单片机的音乐盒设计.doc
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1、陕西理工学院毕业设计基于单片机的音乐盒设计【摘要】本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒,依据单片机技术原理,通过硬件电路制作以及软件编译,设计制作出一个多功能多功能音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。使用两个按键控制音乐盒,一个用来切换歌曲,另一个用来切换8路LED的变化花样,本音乐盒共有两首歌曲,花样灯花样共计3种。播放歌曲时,蜂鸣器发出某个音调,与之对应的LED亮起。本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试,配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试,节约了设计时间。【关键字】音乐盒;AT89C51单片机; KEIL; PROTEU
2、S; 音调Design Of Music Box Based On SCMLi Kun(Grade06,Class1, Major Computer Science and Technology, Computer Science andTechnology Dept,Shaanxi University Of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor: FENG Yong-ZhengAbstract: This design is a series based on AT89C51 microcontroller Music Box, based on
3、 principles of SCM technology, through the production of hardware and software compilation, designed a multi-function music box. Mainly by the keys of the music box circuit, reset circuit, clock circuit and the buzzer composition. Using two buttons control music box, one to switch songs, and the oth
4、er is used to switch the 8 LED pattern changes, the music box has two songs, a total of three kinds of pattern light pattern. Play a song, the buzzer sounded a tone, corresponding LED lights up. This design using KEIL programming software to program the music box and debug source code, with the PROT
5、EUS simulation software to simulate hardware, debugging, saving design time.Key Words: Music Box ;AT89C51 SCM; KEIL; PROTEUS; TONE目 录引言11概述21.1 课题意义21.2设计方案21.3研究内容22 系统总体方案介绍32.1 系统组成框图32.2 音乐盒的功能结构图32.3 主要设计软件介绍32.3.1 PROTEUS软件简介32.3.2 KEIL简介43硬件设计53.1 总体设计框图53.2各部分硬件设计及其原理53.2.1 AT89C51简介53.2.2 L
6、ED显示电路设计与原理63.2.3 时钟振荡电路63.3 硬件电路图及功能64软件设计84.1音调、节拍以及编码的确定方法84.1.1 音调的确定84.1.2 节拍的确定94.1.3 编码104.2 软件程序设计114.2.1 程序流程图及相应代码块114.2.2 程序源代码(见附录A)155调试165.1 检查硬件连接165.2 检查软件系统165.3 测试结果165.3.1总体运行图165.3.2花样灯3种花样图176 总结18致谢19参考文献20科技外文文献21中文译文24附录A 程序源代码及注释26陕西理工学院毕业设计引言21世纪,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎
7、渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机
8、上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。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。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高的要求。小小的音
9、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。本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒,体积小,重量轻,能演奏和旋音乐,功能多,外观效果多彩,使用方便,并具有一定的商业价值。1概述本设计是以AT89C51芯片的电路为基础,外部加上放音设备,以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路,通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性,很高的实际使用价值,为广大的单
10、片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。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
11、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。根据存储容量的大小,可以尽可能多的存储歌曲。另外,可以设计彩灯外观效果,使音乐盒的功能更加丰富。1.2设计方案设计一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒,利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣器发出某个音调,与之相对应的LED亮起。使用两个按键,一个用来切换歌曲,另一个切换八路LED的变化花样。1.3研究内容1)电路有两种工作模式:演奏音乐模式和花样灯模式。演奏音乐模式:演奏完整
12、的一首的歌曲,八路LED随着音乐变化。花样灯模式:八路LED变化出各种花样,蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声2)按下按键1进入演奏音乐模式,再按切换歌曲,共两首歌曲。3)按下按键2进入花样灯模式,再按切换LED花样,共三种花样。此电路的程序只占用了1K左右,可编制更多的音乐和LED花样,使系统的功能更加强大。2 系统总体方案介绍2.1 系统组成框图音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心,加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED模块组成。单片机负责接收按键的输入,根据输入控制音乐播放曲目和音乐花样灯的显示样式以及蜂鸣器发音。系统组成框图如图2.1所示。图2.1 系统组成框图2.2 音乐盒的功
13、能结构图音乐盒的功能结构如图2.2所示。Key1负责切换播放歌曲,播放歌曲共2首,分别是挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。Key2负责切换LED显示花样,显示花样共3种,第一种顺序显示,第二种由两边向中间移动然后向两边移动,第三种循环显示。图2.2 音乐盒功能结构图2.3 主要设计软件介绍本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试,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:2.3.1 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
14、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年即将增加Cortex
15、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。 2.3.2 KEIL简介单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件,我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法,一种是手工汇编,另一种是机器汇编,目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码,用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51,随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展,Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持K
16、eil即可看出。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)将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU,16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的,如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选(目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件),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
17、令你事半功倍。Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。3硬件设计3.1 总体设计框图图3.1总体设计框图3.2各部分硬件设计及其原理3.2.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATME
18、L高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.2所示图3.2 AT89C51系列单片机3.2.2 LED显示电路设计与原理LED显示电路是由8个LED发光二极管组成,连接方式为共阳极,LED接到单片机的P1口,若为低电平,可使LED亮起。发光二极管的亮、灭由内部程序控制,8个LED发光二极管分别对应不同的音阶,所以LED会随着音阶的
19、变化按规律亮、灭。3.2.3 时钟振荡电路AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1,C2虽然没有什么严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体,我们推荐电容使用30PF10PF,而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下,外部时
20、钟脉冲接到XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端,XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的,所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。振荡器电路图如下:图3.3 单片机内部、外部振荡电路3.3 硬件电路图及功能总体硬件电路实现功能如下,如图3.4所示1) 电路中用P3.2、P3.3控制按键。2) P1.0P1.7控制LED。3) P2.3控制蜂鸣器。4) 电路为12MHZ晶振频率工作,起振电路中C1、C2均为30PF。图3.4 硬件电路图4软件设计在本程序中设置了两个标志count1和coun
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