毕业设计之基于单片机音乐盒的制作

武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称： 一种基于单片机的音乐盒设计 完成期限：2012年02月20日至2012年06月05日院系名称 机械与自动化学院 指导教师 刘春玲 专业班级 自动化082班 指导教师职称 学生姓名 黄小奇 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 一、课题训练内容(1)通过毕业设计培养综合应用，巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养独立分析、使用计算机解决实际问题的能力；(2)通过毕业设计，培养学生正确的设计思想、理论联系实际的工作作风、严肃认真的科学态度、团结协作的团队精神；(3)训练收集查找中外文专业资料的阅读与翻译能力； (4)学习相关的背景知识，了解音乐盒的发音原理，熟悉AT89C51的结构及其编程方法，训练基于该单片机的编程及其运用，训练对keil 编程软件的使用及调试；(5)训练计算机编程及应用能力，在完成过程中能够比较熟练地使用工具软件proteus的仿真设计，锻炼实际操作能力；(6)通过对已完成的工作进行整理，以及毕业设计论文的撰写和毕业答辩，使学生书面和口头表达能力得到进一步的训练和提高。二、设计（论文）任务和要求1 设计任务：(1)熟悉计算机仿真软件proteus；(2)对AT89C51有一个更充分的了解，且用keil51会对其进行编程；(3)音乐盒功能包括：可以播放多首歌曲，且可以暂停，可以播放上一首或下一首，可以显示时间等；(4)了解稳压电源的设计；(5)了解音乐发声原理会对歌曲进行编码。2 设计要求：(1)提交开题报告一份，提交时间3月20日左右，字数在20003000字之间，内容需包含课题意义，所属领域的发展状况，本课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤以及参考书目等；(2)提交毕业设计论文一份，正文不得少于10000字，按照武汉纺织大学毕业设计模版格式要求规范撰写；(3)翻译一篇与本课题相关的专业英文资料，其对应的中文翻译不得少于3000字；(4)计算程序、图纸完整齐备；(5)所做系统刻成光盘上交。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料（1）技术参数单片机AT89C51;LCD LM016L;74LS373锁存器;27512外部程序存储器扩展；4*4行列式键盘；晶振X1；R1=R3=R4=R5=R6=R7=R8=R9=R10=10k;R2=47k;C1=10uF;C2=C3=22p.（2）参考资料1高麟.单片机语音电路的设计J.电子与自动化,1995,052张毅刚.单片微机原理及应用M.西安电子科技大,19963何为民.低功耗单片微机系统设计M.北京航空航天大学出版社,19944王莹.中国单片机市场的理想与现实J.电子产品世界,1997,09四、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12012-02-20至2012-03-10选题并完成对该设计项目资料的查找与学习掌握22012-03-11至2012-03-15撰写开题报告32012-03-16至2012-03-24选定需要的工具软件并安装调试42012-03-25至2012-04-01完成项目的理论设计52012-04-02至2012-04-15参照理论设计完成此音乐盒的作品62012-04-16至2012-04-23调试系统功能72012-04-24至2012-05-01继续调试系统82012-05-02至2012-05-15整理资料，开始撰写论文初稿92012-05-16至2012-06-05修改完善论文IV武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称一种基于单片机的音乐盒设计院系名称机械工程与自动化学院专 业自动化班 级自动化082学生姓名黄小奇一、课题意义 音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的钟塔报时，而将大小的钟表装上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。音乐盒有着300多年的发展历史，是人类文明发展的历史见证。传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。所放歌曲的节奏可以根据需要进行设置，根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方便设计音乐旋律，可以扩充其功能如下：（1）可以显示歌曲的名称（2）可以设置睡眠关机时间（3）可以设置歌曲的播放模式，单曲循环还是顺序播放（4）可以存储多首歌曲二、所属领域的发展状况目前市场上流行的音乐盒很多，但是这些音乐盒虽然种类很多，但原理大多相同，都是由发条带动表面有小凸起的滚筒转动，当凸起经过簧片时会拨动簧片，使簧片振动发出声音。这些音乐盒原理相同，所不同的仅仅是外表。这种音乐盒因为滚筒就相当于乐谱，所以一旦做好就不能改变，也正因为如此，这种音乐盒能够播放的音乐很有限，大部分的音乐盒只能播放一首曲子，又因为这种音乐盒的音乐是通过簧片的振动而发出的，所以音乐没有乐器发出的声音动听。因此往往需要改进。单片机的显著特点是面向控制, 适用于工业应用环境, 可靠性高且价格低, 因此广泛应用于检测及控制系统中。单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化、外围电路内装化、低功耗化等方面发展。其中CPU、存储器、片内I/O等都将有所改进。基于单片机设计的电子音乐盒，正是利用单片机小巧灵活、成本低、易于产品化、可靠性好、易扩展等优势来改进老式音乐盒，以提高老式音乐盒性能，避免其功能单一的缺点。基本原理是通过单片机系统设计，将音乐简谱与数据的转换。三、设计内容本设计是以单片机AT89C51为核心数据处理器件，由LCD液晶显示屏LM016L显示歌曲的曲号、播放时间、开机画面以及键号，采用4*4行列式键盘实现曲号的选择，其中1A号按键用来选择曲号，C键控制下一曲，D键控制上一曲，E键控制播放/暂停，F键为开机画面显示，元件以低耗、高能、耐用、精确、易于操作等为优先考虑因素。采当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动扬声器，放出乐曲。同时启动定时器T1，显示乐曲播放的时间，并驱动LCD,显示歌曲号及播放时间。AT89C51单片机的内存较小，就用了一个74LS373锁存器和27512外部扩展芯片对该单片机进行了内存的扩充，增大了它的存储空间，让他可以存储足够多的歌曲。四、研究方法与研究手段（1）进行需求分析（2）设计原理图（3）使用C语言编写、调试程序，实现智能音乐盒的设计（4）进行最后的电子音乐盒的调试五、研究步骤 用3周时间,进一步查资料并学习研究一般理论知识，我们一起完成音乐盒硬件设计； 用4周时间,我来完成软件编程,基本实现其功能； 用3周时间,我们一起来完成修改整个设计的错误,使硬件电路能正常运行； 用2周时间,完成论文正文的写作； 用1周时间,完成论文其他内容和修改论文格式,准备答辩。六、参考书目1高麟.单片机语音电路的设计J.电子与自动化 1995,052张毅刚.单片微机原理及应用M.西安电子科技大3何为民.低功耗单片微机系统设计M.北京航空航天大学出版社，19944王莹.中国单片机市场的理想与现实J.电子产品世界,1997,095马坚.单片机应用开发中的一个问题看国外单片机新技术J.电脑开发与应用,1995,026马殿阁.“单片机网”的设计J.微型机与应用,1991,127梁丽洁.基于单片机的简单数字采集系统的设计J.河北理工大学学报,2007,01指导教师签名： 年 月 日II摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。当今，利用单片机控制音乐播放多不胜举，音乐芯片也相当之多，而利用单片机存储音乐，控制播放最为广泛。它有功能多价格优外围电路简单的特点，很受音乐爱好者及音乐芯片制造商的青昧。本文中，用单片机芯片及少数外围电路控制音乐播放。本设计是以单片机AT89C51为核心数据处理器件，由LCD液晶显示屏LM016L显示歌曲的曲号、播放时间、开机画面以及键号，采用4*4行列式键盘实现曲号的选择，其中1A号按键用来选择曲号，C键控制下一曲，D键控制上一曲，E键控制播放/暂停，F键为开机画面显示，元件以低耗、高能、耐用、精确、易于操作等为优先考虑因素。采当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1，显示乐曲播放的时间，并驱动LCD,显示歌曲号及播放时间。AT89C51单片机的内存较小，就用了一个74LS373锁存器和27512外部扩展芯片对该单片机进行了内存的扩充，增大了它的存储空间，让他可以存储足够多的歌曲。重要的是，基于单片机的音乐播放器解决专用音乐播放芯片只能一次性烧录、播放内容不可变的缺点。该音乐发生器的论文详细介绍了其硬件结构和设计方法，整个设计简单实用，功能完整。关键词：音乐；AT89C51；单片机；LCD LM016LABSTRACTWith the rapid development of science and technology in recent years, the application of the microcontroller is constantly deepening, while driven by the traditional control to detect the rapid update. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often a core component to use only SCM knowledge is not enough, according to the specific hardware architecture, and software combination for a specific application object features should also be improved. Today to use microcontroller to control the music player and more too numerous to cite, quite as much as music chip, while the use of a microcontroller for storing music, control playback of the most extensive. It has a function, excellent prices, external circuit is simple, and very popular with music lovers and music chip maker Green ignorant. This article, using a single chip and a few peripheral circuits to control music playback. The design is based on AT89C51 microcontroller as the core data processor, track number by LCD LCD display LM016L, display song, playback time, the boot screen and keypad No. 4 * 4 determinant keyboard track number selection, one of them A number keys to select the track number, the C key to control under a D key control on an E keys to control play / pause, the F key to start-up screen display, and components to the low power, high-energy, durability, precision, easy operation for priority consideration. Mining when a keyboard key is pressed to determine the key, to start the counter T0, resulting in a certain frequency pulse drive the buzzer and release music. Start timer T1, play time. AT89C51 microcontroller memory is smaller, with a 74LS373 latch and 27512 external expansion chip, the microcontroller memory expansion, increasing its storage space, so that he can store enough songs. Importantly, the microcontroller-based music player to solve the dedicated music players chips can only be a one-time burn, play immutable shortcomings. The music generator paper introduces the hardware structure and design method, the whole design is simple, practical and fully functional.Keywords: music; on AT89C51; microcontroller; the LCD LM016L.目 录1绪论11.1课题意义11.2 主要研究工作22 设计方案22.1 设计方案论证22.1.1方案一22.1.2 方案二32.1.3方案三42.1.4 方案比较52.2主要设计软件介绍62.2.1 PROTEUS软件简介62.2.2 KEIL软件简介63 硬件设计63.1 电路组成及工作原理63.1.1 电路组成63.1.2 电路工作原理73.2 AT89C51的简介73.2.1 AT89C51功能概述73.2.2 AT89C51的管脚图83.2.3 AT89C51 单片机的引脚介绍83.3 晶振电路93.4 扬声器电路93.5 显示电路103.6 更换歌曲电路113.7 复位电路113.8 程序存储器外部扩展电路124 液晶显示原理及LM016L简介124.1 液晶显示原理及分类124.1.1液晶显示原理124.1.2液晶显示器的分类124.1.3液晶显示器各种图形的显示原理:124.2 LCD1602简介135 稳压电源155.1 稳压电源的功能155.2 直流稳压电源155.3 v交流电转v直流电的电源设计165.3.1电路工作原理165.3.2电路原理图176 软件系统设计176.1播放音乐的原理176.2音符频率的产生176.3节拍频率的产生196.4 软件流程设计206.5性能分析21参考文献23附 录24外文翻译中文翻译致 谢 III武汉纺织大学2012届毕业设计（论文）1绪论 1.1课题意义 音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的钟塔报时，而将大小的钟表装上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。音乐盒有着300多年的发展历史，是人类文明发展的历史见证。传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。所放歌曲的节奏可以根据需要进行设置，根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方便设计音乐旋律，单片机与音乐盒功能如图1-1所示,可以扩充其功能如下：（1）可以显示歌曲的名称（2）可以设置睡眠关机时间（3）可以设置歌曲的播放模式，单曲循环还是顺序播放（4）可以存储多首歌曲单片机播放歌曲名称及播放歌曲时间睡眠关机时间播放歌曲模式音乐播放扬声器时钟、复位与选歌按键图1-1 单片机与音乐盒功能图1.2 主要研究工作在本设计中，首先确定音乐盒的整体设计方案；然后对音乐盒所播放的音乐进行了程序设计；其次设计了音频驱动电路，以驱动播放扬声器；最后设计了直流稳压电源，用于为单片机和音频部分、显示部分提供稳定的+5V电压2 设计方案 2.1 设计方案论证2.1.1方案一利用AT89C51、74LS373锁存器和27512外部扩展组成的音乐播放器（1）硬件设计电路以AT89C51为主控制器，74LS373和27512进行外部程序存储器的扩展，播放/暂停键为播放/暂停歌曲，下一曲键和上一曲键分别为调整歌曲的下一曲和上一曲选择键的按钮。晶振采用12MHz，音乐信号由P30口输出，经喇叭发声而播放歌曲如图2-1所示框架图。图2-1方案一框架图扬声电路数码管晶振电路更换歌曲电路AT89C51单片机复位电路存储器扩展电路（2）软件设计程序中根据音选取的是C调三个8度内的音符，共24个音阶。每个音符对应频率由定时器T0产生。为了程序调用方便，每个音符都对应一个编码，占用一个字节。在程序中以查表的方式加载计数初值。当值为00H时表示空拍，与节拍码配合完成节拍发音。节拍码也占一个字节，每个音符的时间长度等于基本时间乘以节拍码的值，由定时器产生。当节拍码值为01H时，表示当前乐曲结束，为00H时，表示全部乐曲结束。为了编码简单，一般节拍码高半字节表示整拍，低半字节表示分数，只要基本延时设定恰当即可并且在按开始按钮后，可以播放歌曲。在播放程序中设置三个变量，分别用于用于存放时、分、秒，每次定时中断发生时，对基准时间计数，当达到一秒时，把秒加一，达到一分时，将分加一同时调用数码管显示子程序，将时分秒分别拆分为个位、十位进行显示。利用外部中断1、2实现上一曲、下一曲以及暂停功能，设置一个计数变量，检测到上一曲或下一曲按下时，分别对计数变量加一或减一，检测到暂停被按下时，等待按键再一次按下后，继续播放，方案中歌曲的循环模式为列表循环2.1.2 方案二（1）硬件设计电路以AT89C51为主控制器，74LS373和27512进行外部程序存储器的扩展，采用利用4X4组成的16个按钮矩阵键盘来实现对播放的控制，其中包括下一曲、上一曲、暂停按钮（分别为C、D、E键），当按下1A其中的一个时，跳到相应的曲谱进行演奏，显示电路采用六个共阴极数码管进行显示，晶振采用12MHz，音乐信号由P30口输出，经喇叭发声而播放歌曲，如图2-2所示。 AT89C51单片机复位电路数码管晶振电路存储器扩展电路图2-2方案二框架图4*4矩阵键盘扬声器电路 （2）软件设计程序中音选取的是C调三个8度内的音符，共24个音阶。每个音符对应频率由定时器T0产生。为了程序调用方便，演奏时时每个音符都对应一个编码，占用一个字节。在程序中以查表的方式加载计数初值,为了编码简单，一般节拍高半字节表示整拍，低半字节表示分数，只要基本延时设定恰当即可，为了及时响应键盘操作，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫描按键，在按键模块中调用其他功能模块）,按键每按下一次，按键扫描模块计算出键值，并储存键值，根据键值跳转至响应的标号执行程序，播放相应的歌曲，歌曲循环模式为单曲循环，其他功能的实现与方案一类同2.1.3方案三（1）硬件设计电路以AT89C51为主控制器，采用利用4X4组成的16个按钮矩阵键盘来上实现对播放的控制，其中C、D、E分别为功能键上一曲、下一曲以及暂停。F键为开机画面显示，1A号按键中每按一个键，跳到相应的曲谱进行演奏，显示电路采用液晶显示器LM016L进行显示，晶振采用12MHz，音乐信号由P30口输出，经喇叭发声而播放歌曲，如图2-3所示。 AT89C51单片机4*4矩阵键盘扬声器电路图2-3方案三框架图复位电路液晶显示屏晶振电路存储器扩展电路（2）软件设计程序中音选取的是C调一个8度内的音符，共7个音阶。根据十二平均律，（即将八度定义为1200音分，其中全因音符占200音分，半音占100音分，共十二个半音）每个音符对应频率由定时器T0产生。为了程序调用方便，将十二个半音的定时器初值放于表中，演奏时无需计算定时器初值，在程序中以查表的方式加载计数初值,每个音符都对应一个编码，占用一个字节。由于人耳的分辨力有限，为了编程简单，曲谱中的节拍码用延时来代替，每个音符发音30MS。由于采用的是矩阵式键盘，为了及时响应按键，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫描按键，在按键模块中调用其他功能模块）。按键每按下一次，按键扫描模块计算出键值，并储存键值，跳转至响应的标号执行程序，并调用液晶显示子程序，将键值在液晶显示器制定位置显示，如果检测到F键被按下，调用液晶显示模块，显英文字符欢迎，以及作者信息，本程序中，由于音符的长度是固定的30MS，T1用于更新剩余时间。剩余时间的显示同上。2.1.4 方案比较从以上三种方案，方案一采用的是独立式按键，按键太少，不能实现歌曲的快速选择，几乎没有拓展功能的可能，而方案二虽然采用的是矩阵式键盘，无论从扩展功能上将还是快速选择都优于方案一，但数码管显示不稳定，编程以及困难，占用CPU时序太多，方案三显然不存在方案一、方案二的缺点，使用了液晶显示屏，编程简单，显示稳定，占用CPU时序少，并且可以实现许多方案一、方案二无法实现的功能，无论是矩阵式键盘，还是液晶显示器，都有许多可扩展的功能，并且在播放音乐时简单实用，在使用上及其功能的实现上都优于前两种方案。更重要的是液晶显示器是当今电子设计的主流，通过这次设计，我能够学习到许多东西。通过方案对比，最终选择方案三，音乐发生器电路原理图见附录所示。2.2主要设计软件介绍 本设计利用KEIL编程软件对音乐盒程序进行编程与调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，两种软件的简介如下：2.2.1 PROTEUS软件简介 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。2.2.2 KEIL软件简介 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。3 硬件设计3.1 电路组成及工作原理3.1.1 电路组成音乐发生器的电路设计方框图如上图方案三所示，电路原理图见附录1所示，主要由单片机控制系统、行列式键盘、液晶显示屏、内存外部扩充电路、复位电路等组成。单片机AT89C51是本系统的核心，它主要负责控制各个部分协调工作。在其外围接上：复位电路、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振X1、电容、电阻、扬声器、4*4行列式键盘、74LS373锁存器、27512外部程序存储器扩展、LM016L液晶显示屏。硬件电路中用P1.0P1.7控制按键，其中P1.0P1.3扫描行，P1.4P1.7扫描列，用，P2.0P2.2作为LCD的RS,R/W,E的控制信号。用P0.0P0.7作为LCD的D0D7的控制信号。用P3.7口控制蜂鸣器，电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。将P0口作为74LS373锁存器的输入以及27C512的数据输入口，锁存器输出至27C512的低八位地址口，将P2口作为27C512高八位地址口，27C512的控制信号OE/VPP接至单片机的PSEN，实现片外ROM的读写控制。3.1.2 电路工作原理 本音乐发生器是用单片机来设计制作完成，其功能的实现主要通过软件编程来完成， AT89C51单片机片内带有4KB和外部程序存储器扩展的256K的内存，并且允许在系统内改写或用编程器编程。该音乐发生器的效率较高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。存储歌曲是采用的外部扩展，4*4行列式键盘来实现的，按键将单片机I/0 口的电平拉低，单片机检测到I/O口电平为0时，判断并存储键值。并自动跳转至相应曲号的标号处执行代码。显示采用的是液晶显示屏LM016L，显示稳定清晰，并且能显示多个信息，当片内4K的程序存储器存满后，自动跳转到片外256K程序存储器继续存储。3.2 AT89C51的简介3.2.1 AT89C51功能概述自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的进一步发展，导致微型计算机正向两个主要方向发展：一是高速度、高性能、大容量的高档微型机及其系列化向大、中型计算机的挑战；另一个是稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域需要的单片机。MCS51系列是Intel公司在1980年推出的高档8位单片机，具有性能价格比高、品种多、兼容性强、开发用的仿真机较完善等优点，所以在国际上和国内的占有率相当高。它拥有8位微处理器和控制器，内含一个一位布尔运算处理器，可直接对数据的位进行操作和运算，特别适用于逻辑控制。内部含有4KB的程序ROM并且在外部扩展了256K的存储空间，2个16位的计数/定时器。本次采用的是AT89C51单片机，其电路如3-1所示，它的中断功能比较强，有5个中断源，即外部中断2个，定时器中断2个，串行中断1个，有2个中断优先级。中断控制电路主要包括用于中断控制的四个寄存器：定时器控制寄存器TCON，串行口控制寄存器SCON，中断允许控制寄存器IE，中断优先级控制寄存器IP等。内部时钟振荡器，全双工方式的串行接口（UART），两极中断优先权的6个中断源/5个中断矢量的中断逻辑。哈佛结构的存储器组织，支持高达64K为单周期指令，支持六种寻址方式。最高时钟振荡频率可达12MHZ，大部分指令执行时间为1s，乘、除指令为4s。3.2.2 AT89C51的管脚图a)b)图3-1 AT89C51芯片引脚图MCS-51系列单片机采用40引脚双列直插式封装（DIP），其引脚排列和逻辑符号如图2-3所示，4个并行口共有32根引脚，可分别作地址线、数据线和I/O线；2根电源线；2根时钟振荡电路引脚和4根控制线。3.2.3 AT89C51 单片机的引脚介绍AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有许多引脚具有第二功能，各引脚功能说明如下：（1）输入/输出口线A 口8位双向口线B 口8位双向口线C 口8位双向口线D 口8位双向口线（2）ALE地址锁存控制信号在系统扩展时，ALE用于控制把口输出的底8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。（3）外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。（4）访问程序存储器控制信号当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。（5）RST 复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。（6）XTAL1和XTAL2外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，这两个引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。（7）电源、地线GNDVCC、GND。VCC一般接+5V电源，GND接地。3.3 晶振电路MCS-51片内有一个高增益的反相放大器，其输入端为引脚XTAL1和输出端为引脚为XTAL2，用于外接石英晶体振荡器和微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，如图3-2所示。电容C1和C2对频率有微调作用，电容一般取20pF左右。晶体振荡频率范围是12Mz12MHz，一般情况下，选用振荡频率为12MHz的石英晶体。振荡脉冲信号经过内部时钟发生器进行二分频之后，才成为单片机的时钟信号。 图3-2 晶振电路3.4 扬声器电路本设计是采用蜂鸣器用来发出声音，由于在实际应用中，单片机输出的标准高电平为5伏，输出功率很有限，所以本设计中，理论联系实际，用一个PNP型三极管驱动蜂鸣器，由于三极管具有放大作用，在实际应用中，输出功率将会提高很多。 图 3-3 扬声器电路 3.5 显示电路本设计显示是采用液晶显示器LM016L进行显示， LM016L的功能、显示原理以及使用方法将会在后文中介绍，P0口是一个地址/数据复用的双向I/O口，当使用P0口访问外部存储器和数据存储器时，P0口内部已有上拉电阻，当P0口作程序检验，输出指令字节时，必须外接上拉电阻。LM016L的控制信号RS、RW、E分别接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2。本设计中主要用LM016L显示开机画面、作者信息、播放剩余时间、歌曲号/键号。电路如图3-4所示。 图3-4显示电路3.6 更换歌曲电路采用4*4行列式键盘来实现选择歌曲播放，以及对歌曲号做基本的操作，即上一曲、下一曲以及暂停/播放。在本设计中1-A号按键用于选择歌曲的曲号播放，C、D、E分别为下一曲、上一曲、播放/暂停按钮，此外F键用于开机画面显示，0号按键在本设计中未使用，留作扩展功能使用。用P1.0P1.7控制按键，其中P1.0P1.3扫描行，P1.4P1.7扫描列。电路如图3-5所示。图 3-5 选择及更换歌曲电路3.7 复位电路AT89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个施密特触发器用来抑制噪声，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。本设计是采用上电自动复位，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。 图 3-6 复位电路3.8 程序存储器外部扩展电路本设计是采用了一个74LS373锁存器和一个27512程序存储器外部扩展组成，其主要的功能就是为了在外部扩展单片机内存，使它有足够的空间存放系统中的程序，而达到使它实现所要得到的功能和应用的领域，其图如图3-7所示。图 3-7 存储器扩展电路4 液晶显示原理及LM016L简介4.1 液晶显示原理及分类4.1.1液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。4.1.2液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。4.1.3液晶显示器各种图形的显示原理(1) 线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。(2) 字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。(3) 汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。4.2 LCD1602简介LM016l 与LCD1602原理是一样的，只不过PROTEUS中016没显示调1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm(1) 引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表4-1所示:表4-1：引脚接口说明表引脚名称omingcheng符号引脚说明引脚名称引脚说明VSS电源地D2D2数据VDD电源正极D3D3数据VL液晶显示偏压D4D4数据RSRS数据/命令选择D5D5数据R/W读/写选择D6D6数据E使能信号D7D7数据D0D0数据LED+BLA背光源正极D1D1数据LED-BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。(2) 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。5 稳压电源5.1 稳压电源的功能（1） 稳定电压：当电网电压出现瞬间波动时，稳压电源会以10-30ms的响应速度对电压幅值进行补偿，使其稳定在2%以内。 （2） 多功能综合保护：稳压器除了最基本的稳定电压功能以外，还应具有过压保护（超过输出电压的+10%）、欠压保护（低于输出电压的-10%）、缺相保护、短路过载保护最基本的保护功能。 （3） 尖脉冲抑制（可选）：电网有时会出现幅值很高，脉宽很窄的尖脉冲，它会击穿耐压较低的电子元件。稳压电源的抗浪涌组件能够对这样的尖脉冲起到很好的抑制作用。 （4） 隔离传导性EMI电磁干扰（可选）：数控设备多采用AC/DC整流+PFC高频功率因数校正，自身有一定的干扰性同时对干扰源也有严格要求。稳压电源的滤波组件能够有效隔离电网对设备的干扰同时也能有效隔离设备对电网的干扰。 （5） 防雷（可选）：应具有的防雷击能力。5.2 直流稳压电源它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者由工频变压器把单相或三相交流