【正文】 判 斷 按 鍵播 放 相 應(yīng) 的歌 曲P 3 . 0 = 0有無返回P 3 . 0 = 1順 序 播 放音 樂 流 水 燈 程 序中 斷 圖 43 音樂流水燈程序流程圖 音樂流水燈程序 本設(shè)計(jì)中音樂的播放同時(shí)和流水燈的亮滅是通過單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)定時(shí)器 T0 和T1 產(chǎn)生的中斷來控制，其中定時(shí)器 T0 的優(yōu)先級(jí)定義為第一優(yōu)先級(jí)， T1 定義為第二優(yōu)先級(jí)。延時(shí) DJNZ R3,LOOP 。左移一位 MOV P1,A 。延時(shí) MOV R3,＃ 07H 。送數(shù)據(jù)初值 MOV P1,A MOV A,＃ FEH。詳細(xì)程序見附錄三。演奏音樂 2 JMP CON 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì)與分析 16 流水燈設(shè)計(jì) 流水燈程序流程圖 開 始點(diǎn) 亮 所 有 L E D 燈L E D 燈 順 序 點(diǎn) 亮延 遲返回主程序 圖 42 流水燈程序流程圖 流水燈程序 本設(shè)計(jì)的流水燈是通過利用單片機(jī)的 P1 口控制的，當(dāng) P1 口處于高電平時(shí) LED燈會(huì)亮，當(dāng) P1 口處于低電平是 LED 燈熄滅。從音樂 1 開始演奏 JMP CON YY1: MOV A,P3 。由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂 4 JNB ,YY5。由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂 2 JNB ,YY3。 為起始信號(hào) 片選信號(hào) START0:MOV 30H,＃ 00H SAOMIAO:MOV A,40H JNB ,YY1。 表 41 音符頻率對應(yīng)表 音符 頻率 /Hz 半周期 /us 頻率 /Hz 半周期 /us 頻率 /Hz 半周期 /us 低音區(qū) 中音區(qū) 高音區(qū) 1 262 1908 523 0956 1046 0478 1 277 1805 554 0903 1109 0451 2 294 1700 578 0842 1175 0426 2 311 1608 622 0804 1245 0402 3 330 1516 659 0759 1318 0372 4 349 1433 698 0716 1397 0358 4 370 1350 740 0676 1480 0338 5 392 1276 784 0638 1568 0319 5 415 1205 831 0602 1661 0292 6 440 1136 880 0568 1760 0284 6 466 1072 932 0536 1865 0268 7 494 1012 988 0506 1976 0253 注： “”表示半音，及上升或下降時(shí)的半音，乘以 2 就提升該聲音一個(gè)八度音階，減半就降一個(gè)八度音階。 音樂的效果是由每一個(gè)音符的時(shí)間常數(shù)和對應(yīng)的節(jié)拍作為一組，按照一定的順序?qū)⒁皇滓魳防锏某?shù)排列而產(chǎn)生。同樣，音樂音符的節(jié)拍用定時(shí)器控制，不同的初值會(huì)產(chǎn)生不同的定時(shí)時(shí)間。 電路原理圖及說明 本設(shè)計(jì)的完整電路原理圖如附錄一，將電路及啟動(dòng)電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、通信電路、鍵盤電路、流水燈電路和音頻電路完整的連接在一起，靈活的工作，同時(shí)將整個(gè)電路的功能進(jìn)行擴(kuò)展，從而完成本設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求。因此，必須給蜂鳴器附加一個(gè) PNP 晶體管來作為驅(qū)動(dòng)，其電路原理圖為： 圖 38 音頻電路 當(dāng) 端口的電平 為高電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)出聲音，當(dāng) 端口的電平為低電平時(shí)，才會(huì)發(fā)出聲音。若 P1 口輸出高電平，則 LED 燈亮，若輸出的是低電平，則 LED 燈滅。由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到 音樂 4 JNB ,YY5 。由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂 2 JNB ,YY3 。部分代碼如： JNB ,YY1 。最后一部分則是供電部分，即 15 腳 GND 和 16 腳 VCC。12V 兩個(gè)電源。由于系統(tǒng)和 PC 機(jī)連接進(jìn)行通信時(shí)，通過MAX232 電路將 PC 機(jī)串口電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成 TTL 電平。 圖 33 復(fù)位電路 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與部分電路說明 10 時(shí)鐘電路 本電路利用到單片機(jī)內(nèi)的振蕩器的反向放大器， XTAL1 為輸入端， XTAL2 為輸出端，這兩個(gè)引腳之間跨接晶體振蕩器和可微調(diào)電容，便形成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 復(fù)位電路 單片機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要復(fù)位，確保 CPU 和系統(tǒng)各單元都處于確定的初始狀態(tài)，并且從初始狀態(tài)開始工作。故本設(shè)計(jì)擬采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路獲得穩(wěn)定的 5V 電壓提供給單片機(jī)，從而簡單的解決了單片機(jī)的工作時(shí)間，且降低了設(shè)計(jì)成本。流水燈的流水效果是通過每個(gè)燈的亮滅而實(shí)現(xiàn)的。 將各電路之間的接線連接正確后，對系統(tǒng)進(jìn)行通電。通過控制每個(gè) LED 燈對應(yīng)的單片機(jī)接口的電平狀態(tài)來控制 LED 燈的亮滅，當(dāng) P0 口的電平為高電平時(shí)，對應(yīng)的 LED 燈發(fā)光，若要使 LED 燈熄滅，則只需要將對應(yīng)的 P0 口的電平變?yōu)榈碗娖郊纯伞? 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與部分電路說明 8 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與部分電路說明 硬件設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)中的硬件電路是由七個(gè)電路模塊和單片機(jī)構(gòu)成，通過將電路模塊與單片機(jī)連接起來，擴(kuò)展和加強(qiáng)其功能，使各電路共同工作，用來實(shí)現(xiàn)音樂流水燈效果。簡譜中每個(gè)音符和對應(yīng)的脈沖頻率可用內(nèi)部定時(shí)器的 T0 方式 產(chǎn)生，同時(shí)利用延時(shí)常數(shù)控制脈沖頻率持續(xù)的時(shí)間。以此類推，并循環(huán)，就可聽到美妙動(dòng)聽的音樂。 為了編程的簡單和方便，一般可將簡單的音符和對應(yīng)的節(jié)拍轉(zhuǎn)換成定時(shí)和延時(shí)常數(shù)，分別控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的相應(yīng)的脈沖頻率和該頻率持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間到時(shí)，程序則會(huì)自動(dòng)查找下一個(gè)音符的定時(shí)常數(shù)和延時(shí)常數(shù)。由此可見，一個(gè)音調(diào)占東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 7 用的是兩個(gè)字節(jié)。 不同的頻率可產(chǎn)生不同的音調(diào)，而每個(gè)音調(diào)都是由一個(gè)節(jié)拍和一個(gè)音符構(gòu)成。單片機(jī)在穩(wěn)定性和可靠性方面都有很好的保證，而且 低電壓和低功耗，精度較高，成本低等眾多的優(yōu)點(diǎn)，使得本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)最為合適。 （ 3）采用單片機(jī)編程控制。 PLC 具有可靠性高、操作簡單、編程方便和靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。 （ 2） 采用可編程控制器，即 PLC，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的系統(tǒng)。由于本設(shè)計(jì)中對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，而FPGA 集成度高，成本高，芯片的引腳數(shù)較多，為電路的設(shè)計(jì)和焊接增加了復(fù)雜程度。 FPGA 采用了并行的輸入輸出方式，具有很高的處理速度。 設(shè)計(jì)方案選擇 音樂流水燈可通過多種電路設(shè)計(jì)完成，而在這里提供常用的三種方案： （ 1）采用 FPGA 作為系統(tǒng)的控制器 ,即現(xiàn)場可編程門陣列。 （ 4）能夠根據(jù)音樂的節(jié)奏控制顯示燈的亮滅。 （ 3）播放 5 首音樂。 （ 2）用 8 個(gè)發(fā)光二極管作為顯示電路。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 6 2. 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)音樂流水燈，其設(shè)計(jì)要求如下： （ 1）用單片機(jī)編譯和控制。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展歷史，由于單片機(jī)不斷出 現(xiàn)的新的特點(diǎn)，其朝著多功能、多選擇、高速度、低價(jià)格、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng) I/O 功能及結(jié)構(gòu)兼容等方向發(fā)展，大致有以下幾個(gè)方向： 多功能 高性能 低電壓和低功耗 串行擴(kuò)展總線 由于單片機(jī)的智能化、體積小、運(yùn)用靈活，而且成本低等許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，使其涉及到我們生活中的每個(gè)領(lǐng)域，如家用電器、智能儀表、工業(yè)控制、航空航天、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等。此階段是 8 位單片機(jī)得到鞏固與發(fā)展以及 16 位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器方向發(fā)展的重要階段。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論 5 ④ 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 ② CPU 外圍功能單元的集中管理模式。 ① 完善的外部總線。 圖 14 P2 口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論 4 圖 15 P3 口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 表 12 P3 口引腳第二功能說明 引腳名 第二功能描述 引腳名 第二功能描述 RXD 串行口輸入 外部中斷 0（低電平有效） TXD 串行口輸入 外部中斷 1（低電平有效） 定時(shí)器 T0 外部輸入 外部 RAM 寫信號(hào)（低電平有效） 定時(shí)器 T1 外部輸入 外部 RAM 讀信號(hào)（低電平有效） 單片的歷史、發(fā)展和應(yīng)用 單片機(jī)包括 4 位 /8 位 /16/位 /32 位等，從 8 位單片機(jī)的誕生開始，其發(fā)展歷史大致可分為以下幾個(gè)階段： （ 1）第一階段（ 1976～ 1978）：單片機(jī)發(fā)展的初期階段，主要是探索計(jì)機(jī)算機(jī)的單芯片集成。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256B 時(shí)， P2 口還可當(dāng)作是高 8 位地址總線送出高8 位地址 。 則可用作定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。 圖 12 P0 口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 P1 口： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，包括 ～ 。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接 口時(shí)， P0 口為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。 P0 口： ～ 統(tǒng)稱為 P0 口。只有中斷、跳轉(zhuǎn)和調(diào)用指令才能使其作其他變化。當(dāng)單片機(jī)內(nèi)有入棧操作時(shí)，SP 自動(dòng)加 1，出棧時(shí) SP=SP1。 SP： 8 位堆棧指針。主要用來存 放外部 RAM 的數(shù)據(jù)地址和 ROM 數(shù)據(jù)表的基地址。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)或者指令時(shí)， PSEN 的每個(gè)機(jī)器周期 2 次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回?cái)?shù)據(jù)或指令。其中存放著當(dāng)前 ALU 的一些 操作狀態(tài)特征，詳見表 11，其字節(jié)地址是 D0H。 ACC： 8 位累加器。 ALU：算數(shù)邏輯單元。 XTAL2：即反向震蕩放大器的輸出和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸出。單片機(jī)振 蕩器工作時(shí)，若 RST 引腳上出現(xiàn)高電平并保持 2 個(gè)時(shí)鐘周期，則實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，所有的 I/O 引腳都將復(fù)位為 “1”，單片機(jī)恢復(fù)為初始狀態(tài)。 AT89C51 單片機(jī)是由美國 Atmel公司生產(chǎn)的具有低電壓和 低功耗、高性能、多功能的通用型 8 位單片機(jī)，其具有龐大而豐富的內(nèi)部資源： 1 個(gè) 8 位中央處理機(jī) CPU、12MHz的片內(nèi)時(shí)鐘電路、 128+21B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 4KB 的片內(nèi)程序只讀存儲(chǔ)器、4KB 閃存、 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口、 1 個(gè)串行 I/O 接口、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 5 個(gè)中斷源、具有 ～ 的電壓工作范圍和 0～ 24MHz的工作頻率，另外使用AT89C51 單片機(jī)時(shí)無需外擴(kuò)存儲(chǔ)器。 Light water； Simulation 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................... I ABSTRACT.......................................................................................................................... II 目 錄 ............................................................................................................................... 1 1. 緒 論 .............................................................................................................................. 1 單片機(jī)的概念 ............................................................................................................ 1 單片的歷