【正文】 .......................................................................... 46 附錄 C 程序 ........................................................................................................................... 50 附錄 D 原理圖 ...................................................................................................................... 59 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 現(xiàn)如今，單片機(jī)控制音樂播放的例子不勝枚舉，音樂演奏系統(tǒng)也廣泛的應(yīng)用，而利用單片機(jī)存儲(chǔ)音樂，控制播放最為廣泛。這樣就 更大的提高 了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，迅速地提高了電子 音樂 的普及率。從此，首先在歐美地區(qū)，電子音樂演奏作為新型的樂器被音樂家特別是流行音樂家所采用并快速的流行起來。 近年來，電子音樂越來越受到人們的關(guān)注， 它有功能多﹑價(jià)格優(yōu)﹑外圍電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，很受音樂愛好者及音樂芯片制造商的青睞。 當(dāng)實(shí) 現(xiàn)樂曲演奏時(shí) ， 端子的信號(hào)為高電平，采用 4x4 矩陣鍵盤作為發(fā)生器的輸入設(shè)備。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 2 設(shè)計(jì)概述 主要器件的概述 本次設(shè)計(jì)的核心是 STC89C52 芯片，本論文涉 及了有關(guān) STC89C52 的所有功能，并針對(duì)設(shè)計(jì)中所用到的 STC89C52 進(jìn)行拓展。 LM386 是音頻功放電路的核心。 硬件思想，它的基礎(chǔ)是選題思想，根據(jù)題目，硬件也就要配合著來選擇。 程序編寫階段，在 程序中分了兩個(gè)大程序塊： 主程序段。 以上是大致的劃分，在程序中還有許多子程序塊，來具體的執(zhí)行這些，例如最基本的鍵盤掃描，數(shù)碼管數(shù)據(jù)發(fā)送等等。 當(dāng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播放音樂時(shí)，將 端子的電壓拉成低電平，用矩陣鍵盤的按鍵去控制所選取的歌曲，可以由 LED 數(shù)碼管顯示所選取歌曲的序號(hào) 通過按鍵開關(guān)來實(shí)現(xiàn) 的高低電平變換。有效的減少了單片機(jī)輸入 /輸出端口的占用。晶振采用 12MHz，音樂信號(hào)由 口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲。在程序中以查表的方式加載計(jì)數(shù)初值。為了編碼簡(jiǎn)單，一般節(jié)拍碼高半字節(jié)表示整拍，低半字節(jié)表示分?jǐn)?shù)，只要基本延時(shí)設(shè)定恰當(dāng)即可 并且在按開始按鈕后，可以播放歌曲。 程序中根 據(jù) 每個(gè)音符對(duì)應(yīng)頻率由定時(shí)器 T0 產(chǎn)生。它采用超大規(guī)模技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理 能力的微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器（含程序存儲(chǔ)器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM）、輸入、輸出接口電路 (I/O接口 )集成在同一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)即小巧又很完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，在單片機(jī)程序的控制下能準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。 單片機(jī)的應(yīng)用屬于芯片級(jí)應(yīng)用，需要用戶（單片機(jī)學(xué)習(xí)者與使用者）了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，從而使該芯片具備特定的功能。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件 (包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源 )及硬件資源。 單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī)由于這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中承擔(dān)了大中型計(jì)算機(jī)和通用微型計(jì)算機(jī)無法完成的一些工作。此階段主要特征是：一方面不斷完善高檔 8 位單片機(jī)，改善其性能、結(jié)構(gòu)，另一方面發(fā)展16 位單片機(jī)及專用單片機(jī)。該器件采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。8K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 32 可編程 I/O 線 低功耗的閑置和掉電模式 當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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 門電沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 流。 RST：復(fù)位輸入。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。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。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。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編 程電源（ VPP）。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 引腳電路連接及說明 ～ 為 I/O 口的 P2 口：內(nèi)部帶有弱上拉的雙向 I/O 口，作為輸入引腳使用前，先向 P2 口鎖存器寫入 1，使 P2 口引腳被上拉為高電平 RESET 為復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。 X X2 的功能特性，其中 X1 接 CPU內(nèi)部時(shí)鐘電路。該設(shè)計(jì)中我所設(shè)計(jì)的晶振頻率為 ， C C2 都為 22PF。P0 口作為輸入口時(shí)，與 P1 口類似，也必須先執(zhí)行寫端口指令。 2） 在 RESET 位即引腳 9 接有一個(gè)按鍵，并接有一個(gè) 的電容與一個(gè) 10 千歐 的電阻串聯(lián)，構(gòu)成了復(fù)位按鍵。 其他的公司的 51 單片機(jī)產(chǎn)品都是和 MCS51 內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。 89S51 在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)， 89S51 采用 新工藝，成本降低 ,而且將功能提升 ,增加了競(jìng)爭(zhēng)力。 STC 可 ISP 在線編程 STC89C52 多一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器 T2 本次設(shè)計(jì)采用的是 STC89C52 單片機(jī)?？刂齐娐分灰砷_關(guān)和按鍵組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進(jìn)行操作。包括電源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，三者缺一不可。 各部分的作用： STC89C52 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 音頻電路（發(fā)聲） 控制電路（鍵盤） 顯示電路 電源電路 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 DC 接口接直流電源，電壓 5伏 電解電容 C2：濾除高頻及脈沖干擾。本設(shè)計(jì)選用的是內(nèi)部振蕩方式。內(nèi)部振蕩 方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路使用較 多 。因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)。 常用的是上電且開關(guān)操作，如圖 所示。 圖 單片機(jī)的復(fù)位電路 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 音頻功放電路設(shè)計(jì) 在一定頻率范圍內(nèi)，具有一定頻率的振動(dòng)就能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音符，但因?yàn)閱纹瑱C(jī)沒有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，這就需要音頻功率放大電路。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容 ,便可將電壓增益調(diào)為任意值 ,直至 200。 LM386 引腳圖 LM386 引腳圖，如圖 所示。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 12348765增益設(shè)定反相輸入正向輸入地 GND增益設(shè)定旁路+ 電源Vout 輸出 LM386引腳圖 LM386 內(nèi)部結(jié)構(gòu) LM386 內(nèi)部電路原理圖如圖 所示。 第二級(jí)為共射放大電路， T7 為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。因 LM386 具有低功耗、高增益的特點(diǎn)， 適合 單片機(jī)低功耗輸出，所以加裝 LM386 音頻信號(hào)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。矩陣式鍵由行沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 線和列線構(gòu)成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上，目前 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)中使用的鍵盤按功能不同 一般 可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種基本類型。但由于硬件電路較復(fù)雜，因而價(jià)格較貴。其結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示。 第一步：進(jìn)行鍵盤掃描。先將第一行置 0 其他三行置 1，所有列置 1，如果有列被拉為 0，假設(shè)為第 N 列，則確定為第一行第 N 列的按鍵被按下。對(duì)于矩陣式 鍵盤，按鍵的位置由行線和列線 交叉點(diǎn) 唯一確定，因此可對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高 4 位是行號(hào)，低 4 位是列號(hào)。編碼 相互轉(zhuǎn)換可通過計(jì)算的方法實(shí)現(xiàn)。所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開抖動(dòng)狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無誤。行掃描法的基本思想是 ，由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來確定閉合鍵，為此，需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè)，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。74HC595 是具有 8 位 移位寄存器 和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（ Ds），和一個(gè)串行輸出（ Q7’） ,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 OE 時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的 數(shù)據(jù)輸出到總線。 特點(diǎn)及輸出能力 （ 1） 特點(diǎn) ： 8 位串行輸入 /8 位串行或并行輸出 存儲(chǔ)狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài) 輸出寄存器（三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成不同的數(shù)字樣了。 agdefbcdpa7b6c4d2e1f9GND3GND8g10dp5 圖 LED7段數(shù)碼管 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和工作原理： led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出 字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 為了節(jié)省 I/O 接口，本設(shè)計(jì)加入了 2 個(gè) 74HC595 移位寄存器，如圖 一個(gè)是控制位選一個(gè)是控制段選。如圖 所示 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 74HC595 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境 keil uvision 介紹 Keil uvision 是 德國(guó) Keil Software 公司生產(chǎn)的 51 系列兼容 單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) C 語言 的語法來開發(fā)，和 匯編 語言 相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而容易掌握 ,而且很大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期，它還能嵌入?yún)R編，也可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。 uvision IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì) [9]。程序設(shè)計(jì)如下： 根據(jù)不同的音調(diào)頻率設(shè)置不同的 T0 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的次數(shù) //以下是 C 調(diào) 低音的音頻宏定義 define L1 262 //將 “l(fā)_dao”宏定義為低音 “1”的頻率 262Hz define L2 286 //將 “l(fā)_re”宏定義為低音 “2”的頻率 286Hz define L3 311 //將 “l(fā)_mi”宏定義為低音 “3”的頻率 311Hz define L4 349 //將 “l(fā)_fa”宏定義為低音 “4”的頻率 349Hz define L5 392 //將 “l(fā)_sao”宏定義為低音 “5”的頻率 392Hz define L6 440 //將 “l(fā)_a”宏定義為低音 “6”的頻率 440Hz define L7 494 //將 “l(fā)_xi”宏定義為低音 “7”的頻率 494Hz //以下是 C 調(diào)中音的音頻宏定義 define M1 523 //將 “dao”宏定義為中音 “1”的頻率 523Hz define M2 587 //將 “re”宏定義為中音 “2”的頻率 587Hz define M3 659 //將 “mi”宏定義為中音 “3”的頻率 659Hz define M4 698 //將 “fa”宏定義 為中音 “4”的頻率 698Hz define M5 784 //將 “sao”宏定義為中音 “5”的頻率 784Hz define M6 880 //將 “l(fā)a”宏定義為中音 “6”的頻率 880Hz define M7 987 //將 “xi”宏定