综合电子课程设计.doc

目录一、课程设计目的2二、课程设计题目及要求2三、课程设计任务及需提交的材料2实训任务一：完成一个实用电子产品的PCB设计及制作2实训任务二：简易播放器项目需求2四、设计与制作3实训任务一：完成一个实用电子产品的PCB设计及制作31、创建项目文件32、制作新元件33、原理图的电器检查34、创建网络表35、创建PCB文件 36、PCB布局布线47、设计规则检查及3D效果图4实训任务二：简易播放器项目需求41、音调、节拍以及编码的确定方法42、音调的确定43、节拍的确定54、编码55、程序（见附录二）6五、课程设计体会7六、参考文献7附录一附录二综合电子系统设计一、课程设计目的通过一个电子产品的整机制作，全面了解电子产品的开发和生产过程（电气部分），从而巩固和提高同学们的电路设计能力、PCB板设计能力、PCB板制作能力、电子元件的采购及检测能力、电路安装能力和电路调试及检修能力等，以适应电子企业相应岗位的需要；同时也是对同学们所学知识的掌握程度和综合运用能力的检验。通过课程设计，达到理论与实际应用相结合，增强学生对综合电子系统设计的理解，掌握综合电子系统设计的方法以及PCB制作的方法，并能够在这个基础上进行实际项目的程序设计及软硬件调试。增强学生的工程实践能力。2、 课程设计题目及要求课程设计题目2个，学生分组，每组完成2个题目。实训任务一：完成一个实用电子产品的PCB设计及制作1. 选定一个实用电子线路（写出主要的性能指标）。但要有实用功能；电路设计要有设计原理，用他人电路要有工作原理。2. 设计PCB板。板子大小及板层视电路而定，板上要有你的班级及姓名（铜膜）；需打印出原理图、印制电路板图和元件清单。3. 按照元件清单购置器材，注意元件封装应该与设计相符（或购器材后再设计PCB板）。4. 电路组装应符合工艺要求，既考虑电气性能又美观整齐。5.有调试检测的电路应写出调试检测过程、方法及设计达到的结果，安装一次不成功的写出检修处理过程及结果。第一个实训项目主要是PCB板的制作，难度适中即可，同学也可以自已设计原理图或者用他人的原理图。实训任务二：简易播放器项目需求基本需求：1.使用Buzz播放音乐，音乐数据存在Code Flash空间2.开机后在LCD显示所有音乐或这在数码管上显示第几首音乐，可以通过上、下键翻页。当前音乐有指示（高亮）。按确定键播放音乐。3.播放音乐的同时在LCD1602屏上显示音乐的信息：演唱者，时间等。按左、右键分别播放上一首，下一首，按Enter键暂停/继续。第二个实训是完成一个音乐播放器，同学也可以根据自己的需要来完成其他的电子产品，难易适中，成本不要太高。3、 课程设计任务及工作量的要求（包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求）1.了解相关理论知识，音乐播放的原理；音调与节拍的编码；掌握DXP的使用。2.完成原理图以及PCB版图的制作3.完成电路板的组装4.完成硬件电路的测试、以及软件的编程5.最终完成一个能播放音乐的实物电子产品。4、 设计与制作实训任务一：完成一个实用电子产品的PCB设计及制作1.创建项目文件(1) 执行菜单命令【文件】/【创建】/【项目】/【PCB项目】，创建一个新的PCB项目，并命名为“huanghuijuan.PrjPCB”，保存该项目到208090508文件夹下。(2) 单击工作区面板的【Projects】选项卡，移动光标到项目“huanghuijuan.PrjPCB”上，单击鼠标右击，在弹出的快捷菜单中执行菜单命令【追加新文件到项目中】/【Schematic】，在项目中添加一个新的原理图文件，命名并保存为“huanghuijuan.SchDoc”。2.制作新元件(1) 执行菜单命令【文件】/【创建】/【库】/【原理图库】,打开原理图的元器件库编辑器，系统自动生成了一个原理图库文件“Schlib1.Schlib”；(2) 执行菜单命令【保存】，保存原理图库文件到“208090508 huanghuijuan.Schlib”；(3) 执行菜单命令【查看】/【工作区面板】/【SCH】/【SCH Library】,在工作区面板中打开【SCH Library】（原理图元器件库）对话框。(4) 在元器件库编辑管理器中，选中元器件“Component_1”,然后执行菜单命令【工具】/【重新命名元件】，弹出【Rename Component】(重新命名元器件)对话框，修改元器件的名称为“”，然后单击按钮【确认】。(5) 绘制元器件外形，并添加引脚，并对新制作的元器件进行封装。(6) 用同样的方法完成对另外的新元器件“”制作。(7) 将新元器件加入到原理图中，使充分完成对原理图的绘制。3.原理图的电器检查(1) 执行菜单命令【项目管理】/【Compile PCB Project huanghuijuan.PrjPCB】对项目进行编译。(2) 查看检查结果，如有错，则需要对存在的问题进行修改，知道没有错误为止。4.创建网络表打开项目文件，执行菜单命令【设计】/【文档的网络表】/【Protel】，系统会自动生成当前项目的网络表。5.创建PCB文件(1) 追加PCB文件到项目中。单击工作区面板的“Project”选项卡，移动光标到项目“huanghuijuan.PrjPCB”上，单击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择【追加新文件到项目中】/【PCB】，系统创建一个名为“huanghuijuan.PocDoc”的PCB文件，并保存到项目目录下。(2) 设置PCB编辑器参数。执行菜单命令【工具】/【优先设定】，系统弹出【优先设定】对话框，对“General”、“Display”、“Show/Hide”、“default”和“PCB 3D”各选项卡进行适当设置；(3) 设置PCB属性。在PCB编辑状态下，执行菜单命令【设计】/【层堆栈管理器】，打开【图层堆栈管理器】对话框，并设置PCB为双层板。(4) 设置PCB物理边界及电气边界。在PCB编辑状态下，设置PCB的外形。单击工作窗口下部的“Mechanical1”标签，切换到机械层窗口，绘制PCB的物理边界，然后将PCB编辑器的当前层置于“Keep-Out Layer”,绘制PCB的电气边界，规划好物理边界和电气边界的PCB；(5) 载入网络表和元器件。在PCB编辑状态下，执行菜单命令【设计】/【Import Changes From huanghuijuan.PrjPCB】，系统会弹出【工程变化订单(EOC)】对话框；(6) 单击按钮“使变化生效”，进行状态检查，检查的状态在【工程变化订单(EOC)】对话框中的【状态】项目的“检查”一栏里显。根据检查信息修改其中的错误，直到没有错误为止；(7) 单击按钮“执行变化”，完成网络表的导入；(8) 完成网络表的导入后，单击【工程变化订单(EOC)】对话框中的按钮“关闭”。在PCB编辑状态下，可以看到导入网络表后的PCB。6.PCB布局布线(1) 为了布局美观和电路连接的需要，对PCB进行手动布线。(2) 设置布线参数，执行菜单命令【设计】/【规则】，设置线宽，安全距离布线拐弯等布线参数。(3) 自动布线，执行菜单命令【自动布线】/【全部对象】，弹出对话框点击“Route All”。7.设计规则检查及3D效果图执行菜单命令【工具】/【设计规则检查命令】点击“运行设计规则检查”。执行菜单命令【查看】/【显示三维PCB板】。（见附录一）实训任务二：简易播放器项目需求1.音调、节拍以及编码的确定方法一般说来，单片机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，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。2.音调的确定不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、FG、GA、AB两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；EF、BC两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上号或者b号的叫变化音。叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。(1)要产生音频脉冲，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。利用定时器计时这半个周期时间，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AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。此外结束符和休止符可以分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应的停顿效果。(3)例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，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：N=Fi2FrN：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：T=65536-N=65536-Fi2Fr例如：设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。中音DO（523Hz）。高音的DO（1046Hz）的计算值T=65536-N=65536-Fi2Fr=65536-10000002Fr=65536-500000/Fr低音DO的T=65536-500000/262=63627低音DO的T=65536-500000/523=64580低音DO的T=65536-500000/1047=65059(5)C调各音符频率与计数值T的对照表如表1所示。低音频率T参数中音频率T参数高音频率T参数Do2621908229Do523956115Do10465757Do2771805217Do554903108Do11095454Re2941701204Re587852102Re11755151Re3111608193Re62280497Re12454848Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa3701351162Fa74067681Fa14804141So3921276153So78463877So15683838So4151205145So83160272So16613636La4401136136La88056868La17603434La4641078129La93253664La18653232Si4941012121Si98850661Si19763030表1 C调各音符频率与计数值T的对照表3.节拍的确定若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。“节拍”，即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s，则1/4 拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。了解音乐的一些基础知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。节拍码节拍数节拍码节拍数11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍表2 节拍与节拍码对照每个音符使用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。如果1拍为0.4秒，1/4拍实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。曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125毫秒调4/462毫秒调3/4187毫秒调3/494毫秒调2/4250毫秒调2/4125毫秒表3 1/4和1/8节拍的时间设定4.编码do re mi fa so la si分别编码为17，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为0。播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的结束标志。举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。举例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsigned char 的数组中。程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。简谱发音简谱码T值节拍码节拍数5低音SO16426011/4拍6低音LA26440022/4拍7低音TI36452433/4拍1中音DO46458041拍2中音RE56468451又1/4拍3中音MI66477761又1/2拍4中音FA76482082拍5中音SO864898A2又1/2拍6中音LA964968C3拍7中音TIA65030F3又3/4拍1高音DOB650582高音REC651103高音MID651574高音FAE651785高音SOF65217表4 简谱对应的简谱码、T值、节拍数5.程序（见附录二）16五、课程设计体会两周的课程设计结束了，这两周对于我来说收获真的不少。Protel DXP制作电路板以及制作音乐播放器，这两个我一看就被吸引了的课题，让我下定决心一定要好好学好做好这一次的课程设计。课程设计周开始，老师给了我们设计的任务，按照任务书上的每一个步骤开始一点一滴做起。首先按照上学期的DXP的步骤画电路板，然后焊板子，由于以前有过经历，所以感觉还是挺顺手的。在设计周开始之前，我还预习了好多关于单片机方面的东西。感觉自己掌握的还好了，我就自己提前开始尝试用自己的板子编写。我还利用课后的时间赶进度，发现当有目标的时候学东西真的好快。原本还迷迷糊糊，经过一个星期的课程设计，我居然可以很清晰地知道做板子的流程，并会自己做出一块板子出来，虽然还有一些细节需要改进。看着自己画的原理图和PCB板还有自己动手编写的程序，想想自己每天熬夜看书在自己电脑上改来改去，想想在设计过程中每一次面对困难又解决的快乐不管会是怎么样的结果，至少自己真正努力过，就不会有遗憾，两周，我一直抱着这样的信念坚持到最后一刻。两周的课程设计结束了，回想起来，自己的收获真的不少，努力总会有收获，这是永远都不变的道理。想想这一次的课程设计，自己也会多一点今后学习上的经验和方法。设计结束了，我发现我对画板子，编写程序实现控制功能更有兴趣了，我也会好好努力把一些我还不是很了解的细节做好。六、参考文献1 倪晓军等，单片机原理与接口技术教程，北京：清华大学出版社，2007。2 赵志刚等，Protel DXP实用教程，北京：清华大学出版社，2007。3 李秀霞等，Protel DXP 2004电路设计与仿真，北京：北京航空航天大学出版社，2005。附录一：图1 原理图图2 顶层PCB版图图3 底层PCB版图附录二：#include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit key1=P32;/按key1可切换花样sbit key2=P33;/按key2可切换歌曲sbit fm=P23;/蜂鸣器连续的IO口sbit P34=P34;/矩阵键盘的一列sbit P20=P20;uchar code huayang1=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf;/花样1uchar code huayang2=0x7f,0xfe,0xbf,0xfd,0xdf,0xfb,0xef,0xf7,0xef,0xfb,0xdf,0xfd,0xbf,0xfe;/花样2uchar code huayang3=0x7f,0x3f,0x1f,0x0f,0x07,0x03,0x01,0x0,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff;char code huayang4= 0x55,0xaa,0xcc,0x33,0x99,0x66,0x0f,0xf0;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar code tablewe=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;uchar count2=1;/歌曲标志uchar timeh,timel,i;/编程规则:字节高位是简谱,低位是持续时间,/代表多少个十六分音符/1-7代表中央C调,8-E代表高八度,0代表停顿/最后的0是结束标志uchar code qnzl1=0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08,0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08,0xff;uchar code qnzl2=0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02,0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,0xff;uchar code qnzl3=0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,0x42,0x63,0x83,0x83,0x91,0x91,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff;/结束标志uchar code jmszl1=0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,0x51,0x52,0x31,0x52,0x62,0x13,0x11,0x13,0x32,0x28,0x08,0x28,0x31,0x32,0x31,0x32,0x11,0x21,0x51,0x52,0x51,0x52,0x51,0x51,0x31,0x32,0x31,0x32,0x81,0x72,0x63,0x62,0x71,0x81,0x72,0x61,0x61,0x52,0x31,0x21,0x32,0x51,0x54,0x22,0x12,0x11,0x12,0x11,0x12,0x12,0x14,0x26,0x32,0x26,0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,0x51,0x52,0x31,0x52,0x62,0x13,0x11,0x13,0x32,0x28,0x08,0x28,0x31,0x32,0x31,0x32,0x11,0x21,0x51,0x52,0x51,0x52,0x51,0x51,0x31,0x32,0x31,0x32,0x81,0x72,0x63,0x62,0x71,0x81,0x72,0x61,0x61,0x52,0x31,0x21,0x32,0x51,0x54,0x22,0x12,0x11,0x12,0x11,0x12,0x12,0x14,0x26,0x32,0x26,0xff;uchar code jmszl2=0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x02,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x62,0x52,0x34,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x82,0x51,0x51,0x51,0x51,0x31,0x61,0x53,0x21,0x11,0x21,0x11,0x22,0x11,0x21,0x26,0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x52,0x31,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x81,0x61,0x31,0x56,0x32,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x91,0x81,0x61,0x81,0x61,0x51,0x31,0x51,0x34,0x21,0x31,0x51,0x31,0x21,0x11,0x61,0x21,0x16,0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x02,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x62,0x52,0x34,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x82,0x51,0x51,0x51,0x51,0x31,0x61,0x53,0x21,0x11,0x21,0x11,0x22,0x11,0x21,0x26,0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x52,0x31,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x81,0x61,0x31,0x56,0x32,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x91,0x81,0x61,0x81,0x61,0x51,0x31,0x51,0x34,0x21,0x31,0x51,0x31,0x21,0x11,0x61,0x21,0x16,0xff,;/-简谱音调对应的定时器初值-/适合11.0592M的晶振uchar code cuzhi= 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