基于89C51的數(shù)字音樂盒的設計課程設計.doc

單片機系統(tǒng)課程設計單片機系統(tǒng)課 程 設 計成績評定表設計課題 ： 基于89C51的數(shù)字音樂盒的設計 學院名稱 ： 電氣工程學院 專業(yè)班級 ： 自動1102 設計時間 ： 2013-12-162013-12-27 指導教師意見：成績: 簽名： 年 月 日 單片機系統(tǒng)課 程 設 計課程設計名稱： 基于89C51的數(shù)字音樂盒的設計 專 業(yè) 班 級 ： 自動1102 學 生 姓 名 ： 學 號 ： 201123910302 指 導 教 師 ： 課程設計地點： 31-630 課程設計時間： 2013-12-162013-12-27 單片機系統(tǒng) 課程設計任務書學生姓名專業(yè)班級學號題 目基于89C51的數(shù)字音樂盒的設計課題性質工程設計課題來源自擬指導教師主要內容（參數(shù)）1、利用89c51單片機設計一個數(shù)字音樂盒，實現(xiàn)功能如下：2、內置4首音樂歌曲，通過單片機的I/O口產(chǎn)生方波驅動蜂鳴器播放音樂。3、通過獨立按鍵對歌曲實現(xiàn)暫停、上一曲、下一曲功能的控制。4、具備復位功能。任務要求（進度）第1-2天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第3-4天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第5-6天：軟件設計，編寫程序。第7-8天：實驗室調試。第9-10天：撰寫課程設計報告。要求內容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設計正確，篇幅合理。主要參考資料1 張迎新單片微型計算機原理、應用及接口技術（第2版）M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術基礎（第五版）北京：高等教育出版社，2006審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1緒論11.1數(shù)字音樂盒概述11.2設計思想及基本功能12總體方案設計22.1方案設計22.2 方案比較32.3方案選取33 硬件電路設計33.1 直流穩(wěn)壓電源電路設計33.2 單片機最小系統(tǒng)設計43.3 蜂鳴器電路53.4 鍵盤控制電路54 系統(tǒng)軟件設計64.1 主程序軟件設計64.2 中斷服務程序設計75總結7參考文獻：9附錄10附錄一 系統(tǒng)原理圖10附錄二 系統(tǒng)調試11附錄三 程序代碼12附錄四 機器碼171緒論1.1數(shù)字音樂盒概述數(shù)字音樂盒是現(xiàn)代電子科技與音樂結合的產(chǎn)物，是一種新型的播放樂器。因為單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，數(shù)字音樂盒已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內容是用AT89S51單片機為核心控制元件，設計一個數(shù)字音樂盒。該音樂盒主要由按鍵電路、單片機最小系統(tǒng)、以及蜂鳴器電路組成，使用3個按鍵控制音樂盒。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠等，具有一定的實用和參考價值。1.2設計思想及基本功能該系統(tǒng)具有一般音樂盒的最基本功能，即通過蜂鳴器播放音樂曲目，通過鍵盤電路控制歌曲的播放。在選取設計方案和采取元器件方面，該系統(tǒng)本著簡單實用經(jīng)濟的思想，盡量簡化電路設計，用最簡單的電路布線和選用最經(jīng)濟實用的器件來達到設計要求。數(shù)字音樂盒控制系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：（1）內置4首音樂歌曲，通過單片機的I/O口產(chǎn)生方波驅動蜂鳴器播放音樂。（2）通過獨立按鍵對歌曲實現(xiàn)暫停、上一曲、下一曲功能的控制。（3）具備復位功能。2總體方案設計2.1方案設計根據(jù)查閱的資料和現(xiàn)實生活中的應用，我認為用兩種方案可實現(xiàn)數(shù)字音樂盒的功能：方案（一）：利用數(shù)字音樂芯片配合電源電路，放大電路實現(xiàn)音樂播放，其框圖如圖2-1所示。圖2.1 方案一的原理框圖方案（二）：利用單片機系統(tǒng)制作數(shù)字音樂盒，配合按鍵，實現(xiàn)對音樂的播放控制，其原理框圖如圖2-2所示。圖2.2 方案二的原理框圖2.2 方案比較這兩種方案均可以實現(xiàn)數(shù)字音樂盒的音樂播放功能，但各有優(yōu)劣。方案（一）結構簡單，可靠性高，由于音樂芯片產(chǎn)品化，價格也相對便宜，但芯片普遍容量太小、且功能單一。方案（二）采用單片機作為控制核心，可實現(xiàn)功能的多樣化，且容量也足夠大，但價格相對昂貴，對外部環(huán)境條件的的要求也相對較高。2.3方案選取鑒于方案（一）功能過于簡單，不能滿足本設計的需求，且已無太大的研究價值，故本設計采用方案二。3 硬件電路設計硬件電路包括直流穩(wěn)壓電源電路、單片機最小系統(tǒng)、蜂鳴器電路、按鍵控制電路四大模塊。3.1 直流穩(wěn)壓電源電路設計直流電源的穩(wěn)定性和輸出電源的質量影響單片機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，所以一個完整的可靠的電子設計需要可靠的電源供電。除了用市面上的干電池供電外，還可以采用市電220v變壓、整流、濾波、整流和穩(wěn)壓后獲得穩(wěn)定的直流電源。本設計采用后者輸出5v直流電壓。圖3-1為采用三端集成穩(wěn)壓器7805構成的正5v直流電源。圖3.1直流電源原理圖3.2 單片機最小系統(tǒng)設計單片機最小系統(tǒng)是使單片機工作滿足的最低硬件系統(tǒng)要求、主要包括單片機、時鐘電路、復位電路等，原理圖如圖3-2所示。時鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機內部方式產(chǎn)生時鐘信號，用于外接一個12MHz石英晶體振蕩器和2個30pF微調電容，構成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部的時鐘電路。復位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機系統(tǒng)的復位方式有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用手動按鍵復位，該復位方式同樣具有上電自動復位功能。圖3.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖3.3 蜂鳴器電路蜂鳴器電路為本系統(tǒng)的輸出即發(fā)聲電路，由三極管驅動蜂鳴器發(fā)生，單片機P1.0引腳產(chǎn)生音頻信號，原理圖如圖3-3所示。圖3.3 蜂鳴器電路原理圖3.4 鍵盤控制電路本系統(tǒng)外接三個獨立按鍵，用作對歌曲操作的控制，上一曲、下一曲接外部中斷0和外部中斷1輸入端P3.2和P3.3，暫停/播放功能鍵接定時/計數(shù)器1的外部輸入端口P3.5，按鍵公共端接地，按下引入低電平，電路圖如圖3-4圖3.4鍵盤控制電路原理圖4 系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設計主要包括音樂播放主程序和中斷控制程序兩部分。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了數(shù)字音樂盒的主程序和中斷程序的設計流程，具體的程序代碼見附錄。4.1 主程序軟件設計主程序構成無限循環(huán)，用于對歌曲節(jié)拍、字符信息的讀取、分析計算，定時器的重裝完成音頻的發(fā)生。主程序圖流程說明：開機先設定單片機數(shù)據(jù)表格中的四首歌曲的入口地址完成初始化，接著取出位于節(jié)拍音符表格的第一個數(shù)據(jù)完成對本歌曲拍數(shù)的設置，之后進入主循環(huán)，對之后的節(jié)拍音符數(shù)據(jù)取出分析，當?shù)玫叫葜狗麜r即表示本歌曲演奏結束，進行下一曲的播放，若演奏到了第四首則演奏第一首。不是休止符則分析取出的節(jié)拍音符，奏出音符，控制其持續(xù)時間。之后掃描暫停標志位，判斷是否執(zhí)行暫停操作，如無便回到主循環(huán)，分析下一個節(jié)拍音符數(shù)據(jù)。主程序流程圖如圖4-1所示。圖4.1 主程序流程圖4.2 中斷服務程序設計本系統(tǒng)共用到3個中斷源，外部中斷0、1用作上/下一曲的控制，邊沿出發(fā)，為高優(yōu)先級，T1用作計數(shù)器，計一次數(shù)便觸發(fā)中斷一次，也為高優(yōu)先級，中斷服務程序流程圖如圖4-2所示。圖 4.2 中斷服務程序流程圖5總結經(jīng)過近兩周的資料查找和程序設計，我完成了對數(shù)字音樂盒的設計。該數(shù)字音樂盒能開機自動播放，實現(xiàn)上一曲、下一曲和暫停功能、通過復位電路使該系統(tǒng)具有復位功能。本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為執(zhí)行元件，以89c51單片機為控制核心，以鍵盤為輸入設備，滿足數(shù)字音樂盒的基本要求。在該系統(tǒng)設計完成后，我對該系統(tǒng)進行了仿真調試，運行結果基本令人滿意，它能實現(xiàn)數(shù)字音樂盒的基本設計要求，播出曲目辨識度較好，按鍵反應較靈敏，系統(tǒng)穩(wěn)定，具有一定的娛樂性和使用價值。同時，由于設計的時間和能力有限，本設計還存在一定不合理之處，還具有提升空間。比如按鍵控制因為沒有加入去抖功能，按鍵操作控制不太準確，用一定概率產(chǎn)生誤操作。另外，蜂鳴器雖然結構簡單但音樂的辨識率有限，在調試過程中出現(xiàn)走音、破音現(xiàn)象。但是總體來說這次課程設計我還是收獲頗豐，音樂盒的設計本身就是一個具有趣味性的項目，看到一個個代碼變成動聽的樂曲播放是一件很快樂的事情。另外在系統(tǒng)設計過程中，我熟悉了單片機系統(tǒng)的知識，將課本空乏的定時、中斷知識用到項目中完成實際功能，另外，原理圖和流程圖繪制讓我熟悉了Altium Designer和visio軟件的操作使用，大大提升了我的動手能力，為以后的設計打下基礎。參考文獻：1 張迎新單片微型計算機原理、應用及接口技術（第2版）M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術基礎（第五版）北京：高等教育出版社，20064夏路易，石宗義。電路原理圖與電路板設計教程Protel 99se.北京：北京希望電子出版社，20025康華光。模擬電路技術基礎（第五版）。北京：高等教育出版社，2005附錄附錄一 系統(tǒng)原理圖附錄二 系統(tǒng)調試附錄三 程序代碼12OUT BIT P1.0N EQU 4ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP LAST_SONG ORG 000BH AJMP F_T0 ORG 0013H AJMP NEXT_SONG ORG 001BH AJMP START_PAUSE ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60H MOV DPTR,#TABLE MOV R0,#30H MOV R5,#00H MOV R6,#0SET_TAB: MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R5 INC R0 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R5 INC R0 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 INC R5 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 INC R5 INC R6 CJNE R6,#N,SET_TAB START:MOV TMOD, #61H MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0FFH SETB ET1 SETB ET0 CLR PT0 SETB PT1 SETB IT0 SETB PX0 SETB IT1 SETB PX1 SETB EX1 SETB EX0 SETB EA SETB TR1 CLR OUT CLR F0 MOV R7,#00H START0:MOV R4,#00H MOV R0,#30H MOV A,R7 ADD A,R0 MOV R0,A MOV DPH,R0 INC R0 MOV DPL,R0 INC R0 MOV A,R4 INC R4 MOVC A,A+DPTR MOV 26H,ANEXT: MOV R0,#30H MOV A,R7 ADD A,R0 MOV R0,A MOV DPH,R0 INC R0 MOV DPL,R0 INC R0 MOV A,R4 INC R4 MOVC A,A+DPTR JZ END0 MOV R1,A ANL A,#0FH MOV R2,A MOV A,R1 SWAP A ANL A,#0FH JNZ SING CLR TR0 SJMP SING1SING: DEC A MOV R3,A RL A MOV DPH,R0 INC R0 MOV DPL,R0 INC R0 MOVC A,A+DPTR MOV 21H,A MOV TH0,A MOV A,R3 RL A INC A MOVC A,A+DPTR MOV 20H,A MOV TL0,A SETB TR0 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