【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)變量加一或減一，檢測到暫停被按下時(shí)，等 待按鍵再一次按下后，繼續(xù)播放，方案中歌曲的循環(huán)模式為列表循環(huán) 方案二 （ 1） 硬件設(shè)計(jì) 電路以 AT89C51 為主控制器， 74LS373 和 27512 進(jìn)行外部程序存儲(chǔ)器 的擴(kuò)展，采用利用 4X4 組成的 16 個(gè)按鈕矩陣鍵盤 來實(shí)現(xiàn)對播放的控制，其中包括下一曲 、上一曲、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(hào)由 P3． 0 口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲 ，如圖 22 所示 。 揚(yáng)聲電路 數(shù)碼管 晶振 電路 更換歌曲電路 AT89C51單片機(jī) 復(fù)位電路 存儲(chǔ)器 擴(kuò)展電路 圖 21 方案一框架圖 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 （ 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(chǔ)存鍵值，根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)至響應(yīng)的標(biāo)號(hào)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) 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(hào)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(hào)由 P3． 0 口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲 ，如圖 23 所示 。 4*4矩陣鍵盤 揚(yáng)聲器電路 圖 22 方案二 框架圖 復(fù)位電路 數(shù)碼管 晶振電路 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 AT89C51 單片機(jī) 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （ 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(chǔ)存鍵值，跳轉(zhuǎn)至響應(yīng)的標(biāo)號(hào)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 AT89C51 單片機(jī) 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 晶振電路 存儲(chǔ)器擴(kuò) 展電路 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 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 。 本設(shè)計(jì)利用 KEIL 編程軟件對音樂 盒程 序進(jìn)行編程與調(diào)試，配合 PROTEUS 仿真軟件對硬件進(jìn)行仿真調(diào)試，兩種軟件的簡介如下： PROTEUS 軟件簡介 Proteus 軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 （該軟件 中國 總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 KEIL 軟件簡介 Keil C51 是 美國 Keil Software 公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， 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，因而易學(xué)易用。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器 、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。如果你使用 C語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 3 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、 27512 外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展、 LM016L液晶顯示屏。 硬件電路中用 ~ 控制按鍵，其中 ~ 掃描行， ~掃描列 ， 用， ~ 作為 LCD 的 RS,R/W,E 的控制信號(hào)。用 ~ 作為 LCD的 D0~D7 的控制信號(hào)。 用 口控制蜂鳴器 ， 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(hào) 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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)鍵值 。并自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)曲號(hào)的標(biāo)號(hào)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(chǔ)器存滿后，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到片外 256K 程序存儲(chǔ)器繼續(xù)存儲(chǔ) 。 AT89C51 的簡介 AT89C51 功能概述 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，武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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(chǔ)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(jí)。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(jí)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(chǔ)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。 AT89C51 的管腳圖 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(hào)如圖 23 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；E A / V X T A L 1X T A L 2R S T / V RDWRI N T 0I N T 1T0T1P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P S E NA L E / P R O GT X DR X DPPPD803180518751E A / V X T A L 1X T A L 2R S T / V P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P S E NA L E / P R O GP P V s sV c c1234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940PDPP803180518751a) b) 圖 31 AT89C51 芯片引腳圖 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 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）輸入 /輸出口線 A． 0p 口 8 位雙向口線 B． 1p 口 8 位雙向口線 C． 2p 口 8 位雙向口線 D． 3p 口 8 位雙向口線 （ 2） ALE 地址鎖存控制信號(hào) 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 0p 口輸出的底 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。 （ 3） PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 在讀外部 ROM 時(shí) PSEN 有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 （ 4） E