【正文】 ........................ 14 時(shí)鐘電路 ............................................. 14 復(fù)位電路 ............................................. 15 按鍵輸入電路 .............................................. 16 按鍵概述 ............................................. 16 矩陣鍵盤的設(shè)計(jì) ....................................... 17 鍵盤的抖動(dòng)問(wèn)題 ....................................... 18 輸出顯示電路 .............................................. 18 整體硬件電路 .............................................. 20 原理說(shuō)明 .................................................. 20 選歌按鍵的設(shè)計(jì) ............................................ 21 第五章 軟件設(shè)計(jì) .................................................... 21 主程序的設(shè)計(jì) .............................................. 21 子程序的設(shè)計(jì) .............................................. 23 設(shè)計(jì)源程序代碼（見(jiàn)附錄） .................................. 24 第六章 仿真及調(diào)試 ................................................. 24 調(diào)試 ...................................................... 24 仿真 ...................................................... 25 程序調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決的辦法 .......................... 27 總結(jié) ............................................................... 29 參考文獻(xiàn) ........................................................... 30 致謝 ............................................................... 31 iv 附錄 ............................................................... 32 附錄一 部分源程序代碼 ............................................. 32 附錄二 元器件清單 ................................................. 46 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 第一章 緒論 課題意義 音樂(lè)盒的起源，可追溯至中世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時(shí)期。音樂(lè)盒有著300 多年的發(fā)展歷史，是人類文明發(fā)展的歷史見(jiàn)證。但是，機(jī)械式的音樂(lè)盒 體積比較大 ，比較笨重，且發(fā)音單調(diào)。另外，機(jī)械音樂(lè)盒放音時(shí) 為了讓音色穩(wěn)定 ,必須放平不能動(dòng)搖 ，而且價(jià)格昂貴，不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的 機(jī)械式 音樂(lè)盒 相比更小巧， 音質(zhì) 更優(yōu)美 且 能 演奏和弦音樂(lè)?；趩纹瑱C(jī)制作的電子式音樂(lè)盒， 控制功能強(qiáng) 大，可根據(jù)需要選歌， 使用方便 。另外，可以設(shè)計(jì)彩燈外觀效果，增設(shè)放歌時(shí)間、序號(hào)顯示燈功能，使音樂(lè)盒的功能更加豐富。 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 第二章 設(shè)計(jì)方案論證 方案列舉 方案一：用四個(gè)按鍵控制音樂(lè)的播放。按下播放鍵，用一點(diǎn)簡(jiǎn)單的控制之后，才開(kāi)始播放音樂(lè)。 方案二：用 4*4 小鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的選擇播放， 1～ A 按鍵控制播放 10 首音樂(lè)， C～ F 按鍵分別實(shí)現(xiàn)歡迎頁(yè)面、上一首、下一首、停止播放。設(shè)計(jì)用七段顯示數(shù)碼管 LCD 顯示播放時(shí)歌曲序號(hào)。 方案論證 1) 在方案 1中，共用了 4個(gè)按鍵，其中 3個(gè)按鍵控制播放 3 首音樂(lè)，另一個(gè)鍵控制音樂(lè)播放的停止。 2) 在方案 3中，共用了 3個(gè)按鍵，其中一個(gè)鍵用于控制開(kāi)機(jī)、播放、暫停，另兩個(gè)鍵用于上一首與下一首切換。功能過(guò)于單一，顯示效果不佳。 本次設(shè)計(jì)是一個(gè)基于 AT89C51系列單片機(jī)的音樂(lè)盒，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)原理，通過(guò)硬件電路制作以及軟件編譯，設(shè)計(jì)制作出一個(gè)多功能多功能音樂(lè)盒。使用一個(gè)按鍵來(lái)控制開(kāi)始，播放和暫停。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。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 21 總體框圖 音樂(lè)盒的功能結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。按鍵 2， 3負(fù)責(zé)切換 播放歌曲，播放歌曲共 3 首，同時(shí) LCD 顯示相應(yīng)的曲目，顯示曲目標(biāo)號(hào)共 3 種。首先要了解對(duì)應(yīng)的音調(diào)， 音調(diào)主要由聲音的頻率決定，同時(shí)也與聲音強(qiáng)度有關(guān)。另外， 音符的頻率有所不同。 音符的發(fā)音主要靠不同的音頻脈沖。只要算出某一音頻的周期（ 1/頻率），然后將此周期除以 2，即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(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。將 51 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)器模式 1下，改變計(jì)陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5 數(shù)初值 TH0,TL0 以產(chǎn)生不同的頻率。例如 C 調(diào)的低 1DO的 THTL=6553650000/262=63627，中音 DO 的 THTL=65536500000/523=64580,高音 DO 的 THTL=65536500000/1042=65056。比如說(shuō)音樂(lè)是 C調(diào)的，那么出現(xiàn)低音的 5SO，直接將代碼寫為 1；出現(xiàn)低音 6LA,直接寫一個(gè) 2的代碼；出現(xiàn)低音 7SI，直接寫一個(gè) 3代碼。例如， 1 拍 =,1/4 拍 =，以此類推。為了方便，將節(jié)拍數(shù)也進(jìn)行了編碼，并且計(jì)算了樂(lè)譜節(jié)拍編程時(shí)的延時(shí)時(shí)間，如表 33 和表 34 所示。 歌曲的編碼改寫實(shí)例 據(jù)前幾節(jié)的知識(shí)，我們不難知道給我們一首歌，只要我們查看對(duì)應(yīng)的 音調(diào)（節(jié)拍） 及音符對(duì)應(yīng)的編碼表就可以把一首歌寫成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)了，下面我們以一首歌作實(shí)例編一下“歌譜”。 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 圖 35 歌曲五線譜與簡(jiǎn)譜 以第一個(gè)音符“ 3”為例 ，它是 中音 3M，在音樂(lè)簡(jiǎn)譜中占 1/2 個(gè)節(jié)拍，根據(jù)上述的編碼方法，將其編碼為 64H。 管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低 八位。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入 。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存 儲(chǔ)器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 時(shí)鐘復(fù)位電路 AT89C51 的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘 復(fù)位電路構(gòu)成。單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是盡可能的減少外部電路的條件下，使單片機(jī)工作的系統(tǒng)。 在 XTAL1 和 XTAL2 引腳之間外接石英晶體振蕩器及兩個(gè)諧振電容，就可構(gòu)成內(nèi)部時(shí)鐘電路。 本設(shè)計(jì)用的時(shí)鐘電路由單片機(jī) XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體振蕩器（ 12MHZ）及起諧振電容 C1 C2（均為 30PF）組成。 單片機(jī)復(fù)位電路有兩種形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。通常晶振為 6MHZ 時(shí)，復(fù)位電路元件參數(shù)為 22μ F 的電解電容和 1 KΩ 的電阻，若晶振為 12MHZ 時(shí)，復(fù)位電路元件參數(shù)為 10 μ F 電解電容和 10 KΩ的電阻。 如圖 41所示 圖 41 時(shí)鐘復(fù)位電路 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1X1CR Y S T A LC13 0 p FC23 0 p FC31 0 u FR21 0 k陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 按鍵輸入電路 按鍵概述 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)的主要手段。 編碼鍵盤：由 硬件邏輯電路完成必要的鍵識(shí)別工作與可靠性措施。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜。有獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。隨后，確定鍵盤工作方式 —— 采用中斷或查詢方式輸入鍵操作信息。非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動(dòng)的消除，鍵值查找及一些保護(hù)措施的實(shí)施等任務(wù)，均由軟件來(lái)完成。 應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是 CPU 的工作內(nèi)容之一。考慮儀表系中 CPU 任務(wù)的份量，來(lái)確定鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方有查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式）、中斷掃 描方式。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。缺點(diǎn)：每個(gè)按鍵需占用一根 I/O 口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)， I/O 口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜 ， 因此此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 矩陣鍵盤工作原理：行線通過(guò)上拉電阻接到 +5V 上。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。 圖 42 矩陣鍵盤原理圖 為了提高 CPU 的工作效率，采用中斷查詢方式。中斷掃描工作方式的一種