【文章內(nèi)容簡介】 暫停按鈕（分別為C、D、E鍵），當(dāng)按下1~A其中的一個(gè)時(shí)，跳到相應(yīng)的曲譜進(jìn)行演奏，顯示電路采用六個(gè)共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示，晶振采用12MHz，音樂信號由P3．0口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲，如圖22所示。（2）軟件設(shè)計(jì)程序中音選取的是C調(diào)三個(gè)8度內(nèi)的音符，共24個(gè)音階。每個(gè)音符對應(yīng)頻率由定時(shí)器T0產(chǎn)生。為了程序調(diào)用方便，演奏時(shí)時(shí)每個(gè)音符都對應(yīng)一個(gè)編碼，占用一個(gè)字節(jié)。在程序中以查表的方式加載計(jì)數(shù)初值,為了編碼簡單，一般節(jié)拍高半字節(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，為了及時(shí)響應(yīng)鍵盤操作，程序的編寫以鍵盤掃描為主線編寫（即主程序循環(huán)掃描按鍵，在按鍵模塊中調(diào)用其他功能模塊）,按鍵每按下一次，按鍵掃描模塊計(jì)算出鍵值，并儲存鍵值，根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)至響應(yīng)的標(biāo)號執(zhí)行程序，播放相應(yīng)的歌曲，歌曲循環(huán)模式為單曲循環(huán)，其他功能的實(shí)現(xiàn)與方案一類同。 方案三（1）硬件設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)晶振電路4*4矩陣鍵盤揚(yáng)聲器電路圖23方案三框架圖復(fù)位電路液晶顯示屏存儲器擴(kuò)展電路電路以AT89C51為主控制器，采用利用4X4組成的16個(gè)按鈕矩陣鍵盤來上實(shí)現(xiàn)對播放的控制，其中C、D、E分別為功能鍵上一曲、下一曲以及暫停。F鍵為開機(jī)畫面顯示，1~A號按鍵中每按一個(gè)鍵，跳到相應(yīng)的曲譜進(jìn)行演奏，顯示電路采用液晶顯示器LM016L進(jìn)行顯示，晶振采用12MHz，音樂信號由P3．0口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲，如圖23所示。（2）軟件設(shè)計(jì)程序中音選取的是C調(diào)一個(gè)8度內(nèi)的音符，共7個(gè)音階。根據(jù)十二平均律，（即將八度定義為1200音分，其中全因音符占200音分，半音占100音分，共十二個(gè)半音）每個(gè)音符對應(yīng)頻率由定時(shí)器T0產(chǎn)生。為了程序調(diào)用方便，將十二個(gè)半音的定時(shí)器初值放于表中，演奏時(shí)無需計(jì)算定時(shí)器初值，在程序中以查表的方式加載計(jì)數(shù)初值,每個(gè)音符都對應(yīng)一個(gè)編碼，占用一個(gè)字節(jié)。由于人耳的分辨力有限，為了編程簡單，曲譜中的節(jié)拍碼用延時(shí)來代替，每個(gè)音符發(fā)音30MS。由于采用的是矩陣式鍵盤，為了及時(shí)響應(yīng)按鍵，程序的編寫以鍵盤掃描為主線編寫（即主程序循環(huán)掃描按鍵，在按鍵模塊中調(diào)用其他功能模塊）。按鍵每按下一次，按鍵掃描模塊計(jì)算出鍵值，并儲存鍵值，跳轉(zhuǎn)至響應(yīng)的標(biāo)號執(zhí)行程序，并調(diào)用液晶顯示子程序，將鍵值在液晶顯示器制定位置顯示，如果檢測到F鍵被按下，調(diào)用液晶顯示模塊，顯英文字符歡迎，以及作者信息，本程序中，由于音符的長度是固定的30MS，T1用于更新剩余時(shí)間。剩余時(shí)間的顯示同上。 方案比較從以上三種方案，方案一采用的是獨(dú)立式按鍵，按鍵太少，不能實(shí)現(xiàn)歌曲的快速選擇，幾乎沒有拓展功能的可能，而方案二雖然采用的是矩陣式鍵盤，無論從擴(kuò)展功能上將還是快速選擇都優(yōu)于方案一，但數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，編程以及困難，占用CPU時(shí)序太多，方案三顯然不存在方案一、方案二的缺點(diǎn)，使用了液晶顯示屏，編程簡單，顯示穩(wěn)定，占用CPU時(shí)序少，并且可以實(shí)現(xiàn)許多方案一、方案二無法實(shí)現(xiàn)的功能，無論是矩陣式鍵盤，還是液晶顯示器，都有許多可擴(kuò)展的功能，并且在播放音樂時(shí)簡單實(shí)用，在使用上及其功能的實(shí)現(xiàn)上都優(yōu)于前兩種方案。更重要的是液晶顯示器是當(dāng)今電子設(shè)計(jì)的主流，通過這次設(shè)計(jì)，我能夠?qū)W習(xí)到許多東西。通過方案對比，最終選擇方案三，音樂發(fā)生器電路原理圖見附錄所示。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 硬件設(shè)計(jì) 電路組成及工作原理 電路組成音樂發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)方框圖如上圖方案三所示，電路原理圖見附錄1所示，主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、行列式鍵盤、液晶顯示屏、內(nèi)存外部擴(kuò)充電路、復(fù)位電路等組成。單片機(jī)AT89C51是本系統(tǒng)的核心，它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。在其外圍接上：復(fù)位電路、數(shù)碼管、按鈕及揚(yáng)聲器。元件為：晶振X電容、電阻、揚(yáng)聲器、4*4行列式鍵盤、74LS373鎖存器、27C512外部程序存儲器擴(kuò)展、LM016L液晶顯示屏。~，~，~，用，~,R/W,E的控制信號。~~D7的控制信號。，電路為12MHZ晶振頻率工作，起振電路中C1,C2均為30pf。將P0口作為74LS373鎖存器的輸入以及27C512的數(shù)據(jù)輸入口，鎖存器輸出至27C512的低八位地址口，將P2口作為27C512高八位地址口，27C512的控制信號OE/VPP接至單片機(jī)的PSEN，實(shí)現(xiàn)片外ROM的讀寫控制。 電路工作原理 本音樂發(fā)生器是用單片機(jī)來設(shè)計(jì)制作完成，其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件編程來完成， AT89C51單片機(jī)片內(nèi)帶有4KB和外部程序存儲器擴(kuò)展的256K的內(nèi)存，并且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。該音樂發(fā)生器的效率較高，其誤差主要由晶振自身的誤差所造成。存儲歌曲是采用的外部擴(kuò)展，4*4行列式鍵盤來實(shí)現(xiàn)的，按鍵將單片機(jī)I/0 口的電平拉低，單片機(jī)檢測到I/O口電平為0時(shí)，判斷并存儲鍵值。并自動跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)曲號的標(biāo)號處執(zhí)行代碼。顯示采用的是液晶顯示屏LM016L，顯示穩(wěn)定清晰，并且能顯示多個(gè)信息，當(dāng)片內(nèi)4K的程序存儲器存滿后，自動跳轉(zhuǎn)到片外256K程序存儲器繼續(xù)存儲。 AT89C51的簡介 AT89C51功能概述AT89C51的性能特點(diǎn)：根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式和所采用的半導(dǎo)體工藝，單片機(jī)具有以下主要特點(diǎn)：（1）性價(jià)比高。（2）集成度高、體積小、可靠性高。由于單片機(jī)將各個(gè)功能部件集成在一塊芯片上，且內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各個(gè)芯片之間的連線，從而大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。（3）控制功能強(qiáng)。單片機(jī)中的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O接口的邏輯操作及位處理功能。（4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 （5）外部總線增加了串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。（6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，易于構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。（7）單片機(jī)體積小、可靠性高，具有面向嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，同時(shí)又有多種型號供用戶選擇，可以說，單片機(jī)是最典型和應(yīng)用最廣泛的嵌入式系統(tǒng)。自從1971年微型計(jì)算機(jī)問世以來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)正向兩個(gè)主要方向發(fā)展：一是高速度、高性能、大容量的高檔微型機(jī)及其系列化向大、中型計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)；另一個(gè)是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種控制領(lǐng)域需要的單片機(jī)。MCS—51系列是Intel公司在1980年推出的高檔8位單片機(jī)，具有性能價(jià)格比高、品種多、兼容性強(qiáng)、開發(fā)用的仿真機(jī)較完善等優(yōu)點(diǎn)，所以在國際上和國內(nèi)的占有率相當(dāng)高。它擁有8位微處理器和控制器，內(nèi)含一個(gè)一位布爾運(yùn)算處理器，可直接對數(shù)據(jù)的位進(jìn)行操作和運(yùn)算，特別適用于邏輯控制。內(nèi)部含有4KB的程序ROM并且在外部擴(kuò)展了256K的存儲空間，2個(gè)16位的計(jì)數(shù)/定時(shí)器。本次采用的是AT89C51單片機(jī)，其電路如31所示，它的中斷功能比較強(qiáng)，有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)器中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)，有2個(gè)中斷優(yōu)先級。中斷控制電路主要包括用于中斷控制的四個(gè)寄存器：定時(shí)器控制寄存器TCON，串行口控制寄存器SCON，中斷允許控制寄存器IE，中斷優(yōu)先級控制寄存器IP等。內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，全雙工方式的串行接口（UART），兩極中斷優(yōu)先權(quán)的6個(gè)中斷源/5個(gè)中斷矢量的中斷邏輯。哈佛結(jié)構(gòu)的存儲器組織，支持高達(dá)64K為單周期指令，支持六種尋址方式。最高時(shí)鐘振蕩頻率可達(dá)12MHZ，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1181。s，乘、除指令為4181。s。功能特性：與MCS51 兼容4K字節(jié)可編程FLASH存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24MHz三級程序存儲器鎖定1288位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)基本組成：（1）一個(gè)8位的微處理器；（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM為128B，有21個(gè)特殊功能寄存器（SFR）；（3）片內(nèi)程序存儲器Flash ROM，可循制片外的RAM；（4）4個(gè)8位并行I/O接口（P0~P3）；一個(gè)全雙工通用異步串行接口UART；（5）可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編制的64KB的ROM，可尋址片外64KB的RAM；（6）兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（7）5個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)；（8）具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能；（9）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如下圖31：圖31 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51的管腳圖a) b)圖32 AT89C51芯片引腳圖MCS51系列單片機(jī)采用40引腳雙列直插式封裝（DIP），其引腳排列和邏輯符號如圖32所示，4個(gè)并行口共有32根引腳，可分別作地址線、數(shù)據(jù)線和I/O線；2根電源線；2根時(shí)鐘振蕩電路引腳和4根控制線。 AT89C51單片機(jī)的引腳介紹AT89C51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有許多引腳具有第二功能，各引腳功能說明如下：（1）電源引腳：Vcc和Vss Vcc（40腳）：電源端，正常運(yùn)行時(shí)接+5V電源。 Vss（20腳）：接地端，正常運(yùn)行時(shí)接地（+5V電源接地端）。（2）外接晶體引腳：XTAL1和XTAL289C51內(nèi)部有一個(gè)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，完成時(shí)序信號的產(chǎn)生。XTAL1（19腳）是單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路反相放大器的輸出端。當(dāng)采用內(nèi)部方式時(shí)鐘電路是，需要在片外鏈接石英晶體，XTAL1（19腳）和XTAL2(18腳)用來連接外部的石英晶體和微調(diào)電容，產(chǎn)生原始的振蕩脈沖信號。石英晶體的固有頻率就是單片機(jī)的振蕩頻率。當(dāng)采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，XTAL1（19腳）用來輸入外部時(shí)鐘脈沖信號，XTAL2（18腳）懸空。（3）控制信號引腳：RST、ALE、PSEN、EN（有上劃線）① RST（9腳）：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端上保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間的高電平時(shí)，就可以使單片機(jī)復(fù)位。89C51單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期相當(dāng)于24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期。復(fù)位操作使CPU及系統(tǒng)各部分進(jìn)入初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。② ALE（30）腳：此引腳又寫做ALE/PROG，地址鎖存允許信號輸出端/編程脈沖輸入端，它有兩個(gè)功能。當(dāng)89C51加電正常工作后，ALE引腳連續(xù)地輸出正脈沖信號，其頻率為振蕩器頻率的1/6，可以利用它作為對外輸出的時(shí)鐘或定時(shí)信號。另外，當(dāng)89C51訪問片外的存儲器時(shí)，89C51輸出地址總線信號16位，數(shù)據(jù)總線8位。其中，低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線8位是P0口分時(shí)復(fù)用的，ALE輸出信號作為鎖存P0口低8位地址的控制信號。這個(gè)引腳有第二功能，PROG在對89C51片內(nèi)帶有的4KB容量的Flash ROM編程寫入時(shí)，作為編程脈沖輸入端。這個(gè)操作又稱為程序的固化。③ PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通輸出信號，低電平有效。89C51片外可以擴(kuò)展程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM，當(dāng)89C51訪問片外ROM時(shí)，即從外部程序存儲器讀取指令（或常熟）時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期中，輸出兩個(gè)有效的PSEN信號。這個(gè)信號常用外部ROM的讀選通信號，連接到ROM芯片的輸出允許端（OE）。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器RAM時(shí)，這個(gè)信號不出現(xiàn)，為高電平。④ EA（31腳）：此引腳又寫做EA/Vpp，外部程序存儲器地址使能輸入端/固化編程電壓輸入端。它有兩個(gè)功能。第一個(gè)功能是作為外部程序存儲器地址使能輸入端EA。89C51具有片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲器空間，包括片內(nèi)有4KB的Flash ROM，片外還可以擴(kuò)展到64KB程序存儲器。在實(shí)際應(yīng)作用中有兩種使用方法。如果將EA引腳接高電平（“1”），如接電源的Vcc端，CPU首先訪問片內(nèi)4KB的ROM，執(zhí)行其中的指令，這4KB ROM的地址范圍為0000H0FFH，當(dāng)PC（程序計(jì)數(shù)器）的值超過0FFH時(shí)，CPU將自動到外部程序存儲器中取指令，外部程序存儲器的地址范圍為100HFFFFH。如果將EA引腳接低電平（“1”），如接地端，CPU只訪問外部程序存儲器，并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令。此時(shí)不管片內(nèi)是否有程序存儲器，片外程序存儲器的地址從0000H開始，最大到FFFH，有64KB的存儲空間。該引腳的第二功能Vpp為固化編程的電壓輸入端。在對片內(nèi)4KB的Flash ROM編程（程序固化）時(shí)，在此引腳施加編程需要的電源電壓，如選用+12V的編程電壓。（4）輸入/輸出端口引腳P0、PPP389C51有4個(gè)8位的并行的并行輸入/輸出端口，共有32個(gè)引腳，它們可以作為通用的輸入/輸出端口，除此之外，P0、P2和P3端口又有各自的第二功能。單片機(jī)由于引腳的數(shù)目有限，但是功能又越來越強(qiáng)，需要的信號線數(shù)目多，為此，通常采用給一些引腳賦予雙重功能的方法，對有些引腳在不同的的應(yīng)用環(huán)境下提供第二功能。這樣提升了單片機(jī)的性能，又大大減少了引腳數(shù)目，這種技術(shù)在單片機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。① 通用輸入/輸出端口P0端口（，第3932腳）：P0端口作為通用輸入/輸出端口使用，是一個(gè)漏極開路的準(zhǔn)雙向I/O接口?？梢宰鳛檩斎耄褂脮r(shí)要先對鎖存器寫“1”，這是準(zhǔn)雙向口的要求；也可以作為輸出，輸出時(shí)每位能驅(qū)動8個(gè)74LS類型的TTL負(fù)載?？梢詫0端口8位并行輸入/輸出，也可以對其中的每一位進(jìn)行I/O操作。P1端口（，第18腳）：P1端口作為通用輸入/輸出端口使用，是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O接口?？梢宰鳛檩斎?，但使用時(shí)也要先對鎖存器寫“1”，這是準(zhǔn)雙向口的要求；也可以作為輸出，輸出時(shí)每位能驅(qū)動4個(gè)74LS類型的TTL負(fù)載。P1端口可以8為并行輸入/輸出，也可以對其中的每一位進(jìn)行I/O操作。P2端口（，第2128腳）：P2端口作為通用輸入/輸出端口使用，是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O接口?？梢宰鳛檩斎耄褂脮r(shí)也要先對鎖存器寫“1”，這是準(zhǔn)雙向口的要求；也可以作為輸出，輸出時(shí)每位能驅(qū)動4個(gè)74LS類型的TTL負(fù)載。P2端口可以8為并行輸入/輸出，也可以對其中的每一位進(jìn)行I/O操作。P3端口（，第1017腳）：P3端口作為通用