電子音樂盒設(shè)計(jì)方案

1 電子 音樂盒 設(shè)計(jì)方案 第 1章 緒 論 音樂盒的起源，可追溯至中世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時(shí)期。當(dāng)時(shí)為使教會(huì)的的鐘塔報(bào)時(shí)，而將大小的鐘表上機(jī)械裝置，被稱為 “可發(fā)出聲音的組鐘 ”。 音樂盒悠揚(yáng)的樂聲，經(jīng)常勾起人們對美好往事的回憶，甚至魂?duì)繅艨M，墜入時(shí)光歲月的追憶中。 300 多年來席卷全球市場的機(jī)械音樂盒的最大魅力，也許就在于它能將抽象的音樂，凝固成具象的藝術(shù)品。成為人們表達(dá)美好情感，追思逝去歲月的最佳選擇吧！ 機(jī)械音樂盒的發(fā)展史，可追溯至 14 世紀(jì)初期，所發(fā)明掛在教堂鐘樓上的排鐘 ,這種用發(fā)條裝置來演奏的樂器， 能發(fā)出清脆如水晶般的樂聲，一度風(fēng)靡荷蘭，比利時(shí)和法國北部。 1811 年以來，瑞士曾經(jīng)是這項(xiàng)技藝的中心，它和瑞士鐘表工業(yè)一樣，兩者相輔相成，一段時(shí)間名領(lǐng)風(fēng)騷，稱霸全球。 音樂盒 300 多年的產(chǎn)品發(fā)展，同時(shí)也是人類文明 300 多年發(fā) 展的歷史鑒證。每個(gè)不同時(shí)期的音樂盒造型，都能折射出當(dāng)時(shí)不同的社會(huì)心態(tài)和文明發(fā)展現(xiàn)狀，它也成了時(shí)代的一面鏡子。 現(xiàn)今，音樂盒的制造，延襲傳統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代，正日益成為人們或?yàn)榱说洳匾欢螝q月，或?yàn)榱耸詹匾环萸楦?，或出于對音樂的追求，或?qū)τ谂f時(shí)代的懷念，或?yàn)榱司邮业拿阑鹊?，而得到眾多?位人士的追求。 音樂盒的分類 ： 18 音， 30 音，這些是代表音樂盒機(jī)芯的音數(shù)，其實(shí)也就是機(jī)芯里面，那一排鋼條的數(shù)量，鋼條的數(shù)量越多，也就是音數(shù)越高，奏出來的音色就越豐富，曲子也就是越好聽，同時(shí)曲子的播放時(shí)間也相應(yīng)長一點(diǎn)。一般 18 音的曲子為 25 秒左右， 30 音的曲子為 35 秒左右。 50 音的差不多有 60 秒。目前來說，一般市面上賣的 “愛麗絲 ”都是 18 音的，其次是 30 音， 50 音 。 此次設(shè)計(jì)的目的就是運(yùn)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，來完成音樂播放的控制，并設(shè)計(jì)一套硬件來進(jìn)行音調(diào)播放的實(shí)際模擬，從而有欣賞音樂的效果。 2 第 2 章 音樂盒總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)功能要求 ，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出不同的音調(diào)，從而演樂曲 (內(nèi)存六首樂曲 )。 3. 可通過功能鍵選擇樂曲，暫停，播放，上一曲，下一曲。 總體設(shè)計(jì)原理 通過單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生一定長度的方波，方波脈沖驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。要產(chǎn)生音頻脈沖，只需算出某一音頻的周期（ 1/音頻），然后取半周期的時(shí)間定時(shí)。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間 ,每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的 I/O 反相 ,然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對 I/O 口反相 ,就可在 I/O 腳上得到此頻率的脈沖。如中音 率為 523周期 T=1/523=1912 微秒，因此只要令計(jì)數(shù)器定時(shí) 1912/2=956，在每計(jì)數(shù) 956 次時(shí)將 I/就可得到中音 23 當(dāng)鍵盤有鍵按下時(shí)，判斷鍵值，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 生一定頻率的脈沖，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，放出樂曲。同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 示歌曲號 ，也可使彩燈長亮和閃爍。 數(shù)碼管采用共陽極數(shù)碼管，通過單片機(jī) 現(xiàn)歌曲序號的顯示；功能鍵盤采用按鍵開關(guān)，通過單片機(jī) 現(xiàn)歌曲播放順序的調(diào)換和 暫停播放功能；蜂鳴器由單片機(jī)的 現(xiàn)歌曲播放；彩燈是由普通發(fā)光二極管代替，能實(shí)現(xiàn)單色長亮和閃爍效果。 通過按下功能鍵實(shí)現(xiàn)上一首和下一首及暫停播放，同時(shí)有數(shù)碼管顯示當(dāng)前播放歌曲的序號，蜂鳴器播放出音樂，當(dāng)播放最后一首夜曲時(shí)還伴有彩燈閃爍。 總體設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)接 +5振電路產(chǎn)生單片機(jī)所需時(shí)鐘信號，通過功能鍵產(chǎn)生外部中斷，控制音樂盒的上一首和下一首曲目，再由 I/燈亮或閃爍。另外，復(fù)位電路在于營造一個(gè)程序運(yùn)行的初始狀態(tài)，在程序出錯(cuò)時(shí)，重新啟動(dòng) 單片機(jī)工作。 3 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 編程設(shè)置好定時(shí)時(shí)間，通過編程器寫入 片機(jī)系統(tǒng)。由 片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過 控制 位信號由按鈕輸入，每按下一次，系統(tǒng)恢復(fù)原設(shè)定狀態(tài)。 電源，晶振部分，復(fù)位電路，單片機(jī)， 能鍵，蜂鳴器部分后面均有詳細(xì)介紹。電源 晶振部分 復(fù)位電路 鳴器 示 功能鍵 4 第 3 章 芯片的選擇和介紹 列單片機(jī)簡介 單片機(jī)系統(tǒng)是本監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，數(shù)據(jù)的處理以及對試驗(yàn)設(shè)備的控制都由其 來完成。單片微型計(jì)算機(jī)（ 稱單片機(jī)。它是在一塊芯片內(nèi)集成了計(jì)算機(jī)的組成單元，包括中央處理 隨機(jī)存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及I/O（ 主要的計(jì)算機(jī)部件。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但它具有微機(jī)系統(tǒng)的組成和功能特征，可謂麻雀雖小五臟俱全。單片機(jī)經(jīng)歷了 4 位單片機(jī)、 8 位低檔單片機(jī)、 8位高 檔單片機(jī)、 16 位單片機(jī)等各個(gè)階段，現(xiàn)在正向高性能、高速度、高集成度、大容量多功能、低功耗、加強(qiáng) I/0能力及結(jié)構(gòu)兼容的 32位和雙 從 片機(jī)發(fā)展到如今的新一代單片機(jī)，大致經(jīng)歷了三代。如以 單片機(jī)為例，這三代的劃分大致如下：一代以 列單片機(jī)為代表。其主要的技術(shù)特征是將 與通用 成新型工業(yè)微控制器方面取得了成功，為單片機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展開辟了成功之路。第二代以 列的 8051、 8052單片機(jī)為代表。 位高檔單片機(jī)是在總結(jié) 80年代初推出的新產(chǎn)品。第三代是 列單片機(jī)。與 比， 但字長增加一倍，而且在其他性能方面也有很大的提高，特別是芯片內(nèi)還增加了一個(gè) 4 路或 8路的 A/其具有 A/這所有的系列中 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)型號的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、可靠性、性價(jià)比、精度和速度等來決定的。根據(jù)本課題的實(shí)際情 況，單片機(jī)型號的選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮；一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。二是要有較高的性價(jià)比。由于 51 系列在我國使用最廣，且該系列的資料和能夠兼容的外圍芯片也比較多，特別是 003年推出新一代 89S 系列單片機(jī)，其典型產(chǎn)品 片機(jī)，與 89C 系列單片機(jī)相比具有較高的性能價(jià)格比。故本系統(tǒng)采用 司生產(chǎn)的 片機(jī)作為交通燈的核心部件，該單片機(jī)是美國 性能 單片機(jī)，片內(nèi)含 4可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ 128字節(jié)的隨機(jī)存取 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ 片內(nèi)置通用 8位中央處理器 （ 儲(chǔ)單元，是 80增強(qiáng)型并且指令完全兼容， 增加的功能由特 5 殊功能寄存器完成，相信日后它將更廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車控制、智能儀器儀表及電機(jī)控制等應(yīng)用領(lǐng)域。 片介紹 圖 片 圖 管腳排列圖 它有 40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有 20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第 2腳、第 3腳第 40 腳，如圖 一個(gè)低功耗，高性能 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k 可反復(fù)擦寫 1000 次的 讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) 令系統(tǒng)及 80腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 有如下特點(diǎn)： 40個(gè)引腳， 4k 內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ 路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 管腳說明： 電電壓 6 接地 ： 為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8電流。當(dāng) 的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 作為原碼輸入口，當(dāng) 行校驗(yàn)時(shí)，時(shí) 位雙向 I/管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， 被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 在 程和校驗(yàn)時(shí)， ： 為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)電流，當(dāng) 被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， 輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 程和校 驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/接收輸出 4 個(gè) 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， 是由于上拉的緣故。 行輸入口） 行輸出口） 部中斷 0） 部中斷 1） 0（記時(shí)器 0外部輸入） 1（記時(shí)器 1外部輸入） 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） I/O 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到 7 端口鎖存器只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器 然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什 么看上面的圖如果不對端口置 1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q為 1加到場效應(yīng)管柵極的信號為 1 該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗 ,此時(shí)即使引腳上輸入的信號為 1 也會(huì)因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1 若先執(zhí)行置 1操作則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類 I/90/2/作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們再看另一個(gè)問題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別除了 0都還有其他的功能 位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) 想禁止 。此時(shí)， 起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) 位無效。 部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 / /持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， / /保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 引腳也用于施加 12 向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 自反向振蕩器的輸出。 基于 用此型號比較合適。 8 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電源電路 采用經(jīng)市電變壓，穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電源電路圖如圖 I N 4 0 0 7 0 5F U 11 0 0 n 04 7 U u t+_圖 源電路 單片機(jī)使用的是 5（ V 的電源，對電壓的穩(wěn)定要求較高，我們可以用 先，用交流變壓器將 220如 后用橋式整流器，和電容進(jìn)行整流濾波，將交流電處理為直流。然后用 7805 進(jìn)行 5給單片機(jī)電路使用。 單片機(jī)最小系統(tǒng) P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 6P 2 . 7P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 2 . 5P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5X T A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R . 6 / W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427 8 9 S T A p p u u 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)以 89外加時(shí)鐘和復(fù)位電路 ,電路結(jié)構(gòu)簡單 ,抗干擾能力強(qiáng) ,成本相對較低 ,非常符合本設(shè)計(jì)的所有要求 展起來的 ,是當(dāng)前 8位單片機(jī)的典型代表 ,采用 即互補(bǔ)金屬氧化物的 具有 還具 有 單片機(jī)需要一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)來為各種操作提供秩序，此電路叫時(shí)鐘電路，采用不同的接線方式可以獲得不同時(shí)鐘電路，有內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路，如圖 部時(shí)鐘電路會(huì)使電路復(fù)雜，故采用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路在單片機(jī)的外部通過構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器 一個(gè)機(jī)器周期為 21,2 圖 鐘電路圖 圖 位電路圖 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 復(fù)位電路分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位 ,如圖 復(fù)位信號是高電平有效 位通 過電容 1,按鍵手動(dòng)復(fù)位是圖中復(fù)位鍵來實(shí)現(xiàn)的。 數(shù)碼管顯示部分 歌曲序號顯示部分用數(shù)碼管來顯示， 單片機(jī)控制系統(tǒng)中常用的是由 7 段 碼管，它的顯示塊中有 8 個(gè)發(fā)光二極管， 7 個(gè)發(fā)光二極管組成字符 “8” ， 1個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)，因此有人稱 7段 段顯示器。 10 示塊，如圖 示。它們經(jīng)過電阻和單片機(jī)的控制端口線一一相連，只要改變控制端口的電平就能使其發(fā)光或熄滅。 碼管有共陰極和共陽極兩類，如圖 示。共陰極 碼管的發(fā)光二極管的陰極共地，如圖 a），當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極電壓為高電平時(shí)，二極管發(fā)光；而共陽極 圖 b），當(dāng)某個(gè)二極管的陰極電壓為低電平時(shí)，二極管發(fā)光。 （ a） 共陰極 （ b） 共陽極 圖 圖 兩類 本設(shè)計(jì)所用的數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，數(shù)碼管的每段的電流是 10毫安。所以公共端接高電平，但在 軟件編碼時(shí)需要和硬件相對應(yīng)， P 物如圖 圖 數(shù)碼管引腳圖 (a ) 共 陰 極(b ) 共 陽 極+5 432 510 9 81 圖 數(shù)碼管仿真圖 圖 數(shù)碼管實(shí)物圖 鍵盤部分 鍵盤是由一組按壓式或觸摸式開關(guān)構(gòu)成的陣列，是一種常用的輸入設(shè)備。鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩種。 種鍵盤所需程序簡單，但硬件電路復(fù)雜、價(jià)格昂貴通常不被單片機(jī)系統(tǒng)采用。 硬件邏輯與按鍵編碼不存在嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而要由所用的程序來決定。非編碼鍵盤的硬件接口簡單，但是要占用較多的 常采用可編程鍵盤管理芯片來克服這個(gè)缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì) 使用兩種按鍵，一種是按鍵式非編碼鍵盤和輕觸式非編碼開關(guān)。 按鍵開關(guān) 在接線時(shí)由于有六個(gè)引腳，連接時(shí)需要用萬用表進(jìn)行測量，然后接通兩個(gè)引腳。 輕觸開關(guān) 一種電子開關(guān)，使用時(shí)輕輕點(diǎn)按開關(guān)按鈕就可使開關(guān)接通，當(dāng)松開手時(shí)開關(guān)既斷開，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是靠金屬彈片受力彈動(dòng)來實(shí)現(xiàn)通斷的。但微動(dòng)開關(guān)也有它不足的地方，頻繁的按動(dòng)會(huì)使金屬彈片疲勞失去彈性而失效 ，連接時(shí)接通對角線即可。 蜂鳴器部分 一般所指的蜂鳴器是以壓電陶瓷為主要元件的。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊 陶瓷。這種能力緣于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個(gè)壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，它就會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電流，并且電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。反之亦然。所以利用這一特性，在壓電陶瓷上通過一定頻率的電流，就會(huì)引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動(dòng)空氣發(fā)生振動(dòng)，如果頻率適當(dāng)，就可以被人耳所聽 12 見，也就是產(chǎn)生了蜂鳴聲 。 1蜂鳴器的作用 ： 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 2蜂鳴器的分類 ： 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 3蜂鳴器的電路圖形符號 ： 蜂鳴器在電路中用字母 “H”或 “舊標(biāo)準(zhǔn)用 “ “）表示。 （二）蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理 1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ 5V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 音頻信號，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā) 聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 2電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 13 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)介紹 一個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行不僅需要硬件系統(tǒng)的支持，而且需要軟件系統(tǒng)的支持。如果把硬件比作軀體，那軟件就是靈魂，硬件系統(tǒng)和軟件 系統(tǒng)相互間密切的配合才構(gòu)建了能夠“思考”和“判斷”的整體系統(tǒng)。借助軟件的可編程性，可以精簡硬件系統(tǒng)的組成；憑借軟件的靈活性，可以不用對硬件系統(tǒng)進(jìn)行修改而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的修改。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)是密切相聯(lián)的，軟件系統(tǒng)建立在硬件系統(tǒng)之上，離開了硬件系統(tǒng)，軟件將無法實(shí)現(xiàn)任何功能。軟件的設(shè)計(jì)有一定的針對性，對于不同的硬件系統(tǒng)，需要編寫不同的軟件。與硬件系統(tǒng)一樣，軟件系統(tǒng)的好壞，直接影響到系統(tǒng)的工作效率和可靠性。 編程語言的選擇 基于單片機(jī)的交通燈控制這次采用匯編語言編程，它是一種面對機(jī)器的語言，可以直接控制 硬件的語言。因?yàn)檫@次還要進(jìn)行硬件連接，所以可以方便控制各個(gè)硬件接口如 I/O 接口，并且 目標(biāo)代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語言。 具有保持了機(jī)器語言的優(yōu)點(diǎn)，具有 直接和簡捷的特點(diǎn)。 就是因?yàn)閰R編語言的這些特點(diǎn)，所以 70%以上的系統(tǒng)軟件是用匯編語言編寫的。例如 某些快速處理、位處理、訪問硬件設(shè)備等高效程序是用匯編語言編寫的 。很多 高級繪圖程序、視頻游戲程序是用匯編語言編寫的。 所以 匯編語言是我們理解整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最佳起點(diǎn)和最有效途徑 ， 通過學(xué)習(xí)和使用匯編語言，能夠感知、體會(huì)、理解機(jī)器的邏輯功能，向上 為理解各種軟件系統(tǒng)的原理，打下技術(shù)理論基礎(chǔ)；向下為掌握硬件系統(tǒng)的原理，打下實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)。 單片機(jī)燒錄的代碼，用來編程單片機(jī)。 應(yīng)用軟件的選擇 片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)?種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 片機(jī)的匯編軟件有早期的 著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的 開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， 件是目前最流行開發(fā) 從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 可看出。 14 供了包括 匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ 這些部份組合在一起。運(yùn)行 1620M 以上空閑的硬盤空間、 握這一軟件的使用對于使用 51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的 ，如果你使用 C 語言編程，那么 乎就是你的不二之選（目前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件），即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。 51是美國 司出品的 51 系列兼容單片機(jī) 匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 會(huì)更加深刻。 51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具 ，全 外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 中 別是 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 或匯編源文件。然后分別由 譯器編譯生成目標(biāo)文件 (目標(biāo) 文件可由 建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) 換成標(biāo)準(zhǔn)的 供調(diào)試器可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 程序流程圖 開始要定義音頻輸出端口，歌曲總數(shù)以及每首歌曲的入口地址；然后對定時(shí)器初始化，確定工作方式，賦初值，開放中斷，啟動(dòng)定時(shí)器工作；對音頻輸出端口初始化；設(shè)置音節(jié)起始位置和節(jié)拍間距， 把音節(jié)和節(jié)拍的入口地址信息存放在固定存儲(chǔ)單元中； 將取出的音符數(shù) +節(jié)拍數(shù)保存在存儲(chǔ)單元中，查詢音樂的節(jié)拍表；當(dāng)六首歌曲的節(jié)拍表查詢完，音樂播放完畢，程序結(jié)束。 15 圖 系統(tǒng)流程圖 程序 ;定義音頻輸出端口 , 6 ;歌曲總數(shù) 1 ;數(shù)碼管顯視當(dāng)前所放歌曲曲數(shù) 000H 003H ;外部中斷 0 用于接上一曲歌按鍵 00_ ;定時(shí)器 0 用于定時(shí)，作音符發(fā)生器用 013H ;外部中斷 1 接下一曲歌按鍵 01 ;定時(shí)器 1 用計(jì)數(shù)，這里用作中斷，接開始 /暫停鍵 ,初值為 0 式 2 030H P,#60H ;向每首歌曲的入口地址的地址。 0,#30H ;存入數(shù)據(jù) 30H，這里在以 30H 開始的單元存放每首歌曲的入口地址，其中 30H,31H 存放 ;歌曲的節(jié)拍入口地址， 32H， 33H 存放歌曲音 16 符入口地址，每首歌占用四個(gè)存儲(chǔ)存單元。 5,#00H ;存放表 正在執(zhí)行操作的序號 6,#1 ;放正在設(shè)置入口信息的歌曲數(shù) , ;設(shè)置每首歌曲的入口信息，存放在以 30H 開始的存儲(chǔ)單元中。 ,A+ 5 0 ,A+ 5 0 ,A+ 0 5 ,A+ 0 5 6 ;設(shè)置完一首歌曲后，歌曲數(shù)加一 6,#N+1, ;是否設(shè)置完，沒有便繼續(xù)，否則進(jìn)行下面的操作 對中斷，計(jì)數(shù)器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行 設(shè)置 #61H ;計(jì)數(shù)器 0 工作方式 1，計(jì)數(shù)器 1 工作方式 2 0 ;給計(jì)數(shù)器 1 置初值 0由于是工作方式 2， 0 ;計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為 1，相當(dāng)于一外部中斷。 ;允許計(jì)數(shù)器 1 中斷 ;允許計(jì)數(shù)器具 0 中斷 ;計(jì)數(shù)器 0 為低優(yōu)先級 ;計(jì)數(shù)器 1 為高優(yōu)先級 ;外部中斷 0 為跳沿觸發(fā) ;高優(yōu)先級 ;外部中斷 1 為跳沿觸發(fā) ;高優(yōu)先級 ;允許外部中斷 1 中斷 ;允許外部中斷定 0 中斷 A ;開中斷總開關(guān) ;定時(shí)器 1 開始工作，作中斷用 ;音頻輸出端口初始化 設(shè)置結(jié)束 0 ;設(shè)置 ，用來作暫停 /播放的標(biāo)置位用 2H,#01H ;22H 單元中存放正在播放的歌曲編號 17 ;將正在播放的歌曲編號送數(shù)碼管顯視 ,22H ,A+ 7,#00H ;存放歌曲總信息的入口地址 4,#00H ;放當(dāng)前正在播放歌曲的第幾個(gè)節(jié)拍數(shù) 0,#30H ;30H 開始的單元中存放歌曲的入口信息 , ;將歌曲的節(jié)拍表的入口地址送到 ,0,A 0 0 ,4 ,A+ ；取出第一節(jié)拍數(shù) ,其實(shí)第一個(gè)節(jié)拍不是歌曲的第一個(gè)節(jié)拍，而是表示幾分音符 6H,A 將取出的音符數(shù) +節(jié)拍數(shù)保存在職 26H 單元中 0,#30H ;開始取出歌曲的第一個(gè)數(shù)據(jù) ,0,A 0 0 ,4 ,A+ ;放在 A 中 ;若為 0，則表示為休止符，不唱，本次音符不唱， 1,A ;不為 0，取出節(jié)拍數(shù) ,#02,A , ,#0 ;音符不為 0，唱 ;為 0，不唱 ,關(guān)頻率發(fā)生器 ;開始唱 ,進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理 3,A 0 0 A,A+1H,A 18 ,L A ,A+0H,A ;開唱 ;每個(gè)音符唱多久 0, ;是否暫停， ;沒有暫停，繼續(xù) ;暫停，不唱 0,$ ;等待播放 ;開始播放 ;不唱 ,22H ;唱完處理 ,#N, ;是不是全部歌曲都唱完 2H,#01H ;全部唱完，則從第一首開始再唱 7,#00H 11111001B ;數(shù)碼管顯視第一首歌曲編號 W , ;沒有全部唱完，唱下一首 ,歌曲的入口信息調(diào)整 ,#4 7,A 2H ,22H ,A+ ;數(shù)碼管顯視相應(yīng)的歌曲編號 定時(shí) 器定時(shí) 51 單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè) 16 位的可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，稱為定時(shí)器 0（ 定時(shí)器 1（ 它們都具有定時(shí)功能和事件計(jì)數(shù)功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對外部事件檢測和計(jì)數(shù)等場合。 定時(shí)器的核心部件是加 1計(jì)數(shù)器，通過設(shè)置 使定時(shí)器工作在定時(shí)或計(jì)數(shù)方式，即將定時(shí)器用于定時(shí)或計(jì)數(shù)。實(shí)際上這兩種工作方式?jīng)]有本質(zhì)的區(qū)別，都是對脈沖信號計(jì)數(shù)，只是計(jì)數(shù)的脈沖來源不同而已。如果計(jì)數(shù)脈沖是頻率穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻信號，則稱為定時(shí)方式，如果計(jì)數(shù)脈沖是外部脈沖信號，稱為計(jì)數(shù)方式。 無論工作在定時(shí)方式還是計(jì)數(shù)方式，定時(shí) 器在對內(nèi)部時(shí)鐘或外部脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，都不占用 按設(shè)定的方式自主工作，與 行運(yùn)行。只有在定時(shí)器定時(shí)時(shí)間或計(jì) 19 數(shù)值到，定時(shí)器溢出時(shí)才可能中斷 求 如晶振 12定時(shí)器 0 00 定時(shí)流程圖 圖 定時(shí) 50主程序： 000H ;主程序入口地址 00 ； 斷程序 入口地址 030H P,#60H ；設(shè)堆棧 01H ；設(shè) 作方式 3 ；定時(shí)器 初值 0 ； 態(tài) ；開放 斷 A ；開放 斷 ；啟動(dòng) 作 ；循環(huán)等中斷 中斷服務(wù)程序： 3 ； 裝初值 0 ； 反，輸出方波 20 ；中斷返回 21 第 6 章 系統(tǒng)仿真及硬件制作 仿真的必要性 設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)需要根據(jù)需要設(shè)計(jì)出硬件電路和軟件，但是如何知道它們是否能正常工作呢？這時(shí)候使用仿真工具去模擬實(shí)際的硬件和軟件，就可以輕松實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)功能，并且還能省去一大筆試驗(yàn)硬件投資。所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真顯然是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。程序的編制與調(diào)試的通過是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是否成功的關(guān)鍵，而仿真的通過則是整個(gè)系統(tǒng)是否成功關(guān)鍵，通過仿真能迅速的確定方案的可行性，能節(jié)省了設(shè)計(jì)的時(shí)間和成本。 在程序編譯好之后，在確定編譯無誤后，如果直接連接硬件，并不能一下子得到預(yù)期的結(jié)果，并且耗費(fèi)時(shí)間長，硬件成 本大，如果先在電腦上進(jìn)行仿真，不僅可以方便的運(yùn)用各種硬件器件，并且可以多次調(diào)試，修改程序，來達(dá)到預(yù)期效果，然后再進(jìn)行硬件的連接。 系統(tǒng)仿真過程 原理圖的繪制 編輯環(huán)境具有良好的人機(jī)交互界面，功能強(qiáng)大極易上手。首先通過桌面進(jìn)入主程序，然后在 擇設(shè)置紙張大小，通過快捷鍵 制原來圖的主要任務(wù)是從元件庫中選取繪制電路所需要的元件?？梢酝ㄟ^點(diǎn)擊選擇器頂端左側(cè)的“ P”或者通過命令打開，我們常 用的是按鈕；在查找到并放置完所有需要的器件后，我們需要接著連接元件，即在 沒有布線模式，但用戶可以在任意時(shí)刻放置連線和編輯連線。在完成繪制所需的電路圖前，用戶需要放置并連接斷軸。在電路原理圖中放置兩種通用的端子，一種是接地端子一種是電源端子。當(dāng)在 輯窗口放置元件時(shí)，每一元件都有唯一的元件標(biāo)號及元件值與之對應(yīng)。原件號是 實(shí)時(shí)注釋功能自動(dòng)標(biāo)注的，這一功能可在菜單中設(shè)置選擇是否開啟。 用戶需要對電路中的某一部分進(jìn)行操作時(shí)，可以使用該功能。系統(tǒng)共支持塊移動(dòng)、塊復(fù)制、塊旋轉(zhuǎn)、塊刪除等實(shí)用功能，充分利用這些功能可以極大的提高我們繪圖的效率。我們繪制完所有的元件后，最后進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)注， 持注釋功能，可以把我們所繪制的原理圖中的器件根據(jù)我們的需要添加上特殊的注釋，以表示特定的含義。根據(jù)設(shè)計(jì)電路繪制完后的電路圖如圖 2 圖 真圖 程序的調(diào)入 繪制完成電路圖后，使用 譯器，根據(jù)電 路編譯要實(shí)現(xiàn)功能的程序，調(diào)試運(yùn)行通過后，然后將其產(chǎn)生的 擊圖中的單片機(jī)，打開一個(gè)調(diào)入選項(xiàng)，瀏覽到 入 的單片機(jī)中，運(yùn)行后就可以看出仿真的結(jié)果。如圖 入 件 硬件模型的制作和調(diào)試 F I L E N A M E:B Y :D A T E: E:5 0 1 5 . D S 0 9 - 5 - 6A B C D E F G H J C D E F G H J 肖新畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 0 1 5 . H :1 R T I M E: 1 9 : 1 5 : 2 0D N T I T L E: H : 肖新畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 0 1 5 . D S A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R . 6 / W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A