【正文】 專業(yè)（班）： 05 電四 4 班 姓名： 劉曉瑛 課題名稱、主要內(nèi)容和基本要求課題名稱：帶有電子時鐘的音樂盒系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容： 傳統(tǒng)課堂上的音樂盒在功能實現(xiàn)和彈奏方式上都比較單一，本設(shè)計是基于傳統(tǒng)的音樂盒功能實現(xiàn)上采用創(chuàng)新的方法，在信號輸入采用非接觸式的方法來處理，在聲音的實現(xiàn)上拋棄利用單片機的頻率來發(fā)出聲音，而是采用串口信號傳送方法，把相應(yīng)的指令傳送到上位機，再由上位機執(zhí)行發(fā)聲的任務(wù)。該音樂盒能實現(xiàn)非接觸式按鍵輸入，信號傳輸，彈奏音樂，播放音樂等功能。5． 完成設(shè)計論文。它是可以帶動小朋友對音樂的興趣，有助于提高他們的動手能力和思考能力。經(jīng)測試，本系統(tǒng)彈奏音色好，誤差小反應(yīng)快，功耗小，能出色地完成所要求的功能。串口上位機；非接觸式按鍵；時鐘顯示 AbstractThis design is a creative music box is a puzzle for now, class of toys for kids to play on the market of music box are percussion and automatic playback as the main forms of play notes this characteristic, design a set of the plays, noncontact, and has the function of electronic music, as one of the clock. It can promote children39。音樂盒將達(dá)到以下要求：音樂、音符發(fā)音的實現(xiàn)基本的功能，利用電腦串口通信借助于聲卡的音色實現(xiàn)音符和音樂的發(fā)音功能。自動播放歌曲功能可以根據(jù)自已喜歡的歌曲進行自動播放，可以在幾首歌里進行選擇。在掛鐘斷電或出現(xiàn)其他故障排除后，也需要根據(jù)當(dāng)前時間進行時間調(diào)整。本課題的主要難點是電腦通信利用電腦聲卡的音色來發(fā)音，利用小型上位機與產(chǎn)品配合，利用AD 采樣掃描 LED 燈作為雙重按鍵功能，在編程過程中都需要處理好些問題。2 用 AVR 系列單片機作為控制芯片，用 C語言來編程實現(xiàn)采用 AVR 單片機編程，可提高電路的可靠性與穩(wěn)定性，硬件電路比較簡單，主要是軟件來控制電路。采用2 通過串口的通信方式，利用電腦里自帶的聲卡來實現(xiàn)音樂的播放與彈奏功能。2 非接觸式的彈奏方案論證和比較方案編號實現(xiàn)方式 方案評估方案擇優(yōu)1 可用七個光敏電阻，加一個 LED 燈，通過AD 轉(zhuǎn)換實現(xiàn)該方案在實現(xiàn)的過程中，容易受到環(huán)境光影響，電路簡單，編程簡單，但效果不美觀2 可用七個不同顏色的LED 燈加一個光敏電阻該方案實現(xiàn)的效果好，彩燈閃爍，點到哪個音符即發(fā)出聲音，效果美觀，電路簡單，編程實現(xiàn)簡單。表 時鐘源的方案論證和比較方案編號實現(xiàn)方式 方案評估方案擇優(yōu)1 單片機定時器，用軟件實現(xiàn)AVR 芯片內(nèi)部有定時器，無需附加外部元器件，通過編程實現(xiàn)時鐘功能，但容易受單片機外接的電容等的影響，精度差，準(zhǔn)確性不高，成本低，程序設(shè)計困難。采用表 時鐘顯示的方案論證和比較方案編號實現(xiàn)方式 方案評估方案擇優(yōu)1 可用數(shù)碼管實現(xiàn) 電路設(shè)計復(fù)雜，編程復(fù)雜2 可用 1602 液晶實現(xiàn) 電路簡單，編程簡單，界面直觀 采用表 第 3章 系統(tǒng)組成及設(shè)備造型 應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)對音樂的功能要求和選定的設(shè)計方案，設(shè)計出如圖的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。各部分功能如下： 在液晶上會顯示當(dāng)前的日期和時間，可以利用信號接收頭控制七個LED 的時間設(shè)置功能來初始化時間，設(shè)定及調(diào)整當(dāng)前的時間，進入設(shè)定菜單后，LED 的六個燈對應(yīng)的分別是年月日，時分秒的設(shè)置，每點到一個燈則相應(yīng)的時間會加 1，設(shè)置完畢后，點到第七個 LED 燈，退出時間設(shè)置模式，時間啟動。利用 VB 里的 COM 控件，對其設(shè)置和編程，下位機加了串口電路，用兩者的通信，利用電腦里的聲卡來發(fā)出聲音，音頻方面則是上位機用了 player 控件，對其設(shè)置，用相應(yīng)的MID 格式音符文件，通信成功后，接收到命令便會自動播放音頻文件，此設(shè)計特點，讓音樂盒的聲音更好聽，更悅耳，更方便。按照圖所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇合適的功能部件，以完成完整的系統(tǒng)控制電路設(shè)計。器件編號 器件名稱 型號 基本參數(shù)1 單片機 Mega16L 8 位單片機，32 個 8 位通用工作寄存器，JTAG 接口，32 個可編程的I/O 口，工作電壓 2 電平轉(zhuǎn)換 MAX232 低功耗，低電壓供電 RS232 系統(tǒng)3 串口 RS232C 標(biāo) 準(zhǔn) 串 口 ， 是 目 前 最 常 用 的 一 種 串行 通 訊 接 口 ， 9 芯 D 型 插 座 。表 設(shè)備選型表第 4章 硬件總體說明 硬件設(shè)計總體說明本設(shè)計是基于 Atmega16 單片機作為主控芯片，附加各功能模塊系統(tǒng)硬件包括以下幾個部分：1） 單片機及外圍電路 2） 串口電平轉(zhuǎn)換的硬件結(jié)構(gòu)3） 時鐘系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)4） 液晶顯示的硬件結(jié)構(gòu)5） 非接觸式按鍵模塊6） 電源模塊圖 總設(shè)計原理圖在本系統(tǒng)中，具體端口分配參考如下圖：圖 Mega16 端口功能分配圖 硬件各模塊主要元器件說明 CPU及外圍電路在其外圍電路里，附加了晶振模塊，晶振我所選用的是 ，用來和串口進行通信，目的在于更準(zhǔn)確。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 微處理器? 先進的 RISC 結(jié)構(gòu)– 131 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期– 32 個 8 位通用工作寄存器– 全靜態(tài)工作– 工作于 16 MHz 時性能高達(dá) 16 MIPS– 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器? 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器– 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 擦寫壽命: 10,000 次– 具有獨立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū) 通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 真正的同時讀寫操作– 512 字節(jié)的 EEPROM 擦寫壽命: 100,000 次– 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM– 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密? JTAG 接口( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容)– 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能– 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能– 通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程? 外設(shè)特點– 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時器/ 計數(shù)器– 一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時器/ 計數(shù)器– 具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器 RTC– 四通道 PWM– 8 路 10 位 ADC 8 個單端通道TQFP 封裝的 7 個差分通道2 個具有可編程增益（1x, 10x, 或 200x）的差分通道– 面向字節(jié)的兩線接口– 兩個可編程的串行 USART– 可工作于主機/ 從機模式的 SPI 串行接口– 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器– 片內(nèi)模擬比較器? 特殊的處理器特點– 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測– 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的 RC 振蕩器– 片內(nèi)/ 片外中斷源– 6 種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及擴展的 Standby 模式