【正文】 科信學院單片機系統(tǒng)設計項目(三級項目)設計說明書（2012/2013學年第二學期） 題 目 ： _基于單片機控制的數(shù)字音樂盒的設計___ 專業(yè)班級 ： 通信工程10級2班 學生姓名 ： 王敏軒 尹艷迪 李 莎 朱 江 董宣利 學 號 ：100312217 100312218 100312225 100312226 100312208 指導教師 ：馬小進、賈少銳、李曉東、付佳 設計周數(shù) ： 2周 設計成績 ： 2013年6月21號 目錄1 概述 32 系統(tǒng)總體方案及硬件設計 5 系統(tǒng)構成 5 AT89C51單片機簡介 5 LED顯示器 7 鍵盤 8 系統(tǒng)復位電路的設計 9 時鐘電路模塊 9 103 軟件設計 11 主模塊的設計 11 外部中斷源系統(tǒng)設計 12 基本顯示模塊設計 13 系統(tǒng)初始化程序 134 Proteus軟件仿真 145課程設計體會 16參考文獻 17附1：源程序代碼 18附2：系統(tǒng)原理圖 28 1 概述本設計是基于單片機的數(shù)字音樂盒設計,由單片機AT89C51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構成的一個單片機電子數(shù)字音樂盒。要求利用I/O口產生一定頻率的方波，驅動蜂鳴器，發(fā)出不同的音調并采用LCD顯示信息，從而演奏樂曲（最少三首樂曲，每首不少于30秒），開機時有英文歡迎提示字符，播放時顯示歌曲序號（或名稱），可通過功能鍵選擇樂曲，暫停，播放。本設計采用4*4鍵盤，16*2 LCD，七段顯示數(shù)碼管LED。課設準備中根據具體的要求，查找資料，然后按要求根據已學過的時鐘程序編寫定時鬧鐘的程序，依據程序利用proteus軟件進行了仿真試驗，對出現(xiàn)的問題進行分析和反復修改源程序，最終得到正確并符合要求的結果。 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計 系統(tǒng)構成 AT89C51單片機簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。（1）主要特性：與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道 圖1低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路 （2）管腳說明（如圖1）： 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)據存儲器，它可以被定義為數(shù)據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當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P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，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。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。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個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管口管腳 備選功能 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)據存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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：每當用作外部數(shù)據存儲器時，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)據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：/EA保持低電平時，在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（3）振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 LED顯示器 LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管英文名稱的縮寫。LED顯示器是由發(fā)光二極管構成的，所以在顯示器前面冠以“LED”。LED顯示器在單片機系統(tǒng)中的應用非常普遍。(1)LED顯示器的結構: 常用的LED顯示器為8段。每一個段對應1個發(fā)光二極管，這種顯示器有共陽極和共陰極兩種：共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。為了使LED顯示器顯示不同的符號或數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為LED提供代碼，因為這些代碼可使LED相應的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱為段碼。7段發(fā)光二極管，再加上1個小數(shù)點位，共計8位。因此提供給LED顯示器的段碼正好是1B。各段與字節(jié)中各位對應關系如下圖2： 8段LED結構及外形代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示位dpgfEdcba 圖2(2) LED顯示器工作原理由N個LED顯示塊可以拼接成N位的LED顯示器。如圖是LED顯示器的結構原理圖3。N個LED顯示器有N個位選線和8*N位 根段碼線。段碼線控制顯示字符的字型，而位選線為各個LED顯示塊中各段的公共端，它控制該LED顯示位的亮或暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。 鍵盤 鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據，傳送命 圖3令等功能，是人工干預單片機的主要手段。（1）鍵盤輸入的特點鍵盤實質上是一級按鍵開關的集合。通常，鍵盤開關利用了機械觸點的合、斷作用。（2）按鍵的確認鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對行線電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵有效，必須消除抖動的影響。（3）如何消除按鍵的抖動采用軟件來消除按鍵抖動的基本思想是：在一次檢測到有鍵按下時，該鍵所對應的行線為低電平，執(zhí)行一段延時10MS的子程序后，確認該行線電平是不否仍為低電平，如果仍為低電平，則確認為該行確實有鍵按下。當按鍵松開時，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時10MS的子程序后，檢測該行線為高電平，說明按鍵確實已經松開。 系統(tǒng)復位電路的設計智能系統(tǒng)一般應有手動或上電復位電路。復位電路的實現(xiàn)通常有兩種方式：RC復位電路和專用181。Ｐ監(jiān)控電路。前者實現(xiàn)簡單，成本低，但復位可靠性相對較低；后者成本較高，但復位可靠性高，尤其是高可靠重復復位。對于復位要求高、并對電源電壓進行監(jiān)視的場合，大多采用這種方式。本次課程設計采用了上電按鈕電平復位電路，如圖四 圖4 時鐘電路模塊時鐘電路在單片機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。在一個單片機應用系統(tǒng)中，時鐘是保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢。為達到振蕩周期是12MHZ的要求，這里要采用12MHZ的晶振，另外有兩個22P的獨石電容，兩晶振引腳分別連到XTAL1和XTAL2振蕩脈沖輸入引腳。具體連接圖如圖5所示： 圖5利用NPN管(9012)放大驅動。基極接10K歐姆的電阻，發(fā)射極接蜂鳴器，集電極接電源。蜂鳴器電路連接如下圖6 圖6 (1)， 描列。(2),b,c,d,e,f,g,。(3)用，,R/W,E的控制信號。(4)。(5)電路為12MHZ晶振頻率工作，起振電路中C1,C2均為30pf。3 軟件設計 主模塊的設計主程序開始初始化變量及LCD接口初始化數(shù)字器T0，定時器T1LCD顯示英文歡迎字符等待按鍵，是否有按鍵？包括播放，暫停，停止按鍵歌曲號及播放時間顯示在LCD按照按鍵碼播放對應的歌曲YN主模塊是系統(tǒng)軟件的主框架。結構化程序設計一般有“自上而下”和“自下而上”兩種方式，“自上而下”法的核心就是主框架的構建。它的合理與否關系到程序最終的功能的多少和性能的好壞。本系統(tǒng)的主模塊的程序框圖如下圖6所示：圖 6 外部中斷源系統(tǒng)設計在本設計中中斷源是采用外部中斷0方式，其入口地址是0003H。其中斷響應級別最高。（1）定時器/計數(shù)器工作方式寄存器TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器的工作方式和工作模式。其格式如下表一：TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEM1M0GATEM1M0T1方式字段T0方式字段 表一下面對TMOD各位進行說明：門控位—GATE工作方式選擇位—MM0M1M0工作方式00方式0，為13位定時器/計數(shù)器01方式1，為16位定時器/計數(shù)器10方式2，8位的常數(shù)自動重新裝載的定時器/計數(shù)器11方式3，僅適用于T0 表二其中，在本設計中采用方式1的16位定時器/計數(shù)器?！嫈?shù)器模式和定時器模式選擇位=0，為定時器模式。=1，為計數(shù)模式。定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON，其格式如下：TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0ITO 表三其各位的功能如下：TFTF0—計數(shù)溢出標志位當計數(shù)器溢出時，該位置1。TRTR0—計數(shù)運行控制位 基本顯示模塊設計基本顯示模塊設計的重點是由顯示代碼取得相應的段碼，顯示段碼數(shù)據的并行發(fā)送，高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經常調校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。程序流程如圖7所示。將１６進制時分秒數(shù)據轉化為ＢＣＤ顯示代碼 關顯示以免顯示抖動通過串口將時分秒數(shù)據傳入數(shù)碼管打開顯示圖 7 系統(tǒng)初始化程序 28 RS BIT 。定義液晶顯示端口標 RW BIT E BIT L50MS EQU 60HL1MS EQU 61HL250MS EQU 62HSEC EQU 65HMIN EQU 64HHOU EQU 63HORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP TT0ORG 001BHLJMP T1INTORG 1000HMAIN: 液晶初始化MOV SP,70H MOV P0,01H 。清屏CALL ENABLEMOV P0,38H 。8位，2行顯示LCALL ENABLE4 Proteus軟件仿真本次課程設計所采用的程序調試軟件為wave6000集成調試軟件，所采用的仿真軟件為protus 6 professional軟件。本次試驗的效果圖如下所示：按鍵功能說明：1~A：十首歌曲 C：上一首歌曲 D：下一首歌曲E：歌曲暫停 F：開機畫面當鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計數(shù)器T0，產生一定頻率的脈沖，驅動蜂鳴器，放出樂曲。同時