【正文】 電子音樂盒設(shè)計方案第1章 緒 論　　音樂盒的起源，可追溯至中世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時期。當(dāng)時為使教會的的鐘塔報時，而將大小的鐘表上機械裝置，被稱為“可發(fā)出聲音的組鐘”?！? 音樂盒悠揚的樂聲，經(jīng)常勾起人們對美好往事的回憶，甚至魂牽夢縈，墜入時光歲月的追憶中。300多年來席卷全球市場的機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。成為人們表達美好情感，追思逝去歲月的最佳選擇吧！　　機械音樂盒的發(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，比利時和法國北部。1811年以來，瑞士曾經(jīng)是這項技藝的中心，它和瑞士鐘表工業(yè)一樣，兩者相輔相成，一段時間名領(lǐng)風(fēng)騷，稱霸全球?！　∫魳泛?00多年的產(chǎn)品發(fā)展，同時也是人類文明300多年發(fā) 展的歷史鑒證。每個不同時期的音樂盒造型，都能折射出當(dāng)時不同的社會心態(tài)和文明發(fā)展現(xiàn)狀，它也成了時代的一面鏡子?！　‖F(xiàn)今，音樂盒的制造，延襲傳統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代，正日益成為人們或為了典藏一段歲月，或為了收藏一份情感，或出于對音樂的追求，或?qū)τ谂f時代的懷念，或為了居室的美化，等等，而得到眾多品位人士的追求。 　　音樂盒的分類：　　18音，30音，這些是代表音樂盒機芯的音數(shù)，其實也就是機芯里面，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，同時曲子的播放時間也相應(yīng)長一點。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)計的目的就是運用單片機來設(shè)計一套控制系統(tǒng)，來完成音樂播放的控制，并設(shè)計一套硬件來進行音調(diào)播放的實際模擬，從而有欣賞音樂的效果。45第2章 音樂盒總體設(shè)計 設(shè)計功能要求，驅(qū)動蜂鳴器，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)計原理通過單片機的定時器產(chǎn)生一定長度的方波，方波脈沖驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。要產(chǎn)生音頻脈沖，只需算出某一音頻的周期（1/音頻），然后取半周期的時間定時。利用定時器計時這個半周期時間,每當(dāng)計時到后就將輸出脈沖的I/O反相,然后重復(fù)計時此半周期時間再對I/O口反相,就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。如中音D0，頻率為523HZ,其周期T=1/523=1912微秒，因此只要令計數(shù)器定時1912/2=956，在每計數(shù)956次時將I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。 當(dāng)鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計數(shù)器T0，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，驅(qū)動蜂鳴器，放出樂曲。同時啟動定時器T1，在LED顯示歌曲號，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P1口控制，實現(xiàn)歌曲序號的顯示；功能鍵盤采用按鍵開關(guān)，通過單片機P3口控制，實現(xiàn)歌曲播放順序的調(diào)換和暫停播放功能；蜂鳴器由單片機的P2口控制，實現(xiàn)歌曲播放；彩燈是由普通發(fā)光二極管代替，能實現(xiàn)單色長亮和閃爍效果。通過按下功能鍵實現(xiàn)上一首和下一首及暫停播放，同時有數(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還伴有彩燈閃爍。 總體設(shè)計框圖單片機接+5V電源供電，晶振電路產(chǎn)生單片機所需時鐘信號，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/O接口輸出控制蜂鳴器發(fā)聲，LED顯示，彩燈亮或閃爍。另外，復(fù)位電路在于營造一個程序運行的初始狀態(tài)，在程序出錯時，重新啟動單片機工作。 電源晶振部分復(fù)位電路AT89S51蜂鳴器LED顯示功能鍵 總體設(shè)計框圖編程設(shè)置好定時時間，通過編程器寫入AT89S51單片機系統(tǒng)。，復(fù)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，LED，功能鍵，蜂鳴器部分后面均有詳細介紹。第3章 芯片的選擇和介紹 MCS51系列單片機簡介單片機系統(tǒng)是本監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，數(shù)據(jù)的處理以及對試驗設(shè)備的控制都由其來完成。單片微型計算機（SingleChip Microputer）簡稱單片機。它是在一塊芯片內(nèi)集成了計算機的組成單元，包括中央處理CPU（Central Processing Unit）、隨機存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器ROM（Read Only Memory）、定時器/計數(shù)器以及I/O（Input/Output）等主要的計算機部件。雖然單片機只是一個芯片，但它具有微機系統(tǒng)的組成和功能特征，可謂麻雀雖小五臟俱全。單片機經(jīng)歷了4位單片機、8位低檔單片機、8位高檔單片機、16位單片機等各個階段，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I/0能力及結(jié)構(gòu)兼容的32位和雙CPU方向發(fā)展。從MCS48單片機發(fā)展到如今的新一代單片機，大致經(jīng)歷了三代。如以Intel位單片機為例，這三代的劃分大致如下：一代以MCS48系列單片機為代表。其主要的技術(shù)特征是將CPU和計算機外圍電路集成到了一個芯片上，在與通用CPU分道揚鑣、構(gòu)成新型工業(yè)微控制器方面取得了成功，為單片機的進一步發(fā)展開辟了成功之路。第二代以MCS51系列的8058052單片機為代表。MCS51系列8位高檔單片機是在總結(jié)MCS48系列單片機的基礎(chǔ)上，于80年代初推出的新產(chǎn)品。第三代是Intel隨后推出的MCS96系列單片機。與MCS51相比，MCS96不但字長增加一倍，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4路或8路的A/D轉(zhuǎn)換器，使其具有A/D轉(zhuǎn)換功能。在這所有的系列中MCS51系列以它較高的性能和較合理的價格仍占據(jù)著很大的市場地位。 單片機的選擇單片機型號的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、可靠性、性價比、精度和速度等來決定的。根據(jù)本課題的實際情況，單片機型號的選擇主要從以下兩點考慮；一是要有較強的抗干擾能力。二是要有較高的性價比。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ATMEL公司2003年推出新一代89S系列單片機，其典型產(chǎn)品AT89S51單片機，與89C系列單片機相比具有較高的性能價格比。故本系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機作為交通燈的核心部件，該單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能COMS8位單片機，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，是80C51的增強型并且指令完全兼容，AT89S51新增加的功能由特殊功能寄存器完成，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控制等應(yīng)用領(lǐng)域。 AT89S51芯片介紹　 圖 AT89S51芯片 管腳排列圖它有40個管腳，分成兩排，每一排各有20個腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3腳……第40腳，AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 　管腳說明：VCC：供電電壓GND：接地 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“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，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故?！　?RXD（串行輸入口）　　 TXD（串行輸出口）　　 /INT0（外部中斷0）　　 /INT1（外部中斷1）　　 T0（記時器0外部輸入）　　 T1（記時器1外部輸入）　　 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）　　 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時實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)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時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三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操心1然后再實行讀引腳操作否則就可能讀入出錯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端為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,此時即使引腳上輸入的信號為1也會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)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們再看另一個問題從圖中可以看出這四個端口還有一個差別除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端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目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。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)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出?；贏T89S51的各種特性，選用此型號比較合適。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電源電路 采用經(jīng)市電變壓， 電源電路單片機使用的是5（177。）V的電源，對電壓的穩(wěn)定要求較高，我們可以用LM7805來實現(xiàn)此功能。首先，用交流變壓器將220V電壓變?yōu)榇笥?V的交流電，然后用橋式整流器，和電容進行整流濾波，將交流電處理為直流。然后用7805進行5V恒壓輸出，共給單片機電路使用。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)以89S51為核心,外加時鐘和復(fù)位電路,電路結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強,成本相對較低,是當(dāng)前8位單片機的典型代表,采用CHMOS工藝,即互補金屬氧化物的HMOS工藝, CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合,具有HMOS高速度和高密度的特點,還具有CMOS低功耗的特點.單片機需要一個時間基準(zhǔn)來為各種操作提供秩序，此電路叫時鐘電路，采用不同的接線方式可以獲得不同時鐘電路，有內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘電路，外部時鐘電路會使電路復(fù)雜，故采用的是內(nèi)部時鐘電路。時鐘電路在單片機的外部通過XTAL1,XTAL2這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,一個機器周期為2us,C1,C2為22pF。 時鐘電路圖 復(fù)位電路圖復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(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)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖