，根据情况调用音级子程序和音长子程序，启动定时器T0进行工作。二、方案设计与论证1.硬件设计 电路以AT89C52单片机为核心控制元件，P3.7口的蜂鸣器播放歌曲，P3.3、P3.4、P3.5口的三个按键实现开始/单曲重播，上一首，下一首的功能。P1口的一位数码管显示播放歌曲的曲目号。P2口发光二级管闪烁增加音乐播放的情调。 图2.1AT89C52引脚图2.软件设计（1）要生产音频脉冲,只要算出某一音频的周期(1/频率),然后将此周期除以2,即为半周期的时间.利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相,然后重复计时此半周期时间再对I/O反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲.（2）利用8051的内部定时器使用其工作在计数器模式MODE1下,改变计数值THO及TLO以产生不同频率的方法.（3）例如频率为523Hz,其周期T1/5231912us,因此只要令计数器计时956us/1us956,在每次计数956次时将I/O反相,就可得到中音DO(523Hz).计数脉冲值与频率的关系公式如下:NFi2Fr1.1N:计算值;Fi:内部计时一次为1us,故其频率为1MHz;（4）其计数值的求法如下:T65536-N65536-Fi2Fr1.2例如:设K65536,F1000000Fi1MHz,求低音DO(261Hz).中音DO(523Hz).高音的DO(1046Hz)的计算值.T65536-N65536-Fi2Fr65536-10000002Fr65536-500000/Fr。低音DO的T65536-500000/26263627，中音DO的T65536-500000/52364580，高音DO的T0=65536-500000/104765059（5）C调各音符频率与计数值T的对照表如表1所示. 表1C调各音符频率与计数值T的对照表（6）每个音符使用1个字节,字节的高4位代表音符的高低,低4位代表音符的节拍,表2为节拍与节拍码的对照.如果1拍为0.4秒,1/4拍是0.1秒,只要设定延迟时间就可求得节拍的时间.假设1/4拍为1DELAY,则1拍应为4DELAY,以此类推.所以只要求得1/4拍的DELAY时间,其余的节拍就是它的倍数,如表3为1/4和1/8节拍的时间设定。三单元电路设计与软件分析1.单片机最小系统 图3.1最小系统（1）时钟源电路 单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构如图1。可以根据情况选择6MHz、12MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择22pF左右的瓷片电容。（2）复位电路 单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。其结构如图1。上电自动复位通过电容C3充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R1与VCC接通来实现。1. 数码管显示 图3.2数码管显示当有键按下时，数码管显示当前的曲目。2. 发光二级管和按键 图3.3发光二级管和按键 当接通电源，单片机运行时，十六个发光二级管随着不同的调子闪烁，增加美感。P3.3、P3.4和P3.5口的按键作用分别是播放重复的曲子也可开启播放，播放上一曲，播放下一曲。3. 蜂鸣器发声 图3.4蜂鸣器 利用单片机的P3.7口产生不同音调所对应的方波来使蜂鸣器发声，实际焊接中用了PNP三级管来驱动。软件系统程序:ORG0000HAJMPLOOOOPORG000BHAJMPTIM0ORG001BHRETIORG0023HLOOOOP:MOVA,#01HLOOOP:MOVP1,#3FH MOVP2,A RLA左移一位MOVR2,#0FFHDELAY0:MOVR3,#0FFH DJNZR3,$减一不为零跳转 MOVR4,#0FFH DJNZR4,$减一不为零跳转 DJNZR2,DELAY0 JNBP3.3,START P3.3为0则跳到START处执行 LJMPLOOOPSTART:MOVP1,#06H MOVR5,#00H初始化MOVTMOD,#00010001B工作在方式一，16位定时器/计数器工作方式MOVIE,#10101010BMOVDPTR,#TAB2装第一首歌 MOV30H,DPLDPTR低8位送30H暂存 MOV31H,DPHDPTR高8位送31H暂存START1:INCR4产生8位随机数MOVA,#01010101BMOVB,R4MULABAB两数相乘8位随机数由P2口输出MOVP2,AMOVDPL,30HMOVDPH,31HMOVA,#00HMOVCA,A+DPTR查表MOVR0,A音符数据送R0崭存MOVA,#00HINCDPTRMOVCA,A+DPTR查表MOVR1,A节拍数据送R1崭存INCDPTRMOV30H,DPLMOV31H,DPHCJNEA,#01H,ELECT比较不相等跳转，一首歌没结束转ELECTINCR5LJMPKEYWORK结束歌曲计数器加1ELECT:JZSTART所有歌曲结束转START循环MOVA,R0JNZSING累加器A内容不为零则执行转移CLRTR0SETBP3.7 置1为高电平LOOP1:ACALLDELAY调用延时子程序DJNZR1,LOOP1SJMPSTART1 START为正数表示正向跳转，为负数表示反向跳转SING:MOVDPTR,#TAB1音符表首址送DPTRDECR0计算音符MOVA,R0MOVB,#02HMULABMOVR0,AMOVCA,A+DPTR查表MOV21H,AINCDPTRMOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOV20H,AMOVTL0,20HMOVTH0,21HSETBTR0开T0定时器LOOP2:ACALLDELAYDJNZR1,LOOP2AJMPSTART1TIM0:MOVTL0,20H MOVTH0,21H CPLP3.7 RETI中断返回DELAY:MOVR2,#70DELAY1:MOVR3,#252 DJNZR3,$ JNBP3.3,AGAIN ，直接寻址位为零则转移，重复正播放的曲子 JNBP3.4,FORM上一曲开关按下转FORM JNBP3.5,NEXT下一曲开关按下转NEXT DJNZR2,DELAY1 RETAGAIN:JNBP3.3,$等待键释放 LJMPKEYWORKFORM:CLREA关中断 JNBP3.4,$等待键释放 CJNER5,#00H,ZERO不是第一首歌ZER0 MOVR5,#04H是第一首将最后一首歌曲装入歌曲计数器 SJMPKEYWORK ZERO:DECR5歌曲向上进一首 SJMPKEYWORKNEXT:CLREA JNBP3.5,$ CJNER5,#04H,LAST MOVR5,#00H LJMPKEYWORKLAST:INCR5 歌曲下翻一首LJMPKEYWORKKEYWORK:MOVDPTR,#TAB将歌曲排列表装入DPTR MOVA,R5将R5的内容送A RLASETBEA开中断JMPA+DPTR根据A的内容转向不同歌曲TAB:AJMPMUSIC2 AJMPMUSIC3 AJMPMUSIC4 AJMPMUSIC5MUSIC2:MOVDPTR,#TAB2第2首歌曲首址送DPTR MOVP1,#06H GONG:MOV30H,DPL MOV31H,DPH AJMPSTART1MUSIC3:MOVDPTR,#TAB3MOVP1,#5BHSJMPGONGMUSIC4:MOVDPTR,#TAB4MOVP1,#4FHSJMPGONGMUSIC5:MOVDPTR,#TAB5MOVP1,#66HSJMPGONG*（音符表）*;TAB1:DW64021,64185,64331,64400,64524,64632,64732DW64777,64860,64934,64968,65030,65085,65134DW65157,65198,65235,65252,65283,65310,65335;*(因为爱情)*;TAB2:DW0910H,0A08H,0C08H,0C08H,0A18H,0010H,0C08H,0A08HDW0908H,0C08H,0C20H,0D08H,0E08H,0F08H,0F08H,0F08HDW0E08H,0F18H,0E04H,0E08H,0E08H,0C08H,0A08H,0A20HDW0C08H,0A08H,0C08H,0D08H,0D18H,0C08H,0D08H,0C08HDW0C08H,0808H,0820H,0608H,0808H,0A08H,0908H,0608HDW0A08H,0908H,0608H,0A08H,0908H,0608H,0D10H,0C20HDW0001H;*(我只在乎你)*;TAB4:DW0A08H,0A08H,0A08H,0908H,0A10H,0C08H,0C08H,0C20HDW0D08H,0D08H,0D08H,0C08H,0A10H,0D08H,0C08H,0C20HDW0F08H,0F08H,0F08H,0D08H,1010H,0F08H,0C08H,0C20HDW0D08H,0D08H,0D08H,0F08H,0D08H,0C10H,0A10H,0920HDW0A08H,0A08H,0A08H,0908H,0A10H,0C08H,0C08H,0C20HDW0D08H,0D08H,0D08H,0C08H,0A10H,0C08H,0C08H,0C20HDW0F08H,0F10H,0D08H,1010H,1010H,0F08H,0C08H,0C20HDW1010H,0C10H,0F10H,1010H,1110H,1010H,0F10H,0E10HDW0F10H,0E10H,0D10H,0C10H,0D40H,0020H,0004H,0F08HDW1008H,1110H,1010H,0F10H,0E10H,0F10H,0E10H,0A10HDW0C10H,0D20H,0008H,0D08H,0C08H,0D10H,0F10H,0F20HDW0010H,0F20H,1010H,1110H,0F10H,1010H,0F10H,0D08HDW0D08H,1210H,1110H,1010H,0F08H,1208H,1210H,1110HDW1010H,0F10H,1030H,1110H,1008H,0F08H,0F20H,0F10HDW1010H,1120H,0F10H,1410H,1310H,1108H,1008H,0F10HDW0D30H,0010H,0C10H,0F10H,1110H,1310H,1408H,1108HDW1008H,0F10H,0D10H,0F10H,0F08H,1010H,0F08H,0F40HDW0001H;*(童年)*;TAB5:DW0A08H,0C08H,0C10H,0C08H,0A08H,0D08H,0D08H,0E08HDW0D08H,0D08H,0D08H,0D08H,0C08H,0F10H,0F08H,0F08HDW0F08H,0D08H,0F08H,0D08H,0C40H,0A08H,0C08H,0C10HDW0C08H,0A08H,0D08H,0D08H,0E08H,0D08H,0D08H,0D08HDW0D08H,0C08H,0F10H,0F08H,0F08H,0F08H,0D08H,0D08HDW0F08H,1040H,1308H,1308H,1310H,1310H,1108H,1008HDW0F08H,0F10H,0D08H,0D08H,0F08H,0D08H,0F08H,1008HDW1008H,1008H,1008H,1008H,0F08H,1108H,1008H,1040HDW1108H,1110H,1108H,1108H,1008H,1010H,0F08H,0F10HDW0F08H,1008H,0F08H,0D08H,0C08H,0C08H,0C10H,0C08HDW0D08H,0C08H,1008H,1108H,0F40H,0001H,0000HEND4、 总原理图及元器件清单 图4.1总原理图2. 元器件清单AT89C52，晶振，电容，电阻，排阻，按键，数码管，二极管，蜂鸣器，三极管五、结论此音乐播放器能够播放四首曲子，且用按键选择曲目，基本实现