【正文】 單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)成績評定表設(shè)計(jì)課題 ： 基于89C51的數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 自動1102 　 設(shè)計(jì)時間 ： 20131216～20131227 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日 單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱： 基于89C51的數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級 ： 自動1102 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 201123910302 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 31630 課程設(shè)計(jì)時間： 20131216～20131227 單片機(jī)系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目基于89C51的數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89c51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個數(shù)字音樂盒，實(shí)現(xiàn)功能如下：內(nèi)置4首音樂歌曲，通過單片機(jī)的I/O口產(chǎn)生方波驅(qū)動蜂鳴器播放音樂。通過獨(dú)立按鍵對歌曲實(shí)現(xiàn)暫停、上一曲、下一曲功能的控制。具備復(fù)位功能。任務(wù)要求（進(jìn)度）第12天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第34天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第56天：軟件設(shè)計(jì)，編寫程序。第78天：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。第910天：撰寫課程設(shè)計(jì)報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅合理。主要參考資料[1] 張迎新．單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）[M]．北京：　　　　　　　　　　　國防工業(yè)出版社，2004[2]偉福LAB6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說明書[3] 閻石．?dāng)?shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）．北京：高等教育出版社，2006審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1緒論 1 1 12總體方案設(shè)計(jì) 2 2 方案比較 3 33 硬件電路設(shè)計(jì) 3 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 蜂鳴器電路 5 鍵盤控制電路 54 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6 主程序軟件設(shè)計(jì) 6 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 75總結(jié) 7參考文獻(xiàn)： 9附錄 10附錄一 系統(tǒng)原理圖 10附錄二 系統(tǒng)調(diào)試 11附錄三 程序代碼 12附錄四 機(jī)器碼 171緒論數(shù)字音樂盒是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的播放樂器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，數(shù)字音樂盒已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個數(shù)字音樂盒。該音樂盒主要由按鍵電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、以及蜂鳴器電路組成，使用3個按鍵控制音樂盒。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠等，具有一定的實(shí)用和參考價值。該系統(tǒng)具有一般音樂盒的最基本功能，即通過蜂鳴器播放音樂曲目，通過鍵盤電路控制歌曲的播放。在選取設(shè)計(jì)方案和采取元器件方面，該系統(tǒng)本著簡單實(shí)用經(jīng)濟(jì)的思想，盡量簡化電路設(shè)計(jì)，用最簡單的電路布線和選用最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的器件來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。數(shù)字音樂盒控制系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：　?。?）內(nèi)置4首音樂歌曲，通過單片機(jī)的I/O口產(chǎn)生方波驅(qū)動蜂鳴器播放音樂。（2）通過獨(dú)立按鍵對歌曲實(shí)現(xiàn)暫停、上一曲、下一曲功能的控制。（3）具備復(fù)位功能。2總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)查閱的資料和現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，我認(rèn)為用兩種方案可實(shí)現(xiàn)數(shù)字音樂盒的功能：　　方案（一）：利用數(shù)字音樂芯片配合電源電路，放大電路實(shí)現(xiàn)音樂播放，其框圖如圖21所示。 方案一的原理框圖　　方案（二）：利用單片機(jī)系統(tǒng)制作數(shù)字音樂盒，配合按鍵，實(shí)現(xiàn)對音樂的播放控制，其原理框圖如圖22所示。 方案二的原理框圖 方案比較這兩種方案均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字音樂盒的音樂播放功能，但各有優(yōu)劣。方案（一）結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，由于音樂芯片產(chǎn)品化，價格也相對便宜，但芯片普遍容量太小、且功能單一。方案（二）采用單片機(jī)作為控制核心，可實(shí)現(xiàn)功能的多樣化，且容量也足夠大，但價格相對昂貴，對外部環(huán)境條件的的要求也相對較高。鑒于方案（一）功能過于簡單，不能滿足本設(shè)計(jì)的需求，且已無太大的研究價值，故本設(shè)計(jì)采用方案二。3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路包括直流穩(wěn)壓電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、蜂鳴器電路、按鍵控制電路四大模塊。 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)直流電源的穩(wěn)定性和輸出電源的質(zhì)量影響單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以一個完整的可靠的電子設(shè)計(jì)需要可靠的電源供電。除了用市面上的干電池供電外，還可以采用市電220v變壓、整流、濾波、整流和穩(wěn)壓后獲得穩(wěn)定的直流電源。本設(shè)計(jì)采用后者輸出5v直流電壓。圖31為采用三端集成穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的正5v直流電源。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)是使單片機(jī)工作滿足的最低硬件系統(tǒng)要求、主要包括單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路等，原理圖如圖32所示。時鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘信號，用于外接一個12MHz石英晶體振蕩器和2個30pF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)部的時鐘電路。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動復(fù)位功能。 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 蜂鳴器電路蜂鳴器電路為本系統(tǒng)的輸出即發(fā)聲電路，由三極管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)生，原理圖如圖33所示。 蜂鳴器電路原理圖 鍵盤控制電路本系統(tǒng)外接三個獨(dú)立按鍵，用作對歌曲操作的控制，上一曲、暫停/播放功能鍵接定時/，按鍵公共端接地，按下引入低電平，電路圖如圖344 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括音樂播放主程序和中斷控制程序兩部分。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了數(shù)字音樂盒的主程序和中斷程序的設(shè)計(jì)流程，具體的程序代碼見附錄。 主程序軟件設(shè)計(jì)主程序構(gòu)成無限循環(huán)，用于對歌曲節(jié)拍、字符信息的讀取、分析計(jì)算，定時器的重裝完成音頻的發(fā)生。主程序圖流程說明：開機(jī)先設(shè)定單片機(jī)數(shù)據(jù)表格中的四首歌曲的入口地址完成初始化，接著取出位于節(jié)拍音符表格的第一個數(shù)據(jù)完成對本歌曲拍數(shù)的設(shè)置，之后進(jìn)入主循環(huán)，對之后的節(jié)拍音符數(shù)據(jù)取出分析，當(dāng)?shù)玫叫葜狗麜r即表示本歌曲演奏結(jié)束，進(jìn)行下一曲的播放，若演奏到了第四首則演奏第一首。不是休止符則分析取出的節(jié)拍音符，奏出音符，控制其持續(xù)時間。之后掃描暫停標(biāo)志位，判斷是否執(zhí)行暫停操作，如無便回到主循環(huán)，分析下一個節(jié)拍音符數(shù)據(jù)。主程序流程圖如圖41所示。 主程序流程圖 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)共用到3個中斷源，外部中斷0、1用作上/下一曲的控制，邊沿出發(fā)，為高優(yōu)先級，T1用作計(jì)數(shù)器，計(jì)一次數(shù)便觸發(fā)中斷一次，也為高優(yōu)先級，中斷服務(wù)程序流程圖如圖42所示。圖 中斷服務(wù)程序流程圖5總結(jié)經(jīng)過近兩周的資料查找和程序設(shè)計(jì)，我完成了對數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì)。該數(shù)字音樂盒能開機(jī)自動播放，實(shí)現(xiàn)上一曲、下一曲和暫停功能、通過復(fù)位電路使該系統(tǒng)具有復(fù)位功能。本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為執(zhí)行元件，以89c51單片機(jī)為控制核心，以鍵盤為輸入設(shè)備，滿足數(shù)字音樂盒的基本要求。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，我對該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真調(diào)試，運(yùn)行結(jié)果基本令人滿意，它能實(shí)現(xiàn)數(shù)字音樂盒的基本設(shè)計(jì)要求，播出曲目辨識度較好，按鍵反應(yīng)較靈敏，系統(tǒng)穩(wěn)定，具有一定的娛樂性和使用價值。同時，由于設(shè)計(jì)的時間和能力有限，本設(shè)計(jì)還存在一定不合理之處，還具有提升空間。比如按鍵控制因?yàn)闆]有加入去抖功能，按鍵操作控制不太準(zhǔn)確，用一定概率產(chǎn)生誤操作。另外，蜂鳴器雖然結(jié)構(gòu)簡單但音樂的辨識率有限，在調(diào)試過程中出現(xiàn)走音、破音現(xiàn)象。但是總體來說這次課程設(shè)計(jì)我還是收獲頗豐，音樂盒的設(shè)計(jì)本身就是一個具有趣味性的項(xiàng)目，看到一個個代碼變成動聽的樂曲播放是一件很快樂的事情。另外在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，我熟悉了單片機(jī)系統(tǒng)的知識，將課本空乏的定時、中斷知識用到項(xiàng)目中完成實(shí)際功能，另外，原理圖和流程圖繪制讓我熟悉了Altium Designer和visio軟件的操作使用，大大提升了我的動手能力，為以后的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：[1] 張迎新．單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2004[2]偉福LAB6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說明書[3] 閻石．?dāng)?shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）．北京：高等教育出版社，2006[4]夏路易，石宗義。電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程Protel ：北京希望電子出版社，2002[5]康華光。模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）。北京：高等教育出版社，2005附錄附錄一 系統(tǒng)原理圖附錄二 系統(tǒng)調(diào)試附錄三 程序代碼12OUT BIT N EQU 4ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP LAST_SONG ORG 000BH AJMP F_T0 ORG 0013H AJMP NEXT_SONG ORG 001BH AJMP START_PAUSE ORG 0030HMAIN: MOV SP,60H MOV DPTR,TABLE MOV R0,30H MOV R5,00H MOV R6,0 SET_TAB: MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR MOV @R0,A INC R5 INC R0 MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR MOV @R0,A INC R5 INC R0 MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR MOV @R0,A INC R0 INC R5 MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR MOV @R0,A INC R0 INC R5 INC R6 CJNE R6,N,SET_TAB START:MOV TMOD, 61H MOV TH1,0FFH MOV TL1,0FFH SETB ET1 SETB ET0 CLR PT0 SETB PT1 SETB IT0 SETB PX0 SETB IT1 SETB PX1