【正文】 Microchip 公司的 PIC 精簡指令集合 而 （RISC） 也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 HOLTEX 公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其底 價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低 外，還要求其體積要小。 8 四川師范大學(xué)成都學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計 （三）在工業(yè)控制中的應(yīng)用: 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。而產(chǎn)生這種 基本節(jié)拍的電路就是振蕩器和時鐘電路。其封裝形式有兩種：雙列直插封裝(DIP) 形式和方形封裝形式，如圖所示。 89C51 的中斷系統(tǒng)由中斷源、中斷允許控制器 IE、中斷優(yōu)先級控制器 IP、定時器控 制器 TCON(中斷標(biāo)志寄存器)等構(gòu)成， IP、 IE、 TCON 均為 SFR 特殊功能寄存器(見表 )。 （1）并行 I/O 端口: 89C51 有四個 8 位并行 I/O 端口，分別命名為 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口，它們 都是 8 位準(zhǔn)雙向口，每次可以并行輸入或輸出 8 位二進(jìn)制信息。 專用寄存器組主要用來指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址，存放特定的操作數(shù)，指示 指令運行的狀態(tài)等。 控制器主要由程序計數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID 和定時控制邏輯電路等構(gòu) 成。 （二）中央處理器(CPU): CPU 是單片機內(nèi)部的核心部件， 是一個 8 位二進(jìn)制數(shù)的中央處理單元， 主要由運算器、 控制器和寄存器陣列構(gòu)成。 32 四川師范大學(xué)成都學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 附錄 附錄一：程序流程圖 初始化 T1 簡譜碼指針清零 計數(shù)值 TABLE 送 DPTR 簡譜碼送 DPTR 取相應(yīng)計數(shù)值 查表 TABLE1 簡譜碼送 A 高位送 TH1，低位送 TL1 停止計數(shù)器 Y 結(jié)束碼？ N 取低四位（節(jié)拍碼）暫存 R2 按 R2 常數(shù)延時 啟動定時器 1 計數(shù) 取高 4 位（音符碼） N 取反，節(jié)拍時間到？ Y 音符碼為 0？ 重置 T1 計數(shù)值 不發(fā)音 指向下一個簡譜碼 33 四川師范大學(xué)成都學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計 附錄二：硬件電路圖 C1 30pf C2 30pf X1 19 CRYSTAL U1 XTAL1 18 XTAL2 9 RST 29 30 31 PSEN ALE EA LS1 D1 LEDBLUE 1 2 3 4 5 6 7 8 AT89C51 SOUNDER R1 100 圖一 34 四川師范大學(xué)成都學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 圖二 圖三 35 四川師范大學(xué)成都學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 目 錄 前言: …… 1 第 1 章 緒論 …… 2 一、單片機基礎(chǔ)知識介紹 …… 2 （一）89C51 單片機包括:…… 2 （二）中央處理器(CPU): …… 2 1．運算器: …… 2 (1) 算術(shù)邏輯單元(ALU)：…… 3 (2) 累加器(ACC)：…… 3 (3) 暫存寄存器(TMPTMP2)：…… 3 (4) 狀態(tài)寄存器(PSW)：…… 3 2．控制器: …… 3 3．寄存器陣列: …… 3 4．存儲器: …… 4 （1）并行 I/O 端口: …… 4 （2）串行 I/O 端口: …… 4 （三）定時器/計數(shù)器: …… 4 （四）中斷系統(tǒng): …… 5 （五）內(nèi)部總線: …… 5 （六）89C51 單片機引腳及其功能: …… 5 （七）89C51 單片機工作方式: …… 6 1．復(fù)位原理: …… 6 2．常用復(fù)位電路: …… 7 3．89C51 時鐘電路: …… 7 二、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 …… 8 （一）在智能儀器儀表的應(yīng)用: …… 8 （二）在家用電器中的應(yīng)用: …… 8 （三）在工業(yè)控制中的應(yīng)用: …… 9 （四）在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用: …… 9 （五）單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用: …… 9 三、單片機的發(fā)展趨勢 …… 9 （一）微型單片化: …… 9 （二）低功耗 CMOS 化: …… 10 （三）主流與多品種共存: …… 10 四、課題概述 …… 11 第 2 章 系統(tǒng)硬件原理及設(shè)計 …… 11 一、核心器件 AT89C51 介紹 …… 11 （一）主要特性 …… 12 1 四川師范大學(xué)成都學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 （二）管腳說明： …… 13 （三）振蕩器特性： …… 15 （四）芯片擦除： …… 15 二、硬件電路設(shè)計 …… 15 第三章 系統(tǒng)軟件原理及設(shè)計 …… 16 一、單片機產(chǎn)生不同頻率脈沖信號的原理 …… 16 二、音樂軟件的設(shè)計 …… 20 （一）音樂代碼庫的建立方法: …… 20 （二）選曲: …… 21 （三）歌曲的設(shè)計: …… 21 第 4 章 調(diào)試與仿真 …… 28 一、KEIL C51 單片機軟件開發(fā)系統(tǒng) …… 28 （一）系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu): …… 28 （二）采用 KEIL 開發(fā)的 89C51 單片機應(yīng)用程序步驟： …… 28 二、 PROTEUS 的操作 …… 29 （一）硬件電路圖的接法操作: …… 29 （二）單片機系統(tǒng) PROTEUS 設(shè)計與仿真過程: …… 29 第 5 章 結(jié)論 …… 30 附錄 …… 33 附錄一：程序流程圖 …… 33 附錄二：硬件電路圖 …… 34 2 1本文由yuwenyi999貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理 論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 29 四川師范大學(xué)成都學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 第 5 章 結(jié)論 AT89C51 芯片有多組引腳，可實現(xiàn)多種拓展功能，由于知識，能力，時間，條件所 限，我只實現(xiàn)了播放自編歌曲的功能，其實，還可以同時拓展 LED 點陣屏幕，按鍵選歌， 以及多組燈光閃亮等功能，換用更高檔的芯片后，甚至可以實現(xiàn) MP3 的豐富功能，在補 充了相應(yīng)知識后我將嘗試實現(xiàn)更多的功能。全部過程都是在計算機上通過 Proteus 來完成的。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起 經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。指向下一個簡譜碼 STOP: CLR LJMP TIME1:PUSH PUSH CPL MOV MOV POP POP RETI DELAY:MOV DELA1:MOV R7,02H R6,125 。暫存高位字節(jié) 24 四川師范大學(xué)成都學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計 MOV MOV INC MOVC MOV MOV SETB DEL: 21H,A A,R3 A A,A+DPTR TL1,A 20H,A TR1 。取到的簡譜碼不是結(jié)束碼，傳 PLAY 取節(jié)拍碼 。曲譜如 下圖所示: 21 四川師范大學(xué)成都學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 圖1 圖2 22 四川師范大學(xué)成都學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計 從兩首歌中可看出，最低音為低 7Si，最高音為高 1Do。這種唱法稱為移調(diào)。 T=65536N=65536Fi/2/Fr=655361000000/2/Fr=65536500000/Fr 低音 DO 的 T=65536500000/262=63627 中音 DO 的 T=65536500000/523=64580 高音 DO 的 T=65536500000/1047=65059 ★.C 調(diào)個音符頻率與計數(shù)值 T 的對照表如下表所示： 音 符 低 1DO 1DO 低 2RE 2RE 低 3M 低 4FA 4FA 低 5SO 5SO 低 6LA 6 低 7SI 中 1DO 頻率（Hz） 簡譜碼（T 值） 音 符 262 277 294 311 330 349 370 392 415 440 466 494 523 63628 63731 63835 63928 64103 64103 64260 64260 64331 64400 64463 64524 64580 4FA 中 5SO 5SO 中 6LA 6 中 7SI 高 1DO 1DO 高 2RE 2RE 高 3M 高 4FA 4FA 頻率（Hz） 簡譜碼（T 值） 740 784 831 880 932 988 1046 1109 1175 1245 1318 1397 1480 64860 64898 64923 64968 64994 65030 65058 65085 65110 65124 65157 65178 65198 表 1 C 調(diào)各音符頻率與計數(shù)值 T 的對照表 17 四川師范大學(xué)成都學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計 ★.每個音符使用 1 個字節(jié)，字節(jié)的高 4 位代表音符的高低，低 4 位代表音符的節(jié) 拍，下表為節(jié)拍碼的對照。 二、硬件電路設(shè)計 電路主要由 AT89C51 芯片，LED 發(fā)光二極管，喇叭，晶振電路組成，由引腳輸出定 時器產(chǎn)生的各種固定頻率的方波信號，然后由喇叭產(chǎn)生各種頻率的聲音。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。 /EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管 是否有內(nèi)部程序存儲器。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。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。 P2 口：P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 GND：接地。在此基礎(chǔ)上，可以添加按鍵，LED 顯示屏等模 塊，實現(xiàn)切換歌曲，歌名顯示，動感音樂屏等功能。 九十年代以后， 單片機在結(jié)構(gòu)上采用雙 CPU 或內(nèi)部流水線， CPU 位數(shù)有 8 位、 位、 16 32 位，時鐘頻率高達(dá) 20MHZ，片內(nèi)帶有 PWM 輸出、監(jiān)視定時器 WDT、可編程計數(shù)器陣列 PCA、DMA 傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。 （即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝） 和 CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝） 。 （五）單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用: 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀， 超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 當(dāng)在放大器兩個引腳上外接 一個晶體(或陶瓷振蕩器)和電容組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件時，便構(gòu)成一個自激 振蕩器，如下圖所示。 1．復(fù)位原理: 89C51 單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)，信號由 RESET(RST)引腳輸入，高電平有效， 在振蕩器工作時，只要保持 RST 引腳高電平兩個機器周期，單片機即復(fù)位。單 片機內(nèi)的 CPU、存儲器、I/O 接口等單元部件都是通過總線連接到一起的。TH0、TL0、THTL1 都是 SFR 中的特殊 功能寄存器。這種結(jié)構(gòu)的單片機稱 為哈佛型結(jié)構(gòu)單片機。指令寄存器 IR 用 于存放 CPU 根據(jù) PC 地址從 ROM 中讀出的指令操作碼。 2 四川師范大學(xué)成都學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 (1) 算術(shù)邏輯單元(ALU)： 89C51 中的 ALU 由加法器和一個布爾處理器組成。根據(jù)要求設(shè)計一款音樂播放器，能實現(xiàn)音樂播放的簡單 功能，同時為了美化，添加了韻律閃爍彩燈，設(shè)計時采用Keil軟件編程，用protues軟 件仿真，核心器件采用靈活性高且價格低廉的AT89C51芯片。設(shè)計完成后系統(tǒng)可播放自 編歌曲，同時發(fā)光二極管隨著歌曲韻律閃爍。 (2) 累加器(ACC)： 用來存放參與算術(shù)運算和邏輯運算的一個操作數(shù)或運算的結(jié)果。指令譯碼器 ID 是用于分析指令操 作的部件，指令操作碼經(jīng)譯碼后產(chǎn)生相應(yīng)于某一特定操作的信號。 程序存儲器是可讀不可寫的，用于存放編好的程序和表格常數(shù)。 T0 和 T1 在 TCON 和 TMOD 的控制下可工作在定時器模式或計數(shù)器模式下，每種模式 下又有不同的工作方式。采用總線結(jié) 構(gòu)可以減少信息傳輸線的根數(shù)，提高系統(tǒng)可靠性，增強系統(tǒng)靈活性。復(fù)位后，PC 程序計數(shù)器的內(nèi)容為 0000H，其他特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)如表 所示。 V CC PD 內(nèi)內(nèi)內(nèi)內(nèi) 電電 R1 GND XTAL1 Rf XTAL2 C1 C2 石石石石石 陶陶陶陶陶 (外內(nèi)) 圖 4 內(nèi)部振蕩器等效電路圖 二、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 （一）在智能儀器儀表的應(yīng)用: 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點， 廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、 溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。 此外，單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。CMOS 雖然功耗低，但由于其物理特征 決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于 要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使