第11章 51单片机应用系统

1、第十一章第十一章 51单片机应用系统 11.1 51单片机的中断系统单片机的中断系统 11.2 51单片机的中断处理过程单片机的中断处理过程 11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.1 应用系统背景应用系统背景 简易电子琴提供了一系列按键来分别对应基本的自然音，当用户按下了对应的按键的时候发出对应的乐音，并且提供相应的指示，此外为了演示，在简易电子琴内还内置了一首音乐可以完整的供用户播放试听。 11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.2 设计思路设计思路 1、系统工作流程、系统工作流程 2、系统的需求分析与设计、系统的需求分析与设计 要播放音乐，则需要一个能发出相应乐音的发声器件，并且使得AT

2、mega16单片机能对该发生器件进行驱动。能让用户进行音乐的输入，需要提供和基本音符对应的按键。需要能让用户了解对应的按键已经被按下，需要有对应的指示灯。要根据相应的乐音基础概念来驱动发生器件发出不同的乐音效果，需要设计合适的单片机软件。 按键被按下的时候首先判断按键的类型，如果是播放键，则播放预先内置的音乐，如果是演奏键，则驱动发声部件发出相应的乐音，并且给出相应的指示。 11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.2 设计思路设计思路 3、系统原理、系统原理 一段音乐除了和音符有关系，和节拍也有关系，也就是51单片机驱动发声器件发出乐音的长度，其可以使用延时来实现，使用51单片机的定时器来产生

3、不同的脉冲驱动发声器件，即可得到对应的音符。假设工作时钟为12MHz，使用定时计数器T0的工作方式1来进行定时操作。节拍（1/4节拍标准）延时长度节拍（1/8节拍标准）延时长度4/4125毫秒4/462毫秒3/4187毫秒3/494毫秒2/4250毫秒2/4125毫秒音符和定时计数器T0的初始化关系 单片机延时和节拍的关系 11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.3 硬件系统设计硬件系统设计1、硬件系统模块划分、硬件系统模块划分 演奏和播放控制按键、指示灯和发声部件构成 。11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.3 硬件系统设计硬件系统设计2、硬件系统的电路图、硬件系统的电路图 使用P1引脚扩

4、展了8个独立按键，分别对应音调“1”“#7”，使用P3.7引脚通过三极管驱动了一个蜂鸣器，8个发光二极管使用灌电流的方式通过一个8位双排阻连接到51单片机的P2引脚用于指示当前的演奏按键工作状态；此外还使用P0.0引脚扩展了一个按键用于播放预先设置好的音乐。 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD1

5、0P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52X1CRYSTALC130pFC230pFR110kC310uFVCC12345678161514131211109RN1RX812345678D1D2D3D4D5D6D7D8LS2喇叭9012NPNSONGR210k11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.3 硬件系统设计硬件系统设计3

6、、硬件系统模块介绍、硬件系统模块介绍蜂鸣器蜂鸣器 蜂鸣器可以分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器，前者又被称为有源蜂鸣器，后者被称为无源蜂鸣器。 工作电压 负载电阻 回放采样率 回放缓冲时间 11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.4 软件系统设计软件系统设计 1、软件流程、软件流程 2、软件的应用代码、软件的应用代码 使用了freq2二维数组来存放不同的音符对应的定时计数器初始化值，然后使用MUSIC数组存放了一首音乐对应的音符数据，以供播放函数PlaySong调用。在主循环中通过对按键状态的判断来进行不同的处理。 11.1 简易电子琴简易电子琴11.1.5 应用系统的仿真和总结应用系统的仿真和总

7、结 点击运行，分别按下对应演奏按键，可以听到对应的音符并且看到对应发光二极管被点亮，如果按下了播放按键，则可以听到音乐播放，在播放音乐的时候如果长按任意一个播放键，则可以退出播放状态 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/

8、T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52X1CRYSTALC130pFC230pFR110kC310uFVCC12345678161514131211109RN1RX812345678D1D2D3D4D5D6D7D8LS2喇叭9012NPNSONGR210k实例的仿真运行 11.2 手动程控放大器手动程控放大器 11.2.1 应用系统背景应用系统背景 程控放大器又被称为可编程增益放大器（PGA，Pro

9、grammable Gain Amplifier），着是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。而手动程控放大器则是一个可以通过用户的手动选择来修改放大器的放大倍数的的程控放大器，其可以对输入信号进行1、20、30和50倍的放大，其最大的输出电压为5V。11.2 手动程控放大器手动程控放大器 11.2.2 设计思路设计思路 1、系统工作流程、系统工作流程 2、系统的需求分析与设计、系统的需求分析与设计 设计手动程控放大器：需要给用户提供操作选择的输入通道。需要一个能显示当前放大倍数的显示模块。一个放大倍率能受到单片机控制的放大模块。需要设计合适的单片机软件。 扫描当前用户

10、的输入以确定用户选择的档位；控制相应的放大单元对输入信号进行放大；显示当前的放大倍数。11.2 手动程控放大器手动程控放大器 11.2.2 设计思路设计思路 3、系统原理、系统原理51单片机的信号放大单片机的信号放大 运算放大器通常有两个输入端：反相输入端（-，如图引脚2）、同相输入端（+，如图引脚3）和一个输出端（如图引脚1），如图引脚4和引脚8则分别是供电电源正和供电电源负，最常见的集成运算放大器芯片有uA741等。 使用集成放大器实现同相放大（也就是说输出电压和输出电压的极性是相同的）的应用电路，而在实际使用中常常是使用反相放大电路对电压进行放大 11.2 手动程控放大器手动程控放大器

11、11.2.2 设计思路设计思路 4、系统原理、系统原理程控放大器的实现方法程控放大器的实现方法 使用多组运算放大器搭建不同的放大电路，根据相应的控制使信号进入对应的放大电路，从而可以得到相应的放大倍率，通常来说可以使用一个多路选择开关来对输入信号的通道进行切换。 使用一个多路开关构成一个电阻网络，通过修改多路开关的接通和断开来控制接入电路的电阻值；又或者可以使用集成的可编程电阻芯片，其实质也是一个内部集成了多路开关的电阻网络。 11.2 手动程控放大器手动程控放大器 11.2.3 硬件系统设计硬件系统设计 1、硬件系统模块划分、硬件系统模块划分 11.2 手动程控放大器手动程控放大器 11.2

12、.3 硬件系统设计硬件系统设计 51单片机使用P1端口对放大器模块进行控制，使用P2.0P.3扩展了四个独立按键作为用户的选择输入通道，使用P3.0P3.2通过一片MAX7219驱动了一个8位数码管作为显示模块。 2、硬件系统的电路图、硬件系统的电路图 D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7DINLOADCLKDPDPGFEDCBAABCDEFGDIG7DIG0DIG0DIG1DIG2DIG3DIG4DIG5DIG6DIG1DIG2DIG3DIG4DIG5DIG6DIG7DINLOADCLKXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/A

13、D039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52X1CRYSTALC130

14、pFC230pFR110kC310uFVCCSUBOAMPCCT001D0D1D2D3D4D5D6D7INPUTOUTPUTX20X30X5023456781RP1RESPACK-7AMFM+-ABCDA14B16C20D23E21F15G17DP22DIG02DIG111DIG26DIG37DIG43DIG510DIG65DIG78DIN1LOAD12CLK13ISET18DOUT24U7MAX7219R1910kVCC11.2 手动程控放大器手动程控放大器 11.2.3 硬件系统设计硬件系统设计 4、硬件系统模块介绍、硬件系统模块介绍CD4066 CD4066是四双向模拟开关，其主要用作模拟或数字信号的多路传输，其具有比较低的导通阻抗并且该导通阻抗在整个输入信号范围内基本不变。 CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，当该控制信号输入为高电平时，对应的开关闭合，CD4066导通，反之断开。 Proteus中的CD4066 CD4066的属性设置 11.2 手动程控放大器手动程控放大器 11.2.3 硬件系统设计硬件系统设计 3、硬件系统模块介绍、硬件系统模块介绍A741 基本参数：双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压：22V。差分电压：30V。输入电压：18V。允许功耗：500mW。Proteu