【正文】 電子音樂盒設(shè)計(jì)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(shí)期。當(dāng)時(shí)為使教會(huì)的的鐘塔報(bào)時(shí)，而將大小的鐘表上機(jī)械裝置，被稱為“可發(fā)出聲音的組鐘”?！? 音樂盒悠揚(yáng)的樂聲，經(jīng)常勾起人們對(duì)美好往事的回憶，甚至魂?duì)繅?mèng)縈，墜入時(shí)光歲月的追憶中。300多年來席卷全球市場(chǎng)的機(jī)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(dá)美好情感，追思逝去歲月的最佳選擇吧！　　機(jī)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(shí)和法國(guó)北部。1811年以來，瑞士曾經(jīng)是這項(xiàng)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(shí)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(shí)也是人類文明300多年發(fā) 展的歷史鑒證。每個(gè)不同時(shí)期的音樂盒造型，都能折射出當(dāng)時(shí)不同的社會(huì)心態(tài)和文明發(fā)展現(xiàn)狀，它也成了時(shí)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?yàn)榱说洳匾欢螝q月，或?yàn)榱耸詹匾环萸楦校虺鲇趯?duì)音樂的追求，或?qū)τ谂f時(shí)代的懷念，或?yàn)榱司邮业拿阑?，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(jī)芯的音數(shù)，其實(shí)也就是機(jī)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(shí)曲子的播放時(shí)間也相應(yīng)長(zhǎng)一點(diǎn)。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(jì)的目的就是運(yùn)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，來完成音樂播放的控制，并設(shè)計(jì)一套硬件來進(jìn)行音調(diào)播放的實(shí)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(jì) 設(shè)計(jì)功能要求，驅(qū)動(dòng)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(jì)原理通過單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生一定長(zhǎng)度的方波，方波脈沖驅(qū)動(dòng)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(shí)間定時(shí)。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間,每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的I/O反相,然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì)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(jì)數(shù)器定時(shí)1912/2=956，在每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。 當(dāng)鍵盤有鍵按下時(shí)，判斷鍵值，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，放出樂曲。同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T1，在LED顯示歌曲號(hào)，也可使彩燈長(zhǎng)亮和閃爍。數(shù)碼管采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，通過單片機(jī)P1口控制，實(shí)現(xiàn)歌曲序號(hào)的顯示；功能鍵盤采用按鍵開關(guān)，通過單片機(jī)P3口控制，實(shí)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(jī)的P2口控制，實(shí)現(xiàn)歌曲播放；彩燈是由普通發(fā)光二極管代替，能實(shí)現(xiàn)單色長(zhǎng)亮和閃爍效果。通過按下功能鍵實(shí)現(xiàn)上一首和下一首及暫停播放，同時(shí)有數(shù)碼管顯示當(dāng)前播放歌曲的序號(hào)，蜂鳴器播放出音樂，當(dāng)播放最后一首夜曲時(shí)還伴有彩燈閃爍。 總體設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)接+5V電源供電，晶振電路產(chǎn)生單片機(jī)所需時(shí)鐘信號(hào)，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(yíng)造一個(gè)程序運(yùn)行的初始狀態(tài)，在程序出錯(cuò)時(shí)，重新啟動(dòng)單片機(jī)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(jì)框圖編程設(shè)置好定時(shí)時(shí)間，通過編程器寫入AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)。，復(fù)位信號(hào)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(jī)，LED，功能鍵，蜂鳴器部分后面均有詳細(xì)介紹。第3章 芯片的選擇和介紹 MCS51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)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(duì)試驗(yàn)設(shè)備的控制都由其來完成。單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChip Microputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它是在一塊芯片內(nèi)集成了計(jì)算機(jī)的組成單元，包括中央處理CPU（Central Processing Unit）、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O（Input/Output）等主要的計(jì)算機(jī)部件。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但它具有微機(jī)系統(tǒng)的組成和功能特征，可謂麻雀雖小五臟俱全。單片機(jī)經(jīng)歷了4位單片機(jī)、8位低檔單片機(jī)、8位高檔單片機(jī)、16位單片機(jī)等各個(gè)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(qiáng)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(jī)發(fā)展到如今的新一代單片機(jī)，大致經(jīng)歷了三代。如以Intel位單片機(jī)為例，這三代的劃分大致如下：一代以MCS48系列單片機(jī)為代表。其主要的技術(shù)特征是將CPU和計(jì)算機(jī)外圍電路集成到了一個(gè)芯片上，在與通用CPU分道揚(yáng)鑣、構(gòu)成新型工業(yè)微控制器方面取得了成功，為單片機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展開辟了成功之路。第二代以MCS51系列的8058052單片機(jī)為代表。MCS51系列8位高檔單片機(jī)是在總結(jié)MCS48系列單片機(jī)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(jī)。與MCS51相比，MCS96不但字長(zhǎng)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(gè)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(jià)格仍占據(jù)著很大的市場(chǎng)地位。 單片機(jī)的選擇單片機(jī)型號(hào)的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、可靠性、性價(jià)比、精度和速度等來決定的。根據(jù)本課題的實(shí)際情況，單片機(jī)型號(hào)的選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮；一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。二是要有較高的性價(jià)比。由于51系列在我國(guó)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(jī)，其典型產(chǎn)品AT89S51單片機(jī)，與89C系列單片機(jī)相比具有較高的性能價(jià)格比。故本系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機(jī)作為交通燈的核心部件，該單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能COMS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲(chǔ)單元，是80C51的增強(qiáng)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(jī)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(gè)管腳，分成兩排，每一排各有20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第2腳、第3腳……第40腳，AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，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(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 　管腳說明：VCC：供電電壓GND：接地 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)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(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)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(shí)器0外部輸入）　　 T1（記時(shí)器1外部輸入）　　 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）　　 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)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(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時(shí)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(gè)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(hào)以完成不同的操作這是由硬件自動(dòng)完成的不需要我們操心1然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什么看上面的圖如果不對(duì)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(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗,此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1若先執(zhí)行置1操作則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)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(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)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(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)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(hào)比較合適。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電源電路 采用經(jīng)市電變壓， 電源電路單片機(jī)使用的是5（177。）V的電源，對(duì)電壓的穩(wěn)定要求較高，我們可以用LM7805來實(shí)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(jìn)行整流濾波，將交流電處理為直流。然后用7805進(jìn)行5V恒壓輸出，共給單片機(jī)電路使用。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)以89S51為核心,外加時(shí)鐘和復(fù)位電路,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),成本相對(duì)較低,是當(dāng)前8位單片機(jī)的典型代表,采用CHMOS工藝,即互補(bǔ)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(diǎn),還具有CMOS低功耗的特點(diǎn).單片機(jī)需要一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)來為各種操作提供秩序，此電路叫時(shí)鐘電路，采用不同的接線方式可以獲得不同時(shí)鐘電路，有內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路，外部時(shí)鐘電路會(huì)使電路復(fù)雜，故采用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路在單片機(jī)的外部通過XTAL1,XTAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,一個(gè)機(jī)器周期為2us,C1,C2為22pF。 時(shí)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(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖