【正文】 ch the 8 road LED change pattern。 Music Box。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。面對(duì)浩如煙海的信息，人們已經(jīng)能夠利用計(jì)算機(jī)等工具高效準(zhǔn)確地對(duì)之進(jìn)行處理，但要想將處理完的信息及時(shí)，清晰地傳遞給別人，還必須通過(guò)尋求更加卓越的顯示技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)方面的享受提出了越來(lái)越高的要求。傳統(tǒng)音樂(lè)盒多是機(jī)械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)，不能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。 本設(shè)計(jì)是以 AT89C52 芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上放音設(shè)備，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)演奏控制器的硬件電路，通過(guò)軟件程序來(lái)控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器使其演奏出優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè)。對(duì)于不同型號(hào)的單片機(jī)只需要相應(yīng)的改變一下地址即可。 第 4 頁(yè) 共 32 頁(yè)1 概述 設(shè)計(jì)目標(biāo)由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂(lè)方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡(jiǎn)單易操作。通過(guò)分析后，無(wú)論是在器件價(jià)格或是常見(jiàn)度上均是可行的。通過(guò)分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。 設(shè)計(jì)方案方案一：用可控硅制作電子琴。將單向可控硅 SCR 和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。方案二： 采用 AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行控制,由于 AT89C51 不具備 ISP 功能，因此 Atmel 公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見(jiàn)，況且其 ROM 只有 4K 在系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)方面沒(méi)有潛力。 鑒于上述對(duì)比與分析，本設(shè)計(jì)采用方案三 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)基于 AT89C51 系列單片機(jī)的音樂(lè)盒，利用按鍵切換演奏出不同的樂(lè)曲。使用兩個(gè)按鍵，一個(gè)用來(lái)切換歌曲，另一個(gè)切換八路 LED 的變化花樣。演奏音樂(lè)模式：演奏完整的一首的歌曲，八路 LED 隨著音樂(lè)變化。2）按下按鍵 1 進(jìn)入演奏音樂(lè)模式，再按時(shí)就可以切換歌曲，共擁有五首歌曲。此電路的程序只占用了 2K 左右，可以方便的添加更多的音樂(lè)和 LED 花樣， 使系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大。單片機(jī)負(fù)責(zé)接收按鍵的輸入，根據(jù)輸入控制音樂(lè)播放曲目和音樂(lè)花樣燈的顯示樣式以及蜂鳴器發(fā)音。圖 系統(tǒng)組成框圖 音樂(lè)盒的功能結(jié)構(gòu)圖音樂(lè)盒的功能結(jié)構(gòu)如圖 所示。按鍵 Key2 負(fù)責(zé)切換 LED 顯示花樣，顯示花樣共 5 種包括順序顯示然后由兩邊向中間移動(dòng)然后向兩邊移動(dòng)、循環(huán)顯示等。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。主要性能：與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器、1000 次擦寫(xiě)周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 、 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、32個(gè)可編程 I/O 口線 、三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門(mén)狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。發(fā)光二極管的亮、滅由內(nèi)部程序控制，8 個(gè) LED 發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)不同的音階，所以 LED 會(huì)隨著音階的變化按規(guī)律亮、滅。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然振蕩器。對(duì)外接電容 C1，C2 雖然沒(méi)有什么嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。用戶(hù)也可以采用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。振蕩器電路圖如下：圖 單片機(jī)內(nèi)部、外部振蕩電路 按鍵控制和復(fù)位電路 按下按鍵 1 進(jìn)入演奏音樂(lè)模式，再按時(shí)就可以切換歌曲，共擁有五首歌曲。當(dāng)按下電路是就會(huì)回到流水燈樣式一。 圖 蜂鳴器電路 第 9 頁(yè) 共 32 頁(yè) 硬件電路圖及功能總體硬件電路實(shí)現(xiàn)功能如下，如圖 所示1）電路中用 、 控制按鍵。3） 控制蜂鳴器。 圖 總體硬件電路圖 第 10 頁(yè) 共 32 頁(yè)4 軟件設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)軟件介紹本設(shè)計(jì)利用 KEIL 編程軟件對(duì)音樂(lè)盒源程序進(jìn)行編程并調(diào)試，配合 PROTEUS仿真軟件對(duì)硬件進(jìn)行仿真調(diào)試，兩種軟件的簡(jiǎn)介如下： PROTEUS 軟件簡(jiǎn)介Proteus 軟件是英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司） 。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。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)。在編譯方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 MCS51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU，16MB 或更多RAM、20M 以上空閑的硬盤(pán)空間、WIN9NT、WIN202WINXP 等操作系統(tǒng)。Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 第 11 頁(yè) 共 32 頁(yè) 音調(diào)、節(jié)拍以及編碼的確定方法一般說(shuō)來(lái)，單片機(jī)演奏音樂(lè)基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說(shuō)不能像電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。 音調(diào)的確定不同音高的樂(lè)音是用 C、D、E、F、G、A、B 來(lái)表示，這 7 個(gè)字母就是音樂(lè)的音名，它們一般依次唱成 DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成簡(jiǎn)譜的7，相當(dāng)于漢字“多來(lái)米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時(shí)樂(lè)音的發(fā)音，所以叫“音調(diào)” ，即 Tone。兩個(gè)音之間的距離有兩個(gè)“半音” ，就叫“全音” 。通常唱成 7 的音叫自然音，那些在它們的左上角加上﹟號(hào)或者 b 號(hào)的叫變化音。例如高音 DO 的頻率（1046Hz）剛好是中音 DO 的頻率（523Hz）的一倍，中音DO 的頻率（523Hz）剛好是低音 DO 頻率（266 Hz）的一倍；同樣的，高音 RE的頻率（1175Hz）剛好是中音 RE 的頻率（587Hz）的一倍，中音 RE 的頻率（587Hz）剛好是低音 RE 頻率（294 Hz）的一倍。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這半個(gè)周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的 I/O 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì) I/O 反相，就可在I/O 腳上得到此頻率的脈沖。此外結(jié)束符和休止符可以分別用代碼 00H 和 FFH 來(lái)表示，若查表結(jié)果為00H，則表示曲子終了；若查表結(jié)果為 FFH，則產(chǎn)生相應(yīng)的停頓效果。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下：N=Fi 2 Fr?N：計(jì)算值； Fi：內(nèi)部計(jì)時(shí)一次為 1us，故其頻率為 1MHz；4）其計(jì)數(shù)值的求法如下：T=65536N=65536Fi 2 Fr?例如：設(shè) K=65536，F(xiàn)=1000000=Fi=1MHz，球低音 DO（261Hz） 。高音的 DO（1046Hz）的計(jì)算值T=65536N=65536Fi 2 Fr=655361000000 2 Fr=65536500000/Fr?低音 DO 的 T=65536500000/262=63627低音 DO 的 T=65536500000/523=64580低音 DO 的 T=65536500000/1047=650595）C 調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T 的對(duì)照表如表 所示。 “節(jié)拍”,即 Beat，簡(jiǎn)單說(shuō)就是打拍子，就像我們聽(tīng)音樂(lè)不自主的隨之拍手或跺腳。至于 1 拍多少 s，并沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，就像人的心跳一樣，大部分人的心跳是每分鐘 72 下，有些人快一點(diǎn)，有些人慢一點(diǎn)，只要聽(tīng)的悅耳就好。休止符表示暫停發(fā)音。了解音樂(lè)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，我們可知產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂(lè)。因此，需要弄清楚音樂(lè)中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。如果 1 拍為 秒，1/4 拍實(shí) 秒，只要 第 13 頁(yè) 共 32 頁(yè)設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的時(shí)間。所以只要求得 1/4 拍的 DELAY 時(shí)間，其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)，如圖 為 1/4 和 1/8 節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定。播放長(zhǎng)度以十六分音符為單位（在本程序中為 165ms） ，一拍即四分音符等于 4 個(gè)十六分音符，編為 4,其它的播放時(shí)間以此類(lèi)推。以0xff 作為曲譜的結(jié)束標(biāo)志。舉例 2：音調(diào) re,發(fā)音長(zhǎng)度為半拍，即八分音符，將其編碼為 0x22歌曲播放的設(shè)計(jì)。程序從數(shù)組中取出一個(gè)數(shù)，然后分離出高 4 位得到音調(diào)，接著找出相應(yīng)的值賦給定時(shí)器 0，使之定時(shí)操作蜂鳴器，得出相應(yīng)的音調(diào)；接著分離出該數(shù)的低 4 位，得到延時(shí)時(shí)間，接著調(diào)用軟件延時(shí)。按鍵 1 使得 count1 在 1 和 5 之間切換，按鍵 2 使得 count2 在 1~5 之間切換。另一方面根據(jù) count2 的值來(lái)切換 LED 的花樣。主程序流程圖圖 主程序流程圖 第 15 頁(yè) 共 32 頁(yè)播放音樂(lè)子程序流程圖圖 播放音樂(lè)子程序流程圖 程序源代碼（見(jiàn)附錄 A） 第 16 頁(yè) 共 32 頁(yè)5 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過(guò)程分為三大部分：硬件調(diào)試和仿真、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真顯然是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)?！　≡诔绦蚓幾g好之后，在確定編譯無(wú)誤后，如果直接連接硬件，并不能一下子得到預(yù)期的結(jié)果，并且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，硬件成本大，如果先在電腦上進(jìn)行仿真，不僅可以方便的運(yùn)用各種硬件器件，并且可以多次調(diào)試，修改程序，來(lái)達(dá)到預(yù)期效果，然后再進(jìn)行硬件的連接。 檢查軟件系統(tǒng)1．根據(jù)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)檢查各流程圖是否正確，再根據(jù)流程圖來(lái)檢查程序是否也正確。通過(guò)對(duì)硬件和軟件系統(tǒng)的認(rèn)真檢查，反復(fù)測(cè)試，如果沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題即可把源程序編譯成 HEX 文件裝載到單片機(jī)中，對(duì)硬件進(jìn)行仿真。首先通過(guò)桌面進(jìn)入主程序，然后在[System]選擇設(shè)置紙張大小，通過(guò)快捷鍵 G 設(shè)置柵格的關(guān)閉與顯示?？梢酝ㄟ^(guò)點(diǎn)擊選擇器頂端左側(cè)的“P”或者通過(guò)命令打開(kāi)，我們常用的是按鈕；在查找到并放置完所有需要的