【正文】 18 附：原程序 19 中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 單片機(jī)與 C 語言 課程設(shè)計(jì)說明書 2 引言 21 世紀(jì) ， 電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié) 奏也越來越快。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命 。單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與 數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。 隨 著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人類所接觸的信息也在不斷增加并且日益復(fù)雜。面對(duì)浩如煙海的信息，人們已經(jīng)能夠利用計(jì)算機(jī)等工具高效準(zhǔn)確地對(duì)之進(jìn)行處理，但要想將處理完的信息及時(shí)，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)技術(shù)與液晶顯示技術(shù)的結(jié)合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發(fā)展。 隨著人類社會(huì)的發(fā)展， 人們對(duì)視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。小小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒多是機(jī)械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)，不能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設(shè)計(jì)的音樂盒是以單片機(jī)為核心元件的電子式音樂盒，體積小，重量輕，能演奏和旋音樂，功能多，外觀效果多彩，使用方便，并具有一定的商業(yè)價(jià)值。 中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 單片機(jī)與 C 語言 課程設(shè)計(jì)說明書 3 1 概述 本設(shè)計(jì)是以 AT89C51 單片機(jī)的電路為基礎(chǔ)，外部加上放音設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)音樂演奏控制器的硬件電路，通過軟件程序來控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器使其演奏出優(yōu)美動(dòng)聽的音樂。用戶可以按照自己的喜好選擇音樂 并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)器碼存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中。對(duì)于不同型號(hào)的單片機(jī)只需要相應(yīng)的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性，很高的實(shí)際使用價(jià)值，為廣大的單片機(jī)和音樂愛好者提供了很好的借鑒。 課題 要求 1） 硬件設(shè)計(jì)：根據(jù)任務(wù)要求，完成單片機(jī)最小系統(tǒng)及其擴(kuò)展設(shè)計(jì) 。 2） 軟件設(shè)計(jì)： 根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成顯示功能要求，完成控制軟件的編寫與調(diào)試； 3） 功能要求： 查閱資料，了解單片機(jī)控制單音喇叭發(fā)聲原理； 設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電子音樂盒； 設(shè)計(jì)方案 利用按鍵切換演奏出不同的樂曲。蜂鳴器發(fā)出某個(gè)音調(diào)，與之相對(duì)應(yīng)的 LED 亮起。使用兩個(gè)按鍵，一個(gè)用來切換歌曲，另一個(gè)切換八路 LED 的變化花樣。 研究內(nèi)容 1）電路有兩種工作模式：演奏音樂模式和花樣燈模式。 演奏音樂模式：演奏完整的一首的歌曲，八路 LED 隨著音樂變化。 花樣燈模式：八路 LED 變化出各種花樣，蜂鳴器隨著發(fā)出“嘀嘀”聲 2）按下按鍵 1 進(jìn)入演奏音樂模式，再按切換歌曲，共兩首歌曲。 3）按下按鍵 2 進(jìn)入花樣燈模式，再按切換 LED 花樣，共三種花樣。 此電路的程序只占用了 1K 左右，可編制更多的音樂和 LED 花樣，使系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大。 2 系統(tǒng)總體方案介紹 系統(tǒng)組成 框圖 音樂盒的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以 AT89C51 單片機(jī)位控制核心，加上 2 個(gè)按鍵、時(shí)鐘復(fù)位電路、蜂鳴器、 LED 模塊組成。單片機(jī)負(fù)責(zé)接收按鍵的輸入，根據(jù)輸入控制音樂播放曲目和音樂花樣燈的顯示樣式以及蜂鳴器發(fā)音。系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。 中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 單片機(jī)與 C 語言 課程設(shè)計(jì)說明書 4 圖 系統(tǒng)組成框圖 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)圖 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)如圖 所示。 Key1 負(fù)責(zé)切換播放歌曲，播放歌曲共 2 首，分別是揮著翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。 Key2 負(fù)責(zé)切換 LED 顯示花樣，顯示花樣共 3 種，第一種順序顯示，第二種由兩邊向中間移動(dòng)然后向兩邊移動(dòng)，第三種循環(huán)顯示。 圖 音樂盒功能結(jié)構(gòu)圖 主要設(shè)計(jì)軟件介紹 本設(shè)計(jì)利用 KEIL 編程軟件對(duì)音樂盒源程序進(jìn)行編程并調(diào)試，配合 PROTEUS 仿真軟件對(duì)硬件進(jìn)行仿真調(diào)試，兩種軟件的簡介如下： PROTEUS 軟件簡介 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同 仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型 仿 真 軟 件 三 合 一 的 設(shè) 計(jì) 平 臺(tái) ， 其 處 理 器 模 型 支 持 8051 、 HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021 年 也 增加 了Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 KEIL 簡介 中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 單片機(jī)與 C 語言 課程設(shè)計(jì)說明書 5 Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從近 年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、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（ uVision）將這些部份組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)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 Keil 幾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。 Keil C51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(jí)語言的優(yōu)勢。 3 硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)框圖 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 各部分硬件設(shè)計(jì)及其原理 AT89C51 簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的 方案。外形及引腳排列如圖 所示 中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 單片機(jī)與 C 語言 課程設(shè)計(jì)說明書 6 圖 AT89C51 系列單片機(jī) LED 顯示電路設(shè)計(jì)與原理 LED 顯示電路是由 8 個(gè) LED 發(fā)光二極管組成，連接方式為共陽極， LED 接到單片機(jī)的 P1 口，若為低電平，可使 LED 亮起。發(fā)光二極管的亮、滅由內(nèi)部程序控制，8 個(gè) LED 發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)不同的音階，所以 LED 會(huì)隨著音階的變化按規(guī)律亮、滅 。 時(shí)鐘振蕩電路 AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋 元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然振蕩器。外接石英晶體及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 C1， C2 雖然沒有什么嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30PF? 10PF，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40PF? 10PF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時(shí) 鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 硬件電路圖及功能 總體硬件電路實(shí)現(xiàn)功能如下，如圖 所示 1） 電路中用 、 控制按鍵。 2） ~ 控制 LED。 3） 控制蜂鳴器。 4） 電路為 12MHZ 晶振頻率工作，起振電路中 C C2 均為 30PF。 中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 單片機(jī)與 C 語言 課程設(shè)計(jì)說明書 7 圖 硬件電路圖 4 軟件設(shè)計(jì) 在本程序中 設(shè)置了兩個(gè)標(biāo)志 —— count1 和 count2，分別初始化為 1 和 0。按鍵 1使得 count1 在 1 和 2 之間切換，按鍵 2 使得 count2 在 1~4 之間切換。程序檢測 count1的值， count1 等于 1 時(shí)播放第一首歌曲，等于 2 時(shí)播放第二首。另一方面根據(jù) count2的值來切換 LED 的花樣。 count1 和 count2 的值是互斥的，設(shè)置 count