【正文】 有電子器件的產品中都會集成有單片機。 汽車上一般配備 40 多片單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百片單片機在同時工作！ 利用單片機實現(xiàn)音樂播放有很多優(yōu)點，例如外部電路簡單，控制方便等，因而備受廣大單 片機愛好者的喜愛。并熟練的運用 89C51 單片機定時器產生固定頻率的方波信號，驅動喇叭發(fā)出旋律，按下按鍵可以演奏預先設置的歌曲旋律，最重要的是自己還可以通過程序設計輸入自己喜歡的歌曲來演奏。通過單片機產生不同的頻率的脈沖信號，經過放大電路，由蜂鳴器放出，就產生了美妙和諧的樂曲。從上世紀 80 年代，由當時的 4 位、 8 位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的 32 位 300M 的高速單片機。由于其發(fā)展的非常迅速，舊的單片機的定義已經不能滿足，所以在很多應用場合被稱為范圍更廣的微控制器。 單片機的發(fā)展歷史 單片機誕生于 1971 年，經歷了 SCM、 MCU、 SoC 三大階段，早期的 SCM 單片機都是 8 位或 4 位的?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。 90 年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。 而傳統(tǒng)的 8 位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。 當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。 單片機的應用領域及發(fā)展趨勢 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的第 1 章 引言 3 智能化管理及過程控制等領域，大致可分為如下幾個范疇： 一、在智能儀器儀表的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。例如精密的測量設備（功率計、示波器、各種分析儀）。 三、在工業(yè)控制中的應用 用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 四、在計算機網絡和通信領域中的應用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控 制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： 一、微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（ CPU）、隨機存取數(shù) 據(jù)存儲（ RAM）、電子科技大學成都學院課程設計 4 只讀程序存儲器（ ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如 A/D 轉換器、 PMW（脈寬調制電路）、 WDT（看門狗）、有些單片機將 LCD（液晶）驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中 SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。像 80C51 就采用了 HMOS（即高密度金屬氧化物半導體工藝）和 CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導體工藝）。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑 。因此需要具有掉電保護功能的大容量存儲器 。 在實際的 控制過程中，常要求有實時時鐘，以實現(xiàn)定時或延時控制所以需要此類中斷服務程序。 本文分析基于 AT89C51 單片機的音樂播放器的硬件電路和軟件設計，具體過程包括數(shù)據(jù)處理子程序的設計，顯示子程序的設計，最后針對仿真過程中遇到的現(xiàn)象進行咯說明和分析 。采用一定的工 藝，把一個電路中所需的 晶體管 、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進了一大步。集成電路發(fā)明者為杰克 諾伊思（基于鍺的集成電路 ）。 圖 21 集成電路 特點 集成電路或稱微電路（ microcircuit）、微芯片（ microchip）、芯片（ chip）在電子學中是一種把電路（主要包括半導體裝置，也包括被動元件等）小型化的方式，并通常制造在半導體晶圓表面上。另有一種厚膜（ thickfilm）混成集成電路（ hybrid integrated circuit）是由獨立半導體設備和被動元件，集成到襯底或線路板所構成的小型化電路。它不僅在工、民用電子設備如收錄機、電視機、計算機等方面得到廣泛的應用，同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應用。 分類 按功能結構分類 集成電路，又稱為 IC，按其功能、結構的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù) /模混合集成電路三大類。例如半導體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等），其輸入信號和輸出信號成比例關系。例如 3G 手機、數(shù)碼相機、電腦 CPU、數(shù)字電視的邏輯控制和重放的音頻信號和視頻信號）。 膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。 按導電類型不同分類 集成電路按導電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路，他們都是數(shù)字集成電路。單極型集成電路的制作工藝簡單，功耗也較低，易于制成大規(guī)模集成電路，代表集成電路有 CMOS、 NMOS、 PMOS 等類型。 （ 1） 電視機用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、 AV/TV 轉換集成電路、開關電源集成電路、遙控 集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器（ CPU）集成電路、存儲器集成電路等。 （ 3） 影碟機用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、 MPEG 解碼集成電路、音頻信號處理集成電路、音響效果集成電路、 RF 信號處理集成電路、數(shù)字信號處理集成電路、伺服集成電路、電動機驅動集 成電路等。 按應用領域分 類 集成電路按應用領域可分為標準通用集成電路和專用集成電路。 簡史 1947 年：貝爾實驗室肖特萊等人發(fā)明了晶體管，這是微電子技術發(fā)展中第一個里程碑； 第 2 章 方案論證 9 1950 年：結型晶體管誕生 1950 年： R Ohl 和肖特萊發(fā)明了離子注入工藝 1951 年：場效應晶體 管發(fā)明 1958 年：仙童公司 Robert Noyce 與德儀公司基爾比間隔數(shù)月分別發(fā)明了集成電路，開創(chuàng)了世界微電子學的歷史； 1962 年：美國 RCA 公司研制出 MOS 場效應晶體管 1963 年： 和 首次提出 CMOS 技術，今天， 95%以上的集成電路芯片都是基于 CMOS 工藝 1964 年： Intel 摩爾提出摩爾定律，預測晶體管集成度將會每 18 個月增加 1倍 1966 年：美國 RCA 公司研制出 CMOS 集成電路，并研制出第一塊門陣列（ 50門），為現(xiàn)如今的大規(guī)模集成電路發(fā)展奠定了堅實基礎，具有里 程碑意義 1971 年： Intel 推出 1kb 動態(tài)隨機存儲器（ DRAM），標志著大規(guī)模集成電路出現(xiàn) 1971 年：全球第一個微處理器 4004 由 Intel 公司推出，采用的是 MOS 工藝，這是一個里程碑式的發(fā)明 1978 年： 64kb 動態(tài)隨機存儲器誕生，不足 平方厘米的硅片上集成了 14 萬個晶體管，標志著超大規(guī)模集成電路（ VLSI）時代的來臨 1979 年： Intel 推出 5MHz 8088 微處理器，之后， IBM 基于 8088 推出全球第一臺 PC 1985 年： 80386 微處理器問世， 20MHz 1988 年： 16M DRAM 問世 ， 1 平方厘米大小的硅片上集成有 3500 萬個晶體管，標志著進入超大規(guī)模集成電路（ VLSI）階段 1989 年： 1Mb DRAM 進入市場 1989 年： 486 微處理器推出， 25MHz， 1μ m 工藝，后來 50MHz 芯片采用 μ m 工藝 1992 年： 64M 位隨機存儲器問世 電子科技大學成都學院課程設計 10 1997 年： 300MHz 奔騰Ⅱ問世，采用 m 工藝 1999 年：奔騰Ⅲ問世， 450MHz，采用 m 工藝，后采用 m 工藝 2020 年：奔騰 4 E 系列推出，采用 90nm 工藝。 2020 年：基于全新 45 納米 HighK 工藝的 intel 酷睿 2 E7/E8/E9 上市。 我國集成電路發(fā)展歷史 我國集成電路產業(yè)誕生于六十年代，共經歷了三個發(fā)展階段： 1965 年 1978 年：以計算機和軍工配套為目標，以開發(fā)邏輯電路為主要產 品，初步建立集成電路工業(yè)基礎及相關設備、儀器、材料的配套條件 1978 年 1990 年：主要引進美國二手設備，改善集成電路裝備水平，在“治散治亂”的同時，以消費 類整機作為配套重點，較好地解決了彩電集成電路的國產化 1990 年 2020 年：以 908 工程、 909 工程為重點，以 CAD 為突破口，抓好科技攻關和北方科研開發(fā)基地的建設，為信息產業(yè)服務，集成電路行業(yè)取得了新的發(fā)展。 集成電路產業(yè)不再依賴 CPU、存儲器等單一器件發(fā)展，移動互聯(lián)、三網融合、多屏互動、智能終端帶來了多重市場空間，商業(yè)模式不斷創(chuàng)新為市場注入 新活力。 單片機 最小系統(tǒng) 在設計的時候我們了解了 2 款芯片， AT89C51 和 AT89C52。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C52：是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元， AT89C52 單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。 結論 我們通過集成電路和 2 款單片機的屬性 和優(yōu)缺點對比，我們覺得 AT89C51 單片機芯片 更加適合本次 實驗的中心控制 芯片。該系統(tǒng)主要是由復位電路、按鍵電路、時鐘電路、中心模塊、揚聲器驅動等組成。 圖 31 硬件結構圖 中心控制模塊 中控采用的是 AT89C51 芯片，下面是 AT89C51 的引腳圖 ：電子科技大學成都學院課程設計 14 圖 32 AT89C51 引腳圖 各端口作用： P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0 端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內部上拉電阻。程序校驗時，需要外部 上拉電阻。對 P1 端口寫 “1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 引腳號第二功能 第 3 章 硬件設計 15 ? T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部 計數(shù)輸入），時鐘輸出 ? T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） ? MOSI（在系統(tǒng)編程用） ? MISO（在系統(tǒng)編程用） ? SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3 端口寫 “1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3 口亦作為 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 端口引腳第二功能 ? RXD(串行輸入口 ) ? TXD(串行輸出口 ) ? INTO(外中斷 0) ? INT1(外中斷 1) ? TO(定時 /計數(shù)器 0) ? T1(定時 /計數(shù)器 1) ? WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) ? RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 電子科技大學成都學院課程設計 16 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。當 振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。該位置位后，只有一 條 MOVX和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 PSEN——程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪