【正文】 ，編程簡單，顯示穩(wěn)定，占用 CPU 時(shí)序少，并且可以實(shí)現(xiàn)許多方案一、方案二無法實(shí)現(xiàn)的功能，無論是矩陣式鍵盤，還是液晶顯示器，都有許多可擴(kuò)展的功能，并且在播放音樂時(shí)簡單實(shí)用，在使用上及其功能的實(shí)現(xiàn)上都優(yōu)于前兩種方案。更重要的是液晶顯示器是當(dāng)今電子設(shè)計(jì)的主流，通過這次設(shè)計(jì)，我能夠?qū)W習(xí)到許多東西。通過方案對(duì)比，最終選擇方案三，音樂發(fā)生器電路原理圖見附錄所示。AT89C51 單片機(jī)晶振電路4*4 矩陣鍵盤 揚(yáng)聲器電路圖 23 方案三框架圖復(fù)位電路液晶顯示屏存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)9第二章 硬件設(shè)計(jì) 電路組成及工作原理 電路組成音樂發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)方框圖如上圖方案三所示，電路原理圖見附錄 1 所示，主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、行列式鍵盤、液晶顯示屏、內(nèi)存外部擴(kuò)充電路、復(fù)位電路等組成。單片機(jī) AT89C51 是本系統(tǒng)的核心，它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。在其外圍接上：復(fù)位電路、液晶顯示屏、按鈕及揚(yáng)聲器。元件為：晶振 X電容、電阻、揚(yáng)聲器、4*4 行列式鍵盤、74LS373 鎖存器、27512 外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展、LM016L 液晶顯示屏。硬件電路中用 ~ 控制按鍵，其中 ~ 掃描行，~掃描列，用，~ 作為 LCD 的 RS,R/W,E 的控制信號(hào)。用 ~ 作為 LCD的 D0~D7 的控制信號(hào)。用 口控制蜂鳴器，電路為 12MHZ 晶振頻率工作，起振電路中 C1,C2 均為 30pf。將 P0 口作為 74LS373 鎖存器的輸入以及 27C512 的數(shù)據(jù)輸入口，鎖存器輸出至 27C512 的低八位地址口，將 P2 口作為 27C512 高八位地址口，27C512 的控制信號(hào) OE/VPP 接至單片機(jī)的 PSEN，實(shí)現(xiàn)片外 ROM 的讀寫控制。 電路工作原理本音樂發(fā)生器是用單片機(jī)來設(shè)計(jì)制作完成，其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件編程來完成， AT89C51 單片機(jī)片內(nèi)帶有 4KB 和外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的 256K 的內(nèi)存，并且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。該音樂發(fā)生器的效率較高，其誤差主要由晶振自身的誤差所造成。存儲(chǔ)歌曲是采用的外部擴(kuò)展，4*4 行列式鍵盤來實(shí)現(xiàn)的，按鍵將單片機(jī) I/0 口的電平拉低，單片機(jī)檢測(cè)到 I/O 口電平為 0 時(shí)，判斷并存儲(chǔ)鍵值。并自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)曲號(hào)的標(biāo)號(hào)處執(zhí)行代碼。顯示采用的是液晶顯示屏 LM016L，顯示穩(wěn)定清晰，并且能顯示多個(gè)信息，當(dāng)片內(nèi) 4K 的程序存儲(chǔ)器存滿后，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到片外256K 程序存儲(chǔ)器繼續(xù)存儲(chǔ)。 AT89C51 的簡介 AT89C51 功能概述自從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問世以來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)正向兩個(gè)主要方向發(fā)展：一是高速度、高性能、大容量的高檔微型機(jī)及其系列化向大、中型計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)；另一個(gè)是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種控制領(lǐng)域需要的單片機(jī)。MCS—51 系列是 Intel 公司在 1980 年推出的高檔 8 位單片機(jī)，具有性能價(jià)格比高、品種多、兼容性強(qiáng)、開發(fā)用的仿真機(jī)較完善等優(yōu)點(diǎn)，所以在國際上和國內(nèi)的占有率相當(dāng)高。它擁有 8 位微處理器和控制器，內(nèi)含一個(gè)一位布爾運(yùn)算處理器，可直接對(duì)數(shù)據(jù)的位進(jìn)行操作和運(yùn)算，特別適用于邏輯控制。內(nèi)部含有 4KB 的程序 ROM 并且在外部擴(kuò)展了 256K 的存儲(chǔ)空間，2 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)/定時(shí)器。本次采用的是AT89C51 單片機(jī)，其電路如 31 所示，它的中斷功能比較強(qiáng)，有 5 個(gè)中斷源，即外部中斷 2 個(gè)，定時(shí)器中斷 2 個(gè)，串行中斷 1 個(gè)，有 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。中斷控制電路主要包括用于中斷控制的四個(gè)寄存器：定時(shí)器控制寄存器 TCON，串行口控制寄存器SCON，中斷允許控制寄存器 IE，中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP 等。內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，全雙工方式的串行接口（UART） ，兩極中斷優(yōu)先權(quán)的 6 個(gè)中斷源/5 個(gè)中斷矢量的中斷邏輯。哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器組織，支持高達(dá) 64K 為單周期指令，支持六種尋址方式。基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)10最高時(shí)鐘振蕩頻率可達(dá) 12MHZ，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為 1181。s，乘、除指令為 4181。s。 AT89C51 的管腳圖MCS51 系列單片機(jī)采用 40 引腳雙列直插式封裝（DIP） ，其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖 22 所示，4 個(gè)并行口共有 32 根引腳，可分別作地址線、數(shù)據(jù)線和 I/O 線；2 根電源線；2 根時(shí)鐘振蕩電路引腳和 4 根控制線。 AT89C51 單片機(jī)的引腳介紹AT89C51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有許多引腳具有第二功能，各引腳功能說明如下：（1）輸入/輸出口線A． 7. 0口 8 位雙向口線B． .1 . 1口 8 位雙向口線C． 7. 2口 8 位雙向口線D． .3p . 3口 8 位雙向口線（2）ALE 地址鎖存控制信號(hào)在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE 用于控制把 0p口輸出的底 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。EA/V XTAL1XTAL2RST/V RDWRINT0INT1T0T1PSENALE/PROGTXDRXDPPPD803180518751EA/V XTAL1XTAL2RST/V PSENALE/VssVcc1234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940PDPP803180518751a) b)圖 22 AT89C51 芯片引腳圖基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)11（3） PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部 ROM 時(shí) S有效（低電平） ，以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。（4） A訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)當(dāng) E信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng) EA信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。（5）RST 復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。（6）XTAL1 和 XTAL2 外接晶體引線端當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，這兩個(gè)引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。（7）電源、地線 GNDVCC、GND。VCC 一般接+5V 電源，GND 接地。 晶振電路MCS51 片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，其輸入端為引腳 XTAL1 和輸出端為引腳為 XTAL2，用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路，如圖 23 所示。電容 C1 和 C2 對(duì)頻率有微調(diào)作用，電容一般取 20pF 左右。晶體振蕩頻率范圍是 1．2MＨz～12MHz，一般情況下，選用振蕩頻率為 12MHz 的石英晶體。振蕩脈沖信號(hào)經(jīng)過內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)。 揚(yáng)聲器電路本設(shè)計(jì)是采用蜂鳴器用來發(fā)出聲音，由于在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn)高電平為 5 伏，輸出功率很有限，所以本設(shè)計(jì)中，理論聯(lián)系實(shí)際，用一個(gè) PNP 型三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，由于三極管具有放大作用，在實(shí)際應(yīng)用中，輸出功率將會(huì)提高很多。 圖 23 晶振電路基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)12 顯示電路本設(shè)計(jì)顯示是采用液晶顯示器 LM016L 進(jìn)行顯示， LM016L 的功能、顯示原理以及使用方法將會(huì)在后文中介紹，P0 口是一個(gè)地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用的雙向 I/O 口，當(dāng)使用P0 口訪問外部存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口內(nèi)部已有上拉電阻，當(dāng) P0 口作程序檢驗(yàn)，輸出指令字節(jié)時(shí)，必須外接上拉電阻。LM016L 的控制信號(hào) RS、RW 、E 分別接到單片機(jī)的 、 。本設(shè)計(jì)中主要用 LM016L 顯示開機(jī)畫面、作者信息、播放剩余時(shí)間、歌曲號(hào)/鍵號(hào)。電路如圖 25 所示圖 25 顯示電路圖 24 揚(yáng)聲器電路基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)13 更換歌曲電路采用 4*4 行列式鍵盤來實(shí)現(xiàn)選擇歌曲播放，以及對(duì)歌曲號(hào)做基本的操作，即上一曲、下一曲以及暫停/播放。在本設(shè)計(jì)中 1A 號(hào)按鍵用于選擇歌曲的曲號(hào)播放，C、D、E 分別為下一曲、上一曲、播放/暫停按鈕，此外 F 鍵用于開機(jī)畫面顯示，0號(hào)按鍵在本設(shè)計(jì)中未使用，留作擴(kuò)展功能使用。用 ~ 控制按鍵，其中~ 掃描行，~ 掃描列。電路如圖 26 所示。 復(fù)位電路AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。本設(shè)計(jì)是采用上電自動(dòng)復(fù)位，上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用12MHZ 時(shí) C 取 20PF。 程序存儲(chǔ)器外部擴(kuò)展電路本設(shè)計(jì)是采用了一個(gè) 74LS373 鎖存器和一個(gè) 27512 程序存儲(chǔ)器外部擴(kuò)展組成，其主要的功能就是為了在外部擴(kuò)展單片機(jī)內(nèi)存，使它有足夠的空間存放系統(tǒng)中的程圖 26 選擇及更換歌曲電路圖 27 復(fù)位電路基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)14序，而達(dá)到使它實(shí)現(xiàn)所要得到的功能和應(yīng)用的領(lǐng)域，其圖如圖 28 所示 液晶顯示原理及分類 液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA 移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。 液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static） 、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（Simple Matrix）和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（Active Matrix）三種。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理:(1) 線段的顯示點(diǎn)陣圖形式液晶由 MN 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 6416 個(gè)顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H——00FH 的 16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH 時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8 個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH 時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH， （001H）=00H， （002H）=00H，……（00EH）=00H， （00FH）=00H 時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一圖 28 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)15條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線。這就是 LCD 顯示的基本原理。(2) 字符的顯示用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1” ，其它的為“0” ，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。(3) 漢字的顯示漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件） ，每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為5……右邊為 6……根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié)……直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個(gè)完整漢字。 LCD1602 簡介LM