【正文】 課程名稱： 微機(jī)原理課程設(shè)計(jì) 題 目： 基于51單片機(jī)的音樂盒設(shè)計(jì) 摘要隨著人類社會(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)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于STC89C52RC系列單片機(jī)的音樂盒，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)原理，通過硬件電路制作以及軟件編譯，設(shè)計(jì)制作出一個(gè)多功能多功能音樂盒。該音樂盒主要由按鍵電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路以及蜂鳴器組成。使用兩個(gè)按鍵控制音樂盒，一個(gè)按鍵用來控制歌曲的播放、暫停以及換曲，另一個(gè)用來控制數(shù)碼管上歌曲次序的變化，本音樂盒共有三首歌曲。播放歌曲時(shí)，相應(yīng)歌曲對(duì)應(yīng)相應(yīng)數(shù)碼管上歌曲次序的顯示。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。隨后依照仿真布局在Altium Designer軟件中繪制PCB單面板，檢查無誤后制成實(shí)物單面覆銅板。關(guān)鍵字：STC89C52RC KEIL PROTEUS PCB目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 4 設(shè)計(jì)任務(wù) 4 設(shè)計(jì)要求 4 發(fā)揮部分 4 二、方案總體設(shè)計(jì) 5 方案列舉 5 方案論證 5 總體設(shè)計(jì)原理 5 三、硬件設(shè)計(jì) 6 STC89C52RC芯片 6 晶振電路 7 開關(guān)按鍵電路 8 P0口上拉電阻 8 復(fù)位電路 9 蜂鳴器電路 10 電源電路 11 一位共陰數(shù)碼管 12 四、軟件設(shè)計(jì) 14 軟件設(shè)計(jì)程序流程圖 14 軟件頭文件定義以及字符類型定義 15 音頻、音調(diào)程序設(shè)計(jì) 15 按鍵與蜂鳴器接口端程序設(shè)計(jì) 16 外部中斷程序設(shè)計(jì) 16 定時(shí)程序設(shè)計(jì) 17 延時(shí)程序編寫 18 主程序的編寫 18 五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試 20 仿真平臺(tái) 20 仿真調(diào)試 20 測(cè)試總結(jié) 21 六、PCB單面板制作 22 繪制平臺(tái) 22 原理圖的繪制 22 PCB單面板的繪制 22 七、設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì) 24 設(shè)計(jì)總結(jié) 24 心得體會(huì) 24 八、參考文獻(xiàn) 25 附錄一：源程序 26 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù)制作一個(gè)簡(jiǎn)易音樂盒，要求利用若干開關(guān)按鍵控制音樂播放并利用一位數(shù)碼管顯示相關(guān)消息。 設(shè)計(jì)要求完成該模塊的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，在Proteus軟件上仿真通過后，用Altium_Designer軟件進(jìn)行PCB單面板的繪制，修改合理后制成單面覆銅板。隨后將程序下載到單片機(jī)進(jìn)行硬件驗(yàn)證。最后就課程設(shè)計(jì)本身提交一篇課程設(shè)計(jì)說明文檔。 發(fā)揮部分分別利用兩個(gè)開關(guān)按鍵控制音樂的播放暫停和換曲操作，同時(shí)利用一位共陰數(shù)碼管顯示相關(guān)歌曲曲目的變化。二、方案總體設(shè)計(jì) 方案列舉方案一：用四個(gè)按鍵控制音樂的播放。3個(gè)按鍵選擇3首不同的音樂播放，另一個(gè)按鍵控制音樂的停止。按下播放鍵，簡(jiǎn)單的控制之后，才開始播放音樂。比如，用定時(shí)器控制，亮燈倒計(jì)時(shí)10秒然后觸發(fā)音樂播放。方案二:用兩個(gè)按鍵控制音樂的播放。一個(gè)按鍵（S1）控制音樂的播放、暫停以及換曲，另一個(gè)按鍵(S2)控制數(shù)碼管上的曲目的更換。按下播放鍵S1，單片機(jī)開始播放音樂，再次按下該鍵，音樂播放暫停第三次按下該鍵，歌曲默認(rèn)更換到下一首。每次按下選曲按鍵S2，單片機(jī)暫停當(dāng)前歌曲的播放，并依次在數(shù)碼管上顯示曲目的更換。 方案論證在方案1中，共用了4個(gè)按鍵，其中3個(gè)按鍵控制播放3首音樂，另一個(gè)鍵控制音樂播放的停止。但是只能選擇3首音樂，不能顯示是哪首歌局限性太強(qiáng)。因此我們選擇方案二更為合適、妥當(dāng)。 總體設(shè)計(jì)原理本次設(shè)計(jì)是一個(gè)基于STC89C52RC系列單片機(jī)的音樂盒，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)原理，通過硬件電路制作以及軟件編譯，設(shè)計(jì)制作出一個(gè)多功能多功能音樂盒。該音樂盒主要由按鍵電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、蜂鳴器以及顯示電路組成。使用一個(gè)按鍵來控制開始，播放和暫停、換曲。利用一個(gè)按鍵來顯示數(shù)碼管上曲目的更換并暫停當(dāng)前曲目的更換，共三首音樂，蜂鳴器每播放一首歌時(shí)數(shù)碼管上顯示相對(duì)應(yīng)的歌曲次序。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。隨后依照仿真布局在Altium Designer軟件中繪制PCB單面板，檢查無誤后制成實(shí)物單面覆銅板。三、硬件設(shè)計(jì) STC89C52RC芯片STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051片機(jī)。其引腳圖如圖1所示。圖1 STC89C52RC芯片引腳圖STC89C52RC主要特性如下：216。 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；216。 工作電壓：～（5V單片機(jī)）/～（3V單片機(jī)）；216。 工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；216。 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)；216。 片上集成512字節(jié)RAM；216。 通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻；216。 ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RXD/，TXD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；216。 具有EEPROM功能；216。 具有看門狗功能；216。 共有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；即定時(shí)器T0、T1；216。 外部中斷2路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；216。 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART；216。 工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）；216。 PDIP封裝。216。 P3口具有第二功能：（串行輸入口），（串行輸出口），（外部中斷0），（外部中斷1），（記時(shí)器0外部輸入），（記時(shí)器1外部輸入，（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通），（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）。本設(shè)計(jì)中用到32位通用I/O口中P0、P2和P3的部分端口，RST電路復(fù)位以及外部中斷等重要功能，，PO端通過上拉電阻的鉗位、限流作用接一位共陰極數(shù)碼管構(gòu)成數(shù)字顯示。 晶振電路晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱晶振，它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。圖2 晶振電路晶振在應(yīng)用具體起到的作用，微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡(jiǎn)單的分立RC振蕩器?；诰д衽c陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化,震蕩脈沖頻fosc在0至24MHZ范圍內(nèi)變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。需認(rèn)真對(duì)待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。本設(shè)計(jì)中的晶振振蕩電路（如圖2）是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于電路的負(fù)載電容。同時(shí)，晶振可以等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。其中端點(diǎn)1接STC89C52RC芯片的19引腳，端點(diǎn)2接芯片的18引腳。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄所以即使其他元件的參數(shù)變化很大這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。本實(shí)驗(yàn)中使用的是22PF的電容，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22