康辉 毕业设计

1、西安工业大学北方信息工程学院西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计本科毕业设计(论文论文)题目：基于单片机的音乐播放器设计题目：基于单片机的音乐播放器设计系 别 光电信息系 专 业 光电信息工程 班 级 B110106 姓 名 康辉 学 号 B11010609 导 师 巩蕾 2015 年 5 月西安工业大学毕业设计（论文）任务书西安工业大学毕业设计（论文）任务书系别 光电信息系 专业 光电信息工程 班 B110106 姓名 康辉 学号 B11010609 1.毕业设计（论文）题目：基于单片机的音乐盒播放器设计 2.题目背景和意义：语音及音乐播放在仪器仪表、家用电器及各种玩具中应用非常广泛。掌

2、握基于单片机的语音存储、编码、解码及播放对提高学生的电子类产品设计能力有很大的帮助。本课题使用语音芯片来存储播放语音片段，在单片机的控制下实现语音播放、音量控制、循环等功能。3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：1）编解码的一些基本原理； 2）画出硬件原理图，包括单片机、语音芯片和键盘；3）画出软件流程图，采用单片机 C 语言或汇编语言进行编程；实现自行定义按键盘，当有键按下时，能相应的播放出歌曲。有一个停止键能控制音乐的播放； 4）完成硬件与软件调试综合调试，实现预定功能。4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： (1) 毕业设计的态度端正、认真，目的明确； (2)

3、按照西安工业大学本科毕业设计（论文）撰写规范撰写论文； (3) 论文的字数要求 15000 字以上； (4) 参考文献 15 篇以上； (5) 按照任务书的要求、进度完成相应的工作； (6) 按照老师所指定的时间向老师汇报所做的工作情况。 (7) 不懂的问题应及时与老师讨论。 毕业设计的进度安排： 1-4 周：方案论证，完成开题报告，进行开题答辩。 5-8 周：设计算法流程，编制程序。完成中期报告和外文翻译，准备中期答辩。 9-13 周：调试。 14 周：书写论文，准备毕业答辩。5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数）*或实习（天数）：上机 100 小时以上 图纸（幅面和张数）*： 其他

4、要求：论文字数约 15000 字，其中参考文献不少于 15 篇，外文不少于 3 篇， 不少于 3000 字的文献翻译 1 篇。 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日说明：1 本表一式二份，一份由学生装订入附件册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填。基于单片机的音乐盒播放器设计基于单片机的音乐盒播放器设计摘要摘要基于单片机的音乐盒，利用 VS1003 语音芯片和 LCD12864 液晶显示屏来实现音乐解码和显示播放曲目的信息，以及利用 PAM8403 实现功率放大。本文阐述一种基于 STC12C5A60S2 单片机的一种音乐播放器系统,通过按键来控

5、制音乐的播放/暂停和上一曲/下一曲等功能。着重给出了硬件系统的各部分电路以及软件流程设计的基本思想。着重阐述了 STC12C5A60S2 单片机的基本功能、最小系统设计、按键设计、VS1003 音乐芯片的基本功能与设计思路以及软件程序的整体设计方案。该电路设计新颖、功能强大、结构简单。并且基于 STC12C5A60S2 单片机和 VS1003语音芯片组合的音乐播放器在生活中的有很强的实用性和广泛的适用性。关键词：关键词：增强型 8051 单片机；液晶显示；按键控制；解码；音乐播放器Music Box Player Based on MicrocontrollerAbstractMusic Bo

6、x is based on Microcontroller，use VS1003 voice chip and LCD12864 LCD monitor to achieve music decoding and display playing track information, and the use of PAM8403 achieve power amplification.This paper describes a music player system of a microcontroller based STC12C5A60S2, to through the key cont

7、rol the music playback/pause and previous / next track functions. Emphasis is given for each part of the circuit of hardware systems and the basic idea of software process design, The basic function of STC12C5A60S2 Microcontroller minimum system design, button design.VS1003 chip music basic function

8、s and design ideas as well as the overall design of the software program. The circuit design is novel, powerful, simple structure. Music player consists of STC12C5A60S2 microcontroller and VS1003 voice chip ,has a strong practical and broad applicability in life.Key Words：Single-Chip Microcomputer o

9、f enhanced 8051; LCD; button control; decoding; Music Player目目 录录1 绪论绪论.11.1 题目背景及研究意义.11.2 国内外发展状况.11.3 主要技术指标.21.4 本文主要研究内容.22 方案论证方案论证.32.1 设计要求.32.2 主控器部分.3方案一.3方案二.42.3 音乐芯片部分.5方案一.5方案二.62.4 液晶显示部分.82.5 功放部分.92.6 系统方案.102.7 本章小结.113 硬件电路设计硬件电路设计.123.1 Altium Designer 介绍 .123.2 STC12C5A60S2 的概况.

10、133.3 单片机最小系统.18电源电路.18振荡电路.19单片机最小系统电路.203.4 其他部分电路.213.5 选择键盘监测方法.233.6 整体电路.243.7 本章总结.244 软件电路软件电路.254.1 STC 单片机开发环境介绍.254.2 VS1003 芯片程序.264.3 总程序.284.4 本章小结.285 系统试验及调试系统试验及调试.295.1 硬件调试.295.2 软件调试.305.3 综合测试.305.4 本章小结.316 结结 论论.32参考文献参考文献.34致谢致谢.36毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明.37毕业设计（论文）独创性声明毕

11、业设计（论文）独创性声明.38附录附录 A 电路原理图电路原理图.39附录附录 B 总程序总程序 .421 绪论绪论1.1 题目背景及研究意义题目背景及研究意义当在进入 21 世纪后,单片机产品的发展正朝着高性能和多品种方向，并且发展趋势是进一步朝着 CMOS 化、小体积、低功耗、大容量、高性能、低价格以及外围的电路内装化等几个方面去发展1。单片机的应用的重要意义还是在于它是从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。过去必须要由模拟电路或者数字电路才可以实现的大部分的功能，现在已能完全可以用单片机通过软件的方法来实现了。单片机可以说渗透到了我们生活的各个方面，几乎难以找到哪个领域里没有单

12、片机的踪迹。导弹中的导航装置，飞机里安装的各种仪表的控制，计算机里的网络通讯与数据传输方面，工业自动化过程中实时控制和数据处理方面，民用的高档轿车的安全保障系统，摄像机、录像机、全自动洗衣机所涉及的控制方面，这些全都是离不开单片机的2。随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展3。随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越

13、高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。1.2 国内外发展状况国内外发展状况在在国内外都已经得到了充分的发展。据统计，我国的单片机年需求量已达 1-3 亿片，且每年以大约 16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到 1%。特别是沿海地区的电子厂，其产品多数要用到单片机，并不断地向内地辐射，这说明单片机应用在我国才刚刚起步，有着广阔的前景。这种基于单片机的音乐播放器都非常流行4。据网络公司 Jupiter Media MetriX 的统计数据显示：使用基于单片机音乐播放器(无论是离线播放器还是

14、网络播放器)的家庭用户从 2011 年 10 月的 33200万猛增到 2012 年的 41700 万以单片机为基础的音乐播放器设计成本低、音质效果好，值得推广5。扩展功能强大的音乐播放器是未来音乐播放器的发展趋势，体积小，携带方便而且功能又强大，这也是现在所有电子产品的未来。1.3 主要技术指标主要技术指标（1）语音存储及编解码的基本原理； （2）用 Altium designer 画出硬件原理图，包括单片机、语音芯片和键盘；（3）画出软件流程图，采用单片机 C 语言或汇编语言进行编程；实现自定义按键，当有键按下时，能相应的播放出歌曲；有一个停止键能控制音乐的播放。 （4）完成硬件与软件调试

15、综合调试，实现预定功能。1.4 本文主要研究内容本文主要研究内容本文分为五部分来介绍该设计的详细方法：第一章绪论总体的介绍本次设计的背景，以及技术指标；第二章将从硬件部分的选取开始，分别陈述了单片机、音乐芯片、LCD、功放的选取，以及硬件电路的整体设计方案；第三章从硬件部分的设计做以介绍，主要包括单片机最小电路的设计，音乐芯片的周围电路设计，显示屏的电路设计，功放的电路设计，控制按钮的电路设计；第四章讲述了软件部分的设计思路以及各部分程序的设计方法；第五章介绍了整体的软件和硬件的分别调试和综合调试。2 方案论证方案论证2.1 设计要求设计要求（1）语音存储及编解码的基本原理； （2）用Alti

16、um designer画出硬件原理图，包括单片机、语音芯片和键盘；（3）画出软件流程图，采用单片机 C 语言或汇编语言进行编程；实现自行定义按键盘，当有键按下时，能相应的播放出歌曲。有一个停止键能控制音乐的播放； （4）完成硬件与软件调试综合调试，实现预定功能。2.2 主控器部分主控器部分方案一采用 AT89C52 单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以对 U 盘进行读写操作，又可对 VS1003 模块进行 SPI 通信控制。另外 AT89C52 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用

17、都很成熟。ATMEL 公司生产的 AT89C52 单片机采用高性能的静态 80C51 设计，由先进工艺制造，并带有非易失性 Flash 程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8 位 CMOS 微处理芯片，市场应用最多6。主要性能特点有： 8KB Flash ROM，可以擦写 1000 次以上，数据保存 10 年。 256 字节内部 RAM。 电源控制模式 时钟可停止和恢复； 空闲模式； 掉电模式。 6 个中断源。 4 个中断优先级。 4 个 8 位 I/O 口。 全双工增强型 UART。 3 个 16 位定时/计数器，T0、T1（标准 80C51）和增加的 T2（捕获和比较）。 全静态工作方式：

18、024MHz。方案二采用 STC12C5A60S2 八位单片机实现7。STC12C5A60S2 单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可以任意选择。 主要性能特点有： 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051; 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作频率可达 48MHz; 用户应用程序空间为 60K 字节; 片上集成 512 字节 RAM; 通用 I/O 口（32 个）复位后为：P

19、1/P2/P3 是准双向口， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序; 具有看门狗功能; 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2; 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒; 掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序； 空闲模式：典型功耗 2mA 典型功耗； 正常工作模式：典

20、型功耗 4mA7mA 典型功耗；STC12C5A60S2 和 AT89C52 外形对比，如图 2.1 所示：图 2.1 STC12C5A60S2 和 AT89C52 外形对比由于读写 U 盘数据需要大量缓存和大量空间，速度快。而 AT89C51 读写速度慢，内部程序 FLASH 空间只有 8K，且 RAM 只有256Bit。STC12C5A60S2 内部有 60K 的程序 FLASH 空间和 1280Bit 的 RAM,能满足本次设计的要求，主频速度是普通的 AT89C51 的 12 倍。并且支持在线编程，使用很方便，烧写程序的时候不用再反复插拔单片机，使单片机的寿命大大增长，并且结合本课题要

21、求的多功能，体积小，灵敏度高等特点，因而本设计采用 STC12C5A60S2 单片机作为本课题的单片机。2.3 音乐芯片部分音乐芯片部分方案一采用 WT588D 语音芯片，具有独特的单片机功能，功能多、音质好、应用范围广、性能稳定是 WT588D 系列语音单片机的特长，弥补了以往各类语音芯片应用领域狭小的缺陷，MP3 控制模式、按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制I/O 口扩展输出模式，让应用人员能将产品投放在几乎可以想象得到的场所8。作为一款以语音为基础的芯片，对音质的追求当然也是精益求精的，完全支持6K-22KHz 采样率的音频加

22、载，芯片的独到之处便是将加载的音频音质几乎完整无损的展现出来。WT588D 系列语音单片机能通过配套软件 WT588D Voice-Chip 轻而易举的做到语音组合播放、插入完美的陶冶静音。静音的时长控制得绝无丝毫误差。可控制的语音地址位能达到 220 个。每个地址位里能加载可组合语音为 128 段语音。WT588D 系列语音单片机模块内置 SPI-FLASH 存储器，WT588D 系列语音单片机芯片可根据实际用法外置 SPI-FLASH 存储器，众多的控制模式、语音组合只需更换 SPI-FLAS 的内容，即可完全实现操作方式的切换。WT588D 系列语音单片机支持 SPI-FLASH 内容在

23、线下载，这是一个应用人员不可或缺的优势。主要性能特点有： 根据外挂或者内置 SPI-Flash 的不同，播放时长也不同，支持 2M Bit -64M Bit 的 SPI-Flash 存储器; 内嵌 DSP 高速音频处理器，处理速度快; 内置 13Bit/DA 转换器，以及 12Bit/PWM 输出，音质好; PWM 输出可直接推动 0.5W/8 扬声器，推挽电流充沛; 支持 DAC/PWM 两种输出方式; 支持加载 WAV 音频格式; 可通过专业上位机操作软件，随意组合语音，可插入静音，插入的静音不占用内存的容量，一个已加载语音可重复调用到多个地址; USB 下载方式，支持在线下载/脱机下载;

24、即便是在 WT588D 语音芯片通电的情况下，也一样可以正常下载数据到 SPI-Flash; 支持 MP3 控制模式、按键控制模式、38 按键组合控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制 I/O口扩展输出模式; 三线串口控制模式切换到三线串口控制 I/O 口扩展输出模式只需发送数据可以进行切换。切换后仍可把切换前的最后一个工作状态带进切换后的模式工作;方案二语音解码芯片采用芬兰公司 VLSI 的 VS1003，是目前解码效果甚佳的 DSP 核的解码器，LQFP48 小型封装，支持解码音乐格式包括MP3、WMA、WAV、MIDI、P-MIIDI，编码格式 IMA

25、 ADPCM（单声道）9。VS1003 是一个单片 MP3/WMA/MIDI 音频解码器和 ADPCM 编码器，它包含一个高性能，自主产权的低功耗 DSP 处理器核 VS_DSP4,为用户应用提供5KB 的指令 RAM 和 0.5KB 的数据 RAM,串行的控制数据接口、4 个常规用途的 I/O 口、一个 UART 和一个高品质可变采样率的 ADC 和立体声 DAC，还有一个耳机放大器和地线缓冲器。VS1003 通过一个串行接口来接收输入的比特流，它可以作为一个系统的从机。输入的比特流被解码，然后通过一个数字音量控制器到达一个 18 位过采样多位 - DAC。通过串行总线控制解码器。除了基本的

26、解码，在用户 RAM 中它还可以做其他特殊应用，例如 DSP 音效处理。主要性能特点有：能解码 MPEG 1 和 MPEG2 音频层 III；WMA 4.0/4.1/7/8/95-384kbps 所有流文件；WAV(PCM+IMA AD-PCM);产生 MIDI/SP-MIDI 文件。 对话筒输入或线路输入的音频信号进行 IMA ADPCM 编码 支持 MP3 和 WAV 流 高低音控制 单时钟操作 12-13MHz 内部 PLL 锁相环时钟倍频器 低功耗 内含高性能片上立体声数模转换器，两声道间无相位差 内含能驱动 30 欧负载的耳机驱动器 模拟，数字，I/O 单独供电 为用户代码和数据准备

27、的 5.5KB 片上 RAM 串行的控制数据接口 可被用作微处理器的从机特殊应用的 SPI Flash 引导 供调试用途的 UART 接口 WT588D 和 VS1003 外形对比，如图 2.2 所示：图 2.2 WT588D 和 VS1003 外形对比由于 VS1003 语音芯片能支持 MP3、WMA、WAV、MIDI、P-MIIDI 格式文件流的解码，而且内部立体声双声道输出，内部有频谱输出，相对于WT588D 功能更强大，更重要的是能支持大容量 FLASH 文件存储器，所以选择 VS1003 作为此次设计的语音芯片。2.4 液晶显示部分液晶显示部分 液晶显示部分选用 LCD12864，L

28、CD12864 分为两种，带字库和不带字库的，不带字库的，因为显示汉字的时候可以选择自己喜欢的字体，而带字库的液晶，只能显示 GB2312 的宋体，当然了，也可以显示其他的字体，不过不是液晶本身字库中带的了，而是用图片的形式显示1011。中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864,内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 84 行 16 主要功能如下:低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V） 显示分辨率:12864 点内置汉字字库，提供 819

29、2 个 1616 点阵汉字(简繁体可选)内置 128 个 168 点阵字符2MHZ 时钟频率 显示方式：STN、半透、正显驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/51/10通讯方式：串行、并口可选内置 DC-DC 转换电路，无需外加负压无需片选信号，简化软件设计显示歌曲信息只需将字符对应的 ASCII 的数据送入液晶进行显示即可。一个汉字的大小是 16*16，占两个 ASCII 字符的位置，将相应的汉字的编码分两次送入液晶显示即可。也可以用数组的方式，编译器编译时自动将转换成对应的编码。实物如图 2.3 所示：图 2.3 LCD1

30、28642.5 功放部分功放部分功率放大器选用 PAM8403，PAM8403 立体声 D 类音频功率放大器能够以D 类放大器的效率提供 AB 类功率放大器的性能13。采用 D 类结构，PAM8403能够以高于 85%的效率提供 3W 功率，PAM 公司独有的专利保护的低 EMI 调制方式可以省去传统的 D 类放大器输出低通滤波器从而节省了系统成本和 PCB空间，是是便携式应用的理想选择。主要新能如下：无滤波器的 D 类放大器，低静态电流和低 EMI在 4 负载和 5V 电源条件下，提供高达 3W 输出功率高达 90%效率低 THD，低噪声热保护极少外部元器件，节约空间成本无铅包装广泛应用于

31、LCD 电视机、笔记本电脑、便携式扬声器、便携式 DVD 播放器，游戏机手机/免提电话等。且自带调节音量装置。实物如图 2.4 所示图 2.4 PAM84032.6 系统方案系统方案综合以上的选择结果，本方案采用主控器（MCU）为 STC12C5A60S2 单片机控制 VS1003 语音模块，CH375U 盘的读写，LCD12864 显示歌曲信息，将信息传输到 PAM8403，从而实现音乐播放的基本功能。以 STC12C5A60S2 为核心的音乐播放器系统通过按键调用单片机控制并命令音乐芯片 VS1003 从外围 FLASH 存储器里面读取乐曲数据，并通过音乐芯片VS1003 内部解码、编码，

32、传输到 PAM8403，,外加扬声器发出声音。具体电路以 STC12C5A60S2 为主控制器，采用利用 5 个按钮键盘来实现对音乐播放的控制，其中 A、B、C 分别为功能键上一曲、暂停/播放以及下一曲。D、E 为分别为左声道、右声道，方案框架图如图 2.5 所示：图 2.5 方案框架图语音芯片扬声器键盘输入Flash 储存STC12C5A60S2晶振电路2.7 本章小结本章小结本章主要围绕总体方案设计，主要阐述本课题大致的框图及具体的硬件电路设计，器件的选择与论证，详细的介绍了课题设计的具体方案和对器材的选用，明确了方向3 硬件电路设计硬件电路设计3.1 Altium Designer 介绍

33、介绍 Altium Designer 是原 Protel 软件开发商 Altium 公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在 Windows 操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB 绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。在本设计开始之前，对 Altium Designer 中原理图及 PCB 图的画法及实现进行熟练掌握，初步具备画原理图及 PCB 图的能力；STC12C5A60S2 单片机开发环境的学习，在学习过程中,首先对 STC

34、12C5A60S2 单片机引脚进行系统的学习，熟悉各个引脚功能，了解其内部结构，存储器所分配的地址，及其指令系统和程序编程，再结合本课题进行相关开发。在设计原理图之前，首先要熟悉工作环境14。图 3.1 就是 Altium Designer的开机界面。图 3.1 Altium Designer 的开机界面工作环境设置：图 3.1 是 Altium Designer 的开机页面，进入软件后使用Design/Options 和 Tool/Preferences 菜单进行的，设置主要包括图纸大小、捕捉网格、电器网格、模板设置等。选择放置原件：将电气和电子元件放置到图纸上，元器件可从添加的元件库中取出

35、，也可自己设计，由于元器件种类繁多，各式各样，均被分别放在不同的元件库中，所以在布置元件时首先是添加原理图库或者创建自己的原理图库。原理图布线：当元件放置在原理图上时，就需要用导线或者网络标号将元器件连接起来，实现电气连接，实现正确的引脚间的连接，准确的实现电路功能，连接时要一定的电气规则。编辑调整：编辑元器件属性，这些属性包括元件名、参数、封装等；调整元件和导线的位置等。在原理图的设计过程中，主要的设计对象有电阻、电容、集成电路、总线及分支、导线、电源及接地端子、网络标号等。整个设计过程就是对它们进行操作的过程。本次设计实例最小系统如图 3.2。图 3.2 实例最小系统3.2 STC12C5

36、A60S2 的概况的概况STC12C5A60S2 单片机内部就自带高达 60K FLASH ROM,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且 STC 系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了劳动成果。因他不但和8051 指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是 FLASH工艺的。STC12C5A60S2 是 8051 系列单片机，与普通 51 单片机相比有以下特点： 同样晶振的情况下，速度是普通 51 的 812 倍 有 8 路 10 位 AD 多了两个定时器，带

37、PWM 功能 有 SPI 接口 有 EEPROM 有 1K 内部扩展 RAM 有 WATCH_DOG 多一个串口 IO 口可以定义，有四种状态 中断优先级有四种状态可定义具体的结构如图 3.2 所示：图 3.2 STC12C5A60S2 内部结构（1）STC12C5A60S2 的特点及特性：的特点及特性：STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是 STC 生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8路高速 10 位 A/D

38、转换(250K/S，即 25万次/秒),针对电机控制，强干扰场合。STC 最新一代 STC12C5A60S2 系列每一个单片机出厂时都具有全球唯一身份证号码(ID 号)，用户可以在单片机上电后读取内部 RAM 单元从 F1H - F7H 连续 7 个单元的值来获取此单片机的唯一身份证号码(ID 号使用“ MOV Ri”指令来读取。 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051 工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压： 5.5V - 3.5V（5V 单片机） 工作频率范围：035MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz 用户应用程序空间 8K

39、/16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节. 片上集成 1280 字节 RAM ISP（在系统可编程）/ IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 有 EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM) 看门狗 内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电阻到地） 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部 R/C 振荡器，用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/时钟

40、。常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为：11MHz17MHz,3.3V，单片机为：8MHz12MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 共 4 个 16 位定时器两个与传统 8051 兼容的定时器/计数器,16 位定时器T0 和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上 2 路 PCA 模块可再实现 2 个 16 位定时器 14. 3 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 P3.4/T0 输出时钟，可由 T1 的溢出在 P3.5/T1 输出时钟,独立波特率发生器可以在 P1.0 口输出时钟 外部中断 I/O

41、 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的 PCA 模块，Power Down 模式可由外部中断唤醒 A/D 转换, 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25万次) 通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA 软件实现多串口 工作温度范围：-40 +85(工业级) / 0 75(商业级)I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展 I/O 口,还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O 口，或用双 CPU,三线通信

42、，还多了串口。（2）管脚功能说明）管脚功能说明管脚只将部分说明，管脚如图 3.3 所示。图 3.3 STC12C5A60S2 管脚图 P0 口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。 P1.5/MOSI P1.5 标准 I/O 口 PORT15 /MOSI SPI 同步串行接口的主出从入(主器件的输出和从器件的输入) P1.6/MISO P1.6 标准 I/O 口/MISO SPI 同步串行接口的主入从出(主器件的输入和从器件的输出) P1.7/SCLK P1.7 标准 I/O 口 PORT17 /SCLK SPI 同步串行接口的时钟信号 P2.0 P2.7 P2 口内部有上拉电

43、阻，既可作为输入/输出口，也可作为高 8 位地址总线使用(A8 A15)。当 P2 口作为输入/输出口时，P2 是一个 8 位准双向口。 P3.0/RxD P3.0 标准 I/O 口 PORT30/RxD 串口 1 数据接收端 P3.1/TxD P3.1 标准 I/O 口 PORT31/TxD 串口 1 数据发送端 P3.2/INT0 P3.2 标准 I/O 口 PORT32/INT0 外部中断 0,下降沿中断或低电平中断 P3.3/INT1 P3.3 标准 I/O 口 PORT33/INT1 外部中断 1,下降沿中断或低电平中断 P3.4/T0/INT/CLKOUT0 P3.4 标准 I/O

44、 口 PORT34/T0 定时器/计数器0 的外部输入/INT 定时器 0 下降沿中断/CLKOUT0 定时器/计数器 0 的时钟输出可通过设置 WAKE_CLKO0位/T0CLKO 将该管脚配置为CLKOUT0 P3.5/T1/INT/CLKOUT1 P3.5 标准 I/O 口 PORT35/T1 定时器/计数器1 的外部输入/INT 定时器 1 下降沿中断/CLKOUT1 定时器/计数器 1 的时钟输出可通过设置 WAKE_CLKO1位/T1CLKO 将该管脚配置为CLKOUT1 P3.6/WR P3.6 标准 I/O 口 PORT36/WR 外部数据存储器写脉冲 P3.7/RD P3.7

45、 标准 I/O 口 PORT37/RD 外部数据存储器读脉冲 P4.0/SS P4.0 标准 I/O 口 PORT40/SS SPI 同步串行接口的从机选择信号 XTAL1 内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输入端。 XTAL2 内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时 XTAL2 实际将XTAL1 输入的时钟进行输出。（3）振荡器特性）振荡器特性 整 STC12C5A60S2 系列单片机有两个时钟源：内部 R/C 振荡时钟和外部晶体时钟。现出厂标准配置是使用外部晶体或时钟。芯片

46、内部的 R/C 振荡器在 5V单片机常温下频率是 11MHz-17MHz,在 3 单片机常温下频率 8MHz-12MHz,因为随着温度的变化，内部 R/C 振荡器的频率会有一些温飘，再加上制造误差，故内部 R/C 振荡器只适用于对时钟频率要求不敏感的场合。（4）单片机的中断系统）单片机的中断系统INT0(外部中断 0) (IT0/TCON.0 = 1):下降沿(IT0/TCON.0 = 0):低电平Timer 0 定时器 0 溢出INT1(外部中断 1) (IT1/TCON.2 = 1):下降沿(IT1/TCON.2 = 0):低电平Timer1 定时器 1 溢出UART1 发送或接受完成AD

47、C A/D 转换完成LVD 电源电压下降到低于 LVD 检测电压（5）单片机的定时）单片机的定时/计数器计数器在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。STC12C5A60S2系列单片机内部设置的两个16位定时器/计数器T0和T1都具有计数方式和定时方式两种工作方式。对每个定时器/计数器(T0和T1)，在特殊功能寄存器TMOD中都有一控制位C/T来选择T0或T1为定时器还是计数器。定时器/计数器的核心部件是一个加法(也有减法)的计数器，其本质是对脉冲进行计数。只是计数脉冲来源不同：如果计数脉冲来自系统时钟，则为定时方式，此时定时器/

48、计数器每12个时钟或者每1个时钟得到一个计数脉冲，计数值加1；如果计数脉冲来自单片机外部引脚(T0为P3.4,T1P3.5)则为计数方式，每来一个脉冲加1。STC12C5A60S2系列单片机有4个定时器，其中定时器0和定时器1两个16位定时器，与传统8051的定时器完全兼容，也可以设置为1T模式，当在定时器1做波特率发生器时，定时器0可以当两个8位定时器用当定时器/计数器工作在定时模式时，特殊功能寄存器AUXR中的T0 x12和T1x12分别决定是系统时钟/12还是系统时钟/1(不分频)后让T0和T1进行计数。当定时器/计数器工作在计数模式时，对外部脉冲计数不分频。3.3 单片机最小系统单片机

49、最小系统根据要求，该系统的电源部分采用 USB 供电1415。随着数码产品的大量普及，使得 USB 供电随处可见，这样设计主要是基于目前 USB 接口的广泛应用，可以和电脑进行数据交换，也可以对其充电。该供电使用方便，电压稳定，输出功率满足系统要求，省去了重新设计电源模块的成本，并且可以与多数数码产品共用电源，经济实惠，使用方便。其中电路如图 3.4 所示。或者可以利用 LM2576 给播放器供电。由美国国家半导体公司生产的 3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器(和基准稳压器，并具 有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电

50、路。其中 12V 转 5V DC 电路图如图 3.5 所示。图 3.4 USB 电路图图3.5 12V转5V电路图单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振的作用是为系统提供

51、基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。每个单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。STC12C5A60S2 使用 11.0592MHz 的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可。晶振电路如图 3.6 所示。图 3.6 晶振电路3.3.3 单片机最小系统电路单片机最小系统电路单片机最小系

52、统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。具体如图 3.7 所示：图 3.7 单片机最小系统电路图3.4其他部分电路其他部分电路LCD12864、 VS1003、CH375、PAM8403、键盘电路电路图如图3.8、3.9、3.10、3.11、3.12。图3.8 LCD12864电路图图3.9 VS1003电路图图3.10 CH375电路图图3.11 PAM8403电路图图3.12 按键电路图3.5 选择键盘监测方法选择键盘监测方法对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。本设计采用的查询法，即在在 CPU 空闲时调用键盘扫描子程序。3.6 整体电路整体电路见附录（电路原

53、理图）3.7 本章总结本章总结本章为本设计的系统硬件设计，首先简单描述了这个系统的模块及实现的功能，下来截取了各个模块的原理图部分及其详细的原理讲解和功能，是本课题制作成品的基础。4 软件电路软件电路4.1 STC 单片机开发环境介绍单片机开发环境介绍STC12C5A60S2 系列单片机是用 C 语言开发：C 是高级语言，它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来，可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元；C 是结构式语言，结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于

54、使用、维护以及调试；C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化；C 语言功能齐全。具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高；而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏； C 语言适用范围大。适合于多种操作系统，如策目的的游戏 Windows, DOS、UNIX; 也适用于多种机型。C 语言对编写需要硬件进行操作的场合，明显优于其它高级语言，有一些大型应用软件也是用 C 语言编写的。在应用软件 keil4 中用 C 语言进行编程，这种编程基本操作和 C 语言是一样的，只是另外加了少许的单片

55、机特定语句1617。编写界面如图 4.1 所示。图 4.1 程序编写界面图 4.1 keil 软件编程界面程序编好后用 keil 软件将所编好的程序转换成 hex 文件，接下来需要使用烧录软件 STC-ISP.exe 进行烧录。该软件的操作界面如图 4.2 所示：图4.2 STC-ISP烧录软件运行界面4.2 VS1003 芯片程序芯片程序主程序调用了 3 个子程序，分别是语音曲目调节按键响应程序、延时程序、SPI 通信程序。语音曲目调节按键响应程序：对 Flash 内存储的音乐曲目调节，包括上一曲、下一曲、左右声道、暂停播放18。延时程序：根据 VS1003 语音芯片的控制时序图建立的基础的

56、延时单位。三线 SPI 通信程序：实现单片机与 VS1003 通讯，将按键信号传输给VS1003,以达到控制的功能。将各个功能程序以子程序的形式写好，当写主程序的时候，只需要调用子程序即可。程序应该尽可能多的使用调用指令代替跳转指令。因为跳转指令使得程序难以看懂各程序段之间的结构关系。而调用指令则不同，调用指令使得程序结构清晰，无论是修改还是维护都比较方便。将功能程序段写成子程序的形式，除了方便调用之外，还有一个好处那就是以后写程序的时候如果要用到，就可以直接调用这个单元功能模块。下面对主要几个子程序的流程图做介绍，如图 4.3 所示：首先是对单片机和VS1003芯片的初始化，然后是发送播放命

57、令、左右声道命令，在播放过程中如果接收到停止命令则返回播放时的位置，在整个过程中如果接收到命令未执行时则返回初始值。 N Y Y N N Y N Y图4.3 子程序流程图开始初始化音乐播放指令跳转至对应语音地址音乐是否播放音乐停止命令音乐停止播放播放是否完成4.3 总程序总程序其中总程序见附录 B（总程序）。4.4 本章小结本章小结单片机是整个系统的灵魂，而程序是单片机的灵魂，是人与单片机进行对话的语言，是将人类思想赋予电脑的桥梁。本章主要是在 keil 环境下编写VS1003 的激活程序、主程序和子程序。5 系统试验及调试系统试验及调试5.1 硬件调试硬件调试在按照原理图将器件焊接在万能板上

58、时，不能将所有器件全部焊上，那样将导致在出现故障时难以判断故障在哪。先将电源模块搭建好，测量电压是否正常。正常后，再搭建单片机系统，搭建 VS1003 电路，再进行调试。总之，在进行焊接是必须一个模块，一个模块的搭建，当搭建的模块正常后在搭建另外的模块，逐步完成。在本设计的硬件调试实物图如图 6.1 所示，通过按下不同功能的按键可以调节音乐的上、下一曲，和音乐的循环与停止，实现了基本的设计要求。图 6.1 实验板测试图5.2 软件调试软件调试软件是与硬件相对应的，各个模块有相对应的子程序。有 VS1003 的延时、按键控制，通信等子程序。各模块子程序与模块相对应，又必须在主程序中能够调用。本设

59、计的软件调试如图 6.2 所示：图 6.2 软件程序测试软件调试的主要目的是让各个模块都能按总体方案设计进行工作。5.3 综合测试综合测试在综合测试前，给 STC12C5A60S2 单片机烧入测试程序，然后组合各部件在一起进行综合测试19。图 6.3 程序烧录软件操作界面5.4 本章小结本章小结本章首先对所设计的硬件电路以及软件程序分别进行测试：在连接线路时首先焊接电源电路和单片机最小系统，通过烧写简单的程序使 P0、P1、P2、P3 口分别输出不同的电位，通过万用表测量不同接口的电平值来判断单片机的运行状态以及焊接是否存在问题，其次焊接语音芯片电路，通过简单的按键来直接测试 VS1003 语

60、音芯片的好坏，以及焊接的问题，最终加上键盘电路。软件部分则首先分析音乐芯片的时序图，通过编写延时程序来激活音乐芯片并且通过资料指定的指令来控制音乐播放时的各项功能，并且通过按键扫描程序来检测按键是否按下来指挥音乐芯片工作。最后进行软硬件综合调试，通过向单片机烧写程序并通过按键来检测软硬件各部分的问题，从听到的音乐效果分析，发出声音的可靠性均比较满意，达到了预期效果，可以说是一件成功的作品。6 结结 论论三个月的毕业设计即将结束了，我深刻感受到专业知识的缺乏，同时，在整个设计过程中我也感受到自身知识的进步，特别是在单片机控制系统方面。本文课题是基于单片机的音乐播放器的设计,我选用的器材是STC1