【正文】 技術(shù)交換的形式把其開發(fā)單片機(jī)的內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家， ATMEL公司就是其中之一，它開發(fā)出的 AT89C51 單片機(jī)被人們廣泛地應(yīng)用于生活與生產(chǎn)當(dāng)中。 AT89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如下圖 所示，主要由 8 大部分構(gòu)成： 1 個(gè) 8 位的微處理器，完成運(yùn)算與控制功能；片內(nèi) 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可擴(kuò)展至片外 64KB； 64KB的程序存儲(chǔ)器，其類型是 Flash ROM,它的讀 寫速度非常快，電擦除次數(shù)可達(dá)到 10000次； 4 個(gè) 8 位的可編程并行 I/O 口（ P0,P1,P2,P3)，可提供地址總線，數(shù)據(jù)總線，以及控制總線； 1 個(gè)全雙工的串行口； 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器（ T0， T1)；中斷系統(tǒng)：包含 5個(gè)中斷源 (外部中斷 0，定時(shí)器 T0，外部中斷 1，定時(shí)器 1，串行口中斷）和 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)（低級(jí)，高級(jí)）； 21 個(gè)特殊功能寄存器。 圖 AT89C51引腳分布圖 仿真環(huán)境簡(jiǎn)介 本次課程設(shè)計(jì)采用 Proteus 與 keil 進(jìn)行聯(lián)合仿真。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。雖然目前國(guó)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 的處理器模型支持 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。 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 3 Keil 是美國(guó) Keil Software公司出品的 51系列兼容 單片機(jī) C語(yǔ)言 /匯編語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 把在 Keil 中編譯，連接，運(yùn)行后生成的十六進(jìn)制 HEX 文件寫入到用 Proteus 繪制出的硬件電路圖的單片機(jī)中，啟動(dòng)電路后，即可完成仿真。硬件電路部分用 Proteus 軟件來繪制，軟件部分采用 Keil軟件，并基于匯編語(yǔ)言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 數(shù)字音樂盒硬件電路圖的設(shè)計(jì)與分析 總體設(shè)計(jì)方案分析 本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)出的數(shù)字音樂盒在硬件電路上主要包括 3 大部分：蜂鳴器驅(qū)動(dòng)部分， LCD 顯示部分和鍵盤控制部分。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)部分是采用 AT89C51 單片機(jī)的 引腳產(chǎn)生不同頻率的方波，從而去控制蜂鳴器發(fā)出不同的音調(diào)，這樣就可以完成對(duì)一首歌曲的播放。鍵盤控制部分采用 4*4 鍵盤，并用 AT89C51 的 ~ 引腳進(jìn)行控制，以完成對(duì)歌曲的選擇，暫停與播放功能。 圖 數(shù)字音樂盒總體設(shè)計(jì)方案框圖 數(shù)字 音樂 盒 部分電路原理說明 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)部分電路圖與原理說明 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路部分的原理采用 AT89C51 的 引腳產(chǎn)生不同的頻率方波去驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出不同的音調(diào)。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)部分的電路圖如下圖 所示。液晶顯示器具有低功耗、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用在儀器儀表和控制系統(tǒng)中。 圖 LCD模塊的電路框圖 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 6 如圖 所示，字符型 LCD 模塊的電路圖由控制器 HD44780、驅(qū)動(dòng)器 HD44100 及幾個(gè)電阻和電容組成。該電路模塊共有 14 個(gè) 引腳，其中8 條數(shù)據(jù)線， 3 條控制線， 3 條電源線，通過單片機(jī)寫入模塊的數(shù)據(jù)和命令，就可以對(duì)顯示方式和顯示的內(nèi)容作出選擇。它采用 ~ 引腳去控制 LCD 顯示屏，再通過對(duì)應(yīng)的軟件指令的設(shè)計(jì)，即可令顯示屏顯示歌曲的名稱或序號(hào)。獨(dú)立式鍵盤接口適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合，而行列式鍵盤適 用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合。行列式鍵盤的鍵盤結(jié)構(gòu)如下圖 所示，它由行線和列線組成，而各按鍵在行、列線的交叉點(diǎn)上。在無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 行列式鍵盤原理圖 本 次課程設(shè)計(jì)所采用的鍵盤控制系統(tǒng)的原理框圖如圖下圖 所示。 圖 數(shù)字音樂盒鍵盤控制部分示意圖 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 8 第 3 章 數(shù)字音樂盒的軟件設(shè)計(jì) 數(shù)字音樂盒總體軟件程序流程圖與分析 數(shù)字音樂盒的三大主要硬件部分為蜂鳴器驅(qū)動(dòng)部分， LCD 顯示部分以及鍵盤控制部分。在軟件運(yùn)行之前，第一步操作就是要對(duì)系統(tǒng)進(jìn) 行初始化操作。鍵盤的每次按下都相當(dāng)于產(chǎn)生了一次中斷，故除上述核心程序外，該軟件設(shè)計(jì)還包含一系列的中斷子程序，用以完成對(duì)歌曲的選擇，播放，暫停功能。 圖 數(shù)字音樂盒總體程序流程圖 系統(tǒng)初始化子程序設(shè)計(jì) LCD 顯示子程序設(shè)計(jì) 蜂鳴器頻率 控制子程序設(shè)計(jì) 鍵盤控制子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化子程序設(shè)計(jì) 鍵盤控制子程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 9 數(shù)字音樂盒各子程序的設(shè)計(jì)與分析 系統(tǒng)初始化子程序設(shè)計(jì)與分析 系統(tǒng)的初始化操作包括對(duì)所使用端口的定義與賦值，匯編起始地址的賦值，中斷子程序入口地址的賦值，堆棧的初始化以及 LCD 顯示屏的初始化。 定義液晶顯示端口標(biāo) RW BIT E BIT L50MS EQU 60H L1MS EQU 61H L250MS EQU 62H SEC EQU 65H MIN EQU 64H HOU EQU 63H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TT0 ORG 001BH 。液晶初始化 MOV SP,70H 。清屏 LCALL ENABLE MOV P0,38H 。 圖 LCD顯示屏軟件初始化流程圖 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 11 蜂鳴器頻率控制子程序設(shè)計(jì)與分析 本次課程設(shè)計(jì)中的蜂鳴器是完成音樂播放功能的 核心器件，它受到 AT89C51的 引腳的控制，由 引腳產(chǎn)生不同頻率的方波，從而使蜂鳴器發(fā)出不同的音調(diào)，達(dá)到播放一首歌曲的效果。通過音階查詢計(jì)數(shù)初值并賦值給計(jì)數(shù)器，從而產(chǎn)生一定頻率的音調(diào)，而樂曲播放中的節(jié)拍則是通過延時(shí)來實(shí)現(xiàn)的。 圖 蜂鳴器控制系統(tǒng)軟件部分流程圖 鍵盤控制子程序設(shè)計(jì)與分 析 開始 初始化 從音符數(shù)組中得到音符 獲取節(jié)拍 獲取音階 通過定時(shí)器產(chǎn)生音階 延時(shí)產(chǎn)生節(jié)拍 控制蜂鳴器發(fā)出對(duì)應(yīng)節(jié)拍的曲調(diào) 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 12 鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中采用編程掃描工作方式，它的子程序流程圖如圖 所示。 圖 鍵盤控制子程序部分流程圖 第 4 章 仿真結(jié)果與分析 仿真結(jié)果 利用 Proteus 與 Keil 進(jìn)行聯(lián)合仿真后，得到如下所示的一系列仿真結(jié)果。 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 播放歌曲 1時(shí) LCD顯示圖 圖 播放歌曲 2時(shí) LCD顯示圖 圖 播放歌曲 3時(shí) LCD顯示圖 仿真步驟與結(jié)果分析 首先對(duì) Proteus 與 Keil 的聯(lián)合仿真過程作以介紹。 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 14 之后采用 Keil 軟件進(jìn)行軟件編程。第二步是單擊狀態(tài)欄中的 File，選擇 New 選項(xiàng)，即可新建一個(gè)用于編寫代碼的文本框，將代碼寫入后，保存到剛剛建立的文件夾中。第三步是右鍵單擊左側(cè) Work space 中的 Source Group 1,選 擇Add files to source group 1,將剛剛保存好的 .asm文件添加到其中。第四步是右鍵單擊 Work space中的 Target 1，選擇 Options for Target 1,在彈出的對(duì)話框中選擇 Output 界面，在界面中勾選 Create HEX file,之后編譯，運(yùn)行，連接，看到下方程序狀態(tài)欄中出現(xiàn) Creating HEX file 0 errors 即可。 從仿真結(jié)果來看，按下鍵盤的 1,2,3 鍵，可以分別播放 3 首不同的歌曲， 4~d 鍵均未定義，而事實(shí)上，只要在程序代碼中再次添加幾首歌曲的數(shù)碼樂譜，那么當(dāng)按下 4~d 鍵時(shí)還可以播放另外 10 首歌曲，這也就是說，此設(shè)計(jì)共可播放 13 首不同的歌曲。 在 LCD 顯示屏上，按下 1 號(hào)鍵的同時(shí)，顯示屏上會(huì)顯示 1，代表 1 號(hào)鍵已被按下，同時(shí)播放歌曲 1。當(dāng)按下 e 鍵時(shí)，執(zhí) 行歌曲暫停播放命令，可以觀察到 LCD 的計(jì)時(shí)時(shí)間此時(shí)暫停，而當(dāng)再次按下 e 鍵時(shí)，歌曲繼續(xù)播放，計(jì)時(shí)繼續(xù)。 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 15 單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 16 第 5 章 總結(jié) 本次單片機(jī)與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)共 2 周，題目是數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì)。在查閱了大量的資料，并在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，終于明白了單片機(jī)系統(tǒng)播放歌曲的原理。而節(jié)拍的控制可通過調(diào)用延時(shí)子程序來實(shí)現(xiàn)。本人清醒地意識(shí)到我在課堂上所學(xué)習(xí)到的理論 知識(shí)并不夠深入，以至于在實(shí)踐中編寫程序代碼時(shí)顯得比較捉襟見肘。這個(gè)過程雖然非常辛