生日歌流水燈課程設(shè)計..

1、目錄第1章概述1.1單片機簡介1.2任務(wù)簡介第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1音樂的產(chǎn)生2.2系統(tǒng)方案第3章硬件設(shè)計3.1 89C51單片機 .1 12 335 6 63.2蜂鳴電路83.3流水燈電路93.4時鐘電路9第4章軟件設(shè)計 104.1.軟件設(shè)計 104.2設(shè)計方案11第5章系統(tǒng)調(diào)試與仿真 145.2系統(tǒng)的仿真調(diào)試階段155.3調(diào)試問題處理16第6章心得體會17參考文獻18附錄A:音樂播放器電路設(shè)計圖 19附錄B:程序清單200附錄C:程序清單202附錄D:程序清單203第1章概述1.1單片機簡介單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括

2、的講，一個芯片就成了一臺計算機。MCS-51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，于MCS-48單片機相比， 它的結(jié)構(gòu)更先進，功能更強，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令 數(shù)達111條，MCS-51單片機可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MCS-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分為如下幾個范疇：一、在智能儀器儀表的應(yīng)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)

3、點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻 率、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、濕度、壓力等物理量的 測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電 子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各中分析儀）。二、在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無所 不在。三、在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，點滴智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算

4、機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。單片機現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界各大芯片制造公司都推出自己的單片機，從 8位、16位到32位、數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流MCS-51系列兼容的，也有你兼容的，但他們各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供了 廣闊的天地。1.2任務(wù)簡介以51系列單片機為核心，以開發(fā)板為平臺；設(shè)計一個音樂播放器，完成播放生 日快樂歌曲的功能，流水燈控制電路，使連接在該電路上的8個發(fā)光二極管按順序以次閃爍。設(shè)計任務(wù)包括控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和應(yīng)用程序設(shè)計。21第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1音樂產(chǎn)生原理2.1.1演奏音樂原理通過控制單片機定時器的定時時間產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖，經(jīng)放大

5、后驅(qū)動蜂 鳴器發(fā)出不同音節(jié)的聲音，即聲調(diào)。用軟件延時來控制發(fā)音時間的長短，控制節(jié)拍。 把樂譜中的音符和相應(yīng)的節(jié)拍變換為定時常數(shù)和延時常數(shù)，作為數(shù)據(jù)表格存放在存 儲器中，由程序查表得到定時常數(shù)和延時常數(shù)，分別用來控制定時器產(chǎn)生的脈沖頻 率和發(fā)出該音頻脈沖的持續(xù)時間。2.1.2定時常數(shù)（計數(shù)值）與延時常數(shù)的確定產(chǎn)生音樂通過單片機的I/O 口輸出高低不同的脈沖信號來控制蜂鳴器發(fā)音。要想產(chǎn)生音頻脈沖信號，需要算出某一音頻周期（1/頻率），然后將此周期除以 2,即為半周期的時間。利用單片機定時器計時這個半周期時間，每當(dāng)計時到后就將輸出 脈沖的I/O 口反相，然后重復(fù)計時此半周期時間再對I/O 口反相，這

6、樣就能在此I/O口上得到此頻率的脈沖。用軟件延時來控制發(fā)音時間的長短，控制節(jié)拍，各調(diào)1/4節(jié)拍時間如下：曲調(diào)值延時時間調(diào)4/4125ms調(diào)3/4187ms調(diào)2/4250ms本課題要求以單片機為核心設(shè)計一個簡易音樂播放器，具有自動播放樂曲的功 能。一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們 就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，音階對應(yīng)頻率關(guān)系 圖：C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的關(guān)系音符頻率(Hz)半周期(mS簡譜碼T 值定時值(H)簡譜碼T值定時值(D)低1 Do2621.90F894H62628低2 Re2941.70F95CH63835低3 Mi33

7、01.51FA1AH64021低4 Fa3491.43FA6AH64103低5 So3921.28FB00H64260低6 La4401.14FB8CH64400低7 Si4941.01FC0EH64524中1 Do5230.95FC4AH64580中2 Re5870.85FCAEH64684中3 Mi6590.76FD08H64777中4 Fa6980.72FD30H64820中5 So7840.64FD80H64896中6 La8800.57FDC6H64966中7 Si9880.51FE02H65030咼1 Do10460.47FE2AH65058咼2 Re11750.42FE5CH65

8、110高3 Mi13180.38FE84H65157高4 Fa13970.36FE98H65178高5 So15680.32FEC0H65217咼6 La17600.28FEE8H65252高7 Si19670.25FF06H652832.2系統(tǒng)方案本設(shè)計用89C51單片機為核心，在上個程序中我們是逐個控制P1端口的每個位來實現(xiàn)的，因此程序顯得有點復(fù)雜，下面我們利用循環(huán)移位指令，采用循環(huán)程序 結(jié)構(gòu)進行編程。我們在程序一開始就給 P1 口送一個數(shù)，這個數(shù)本身就讓 P1.0先低, 其他位為高，然后延時一段時間，再讓這個數(shù)據(jù)向高位移動，然后再輸出至P1 口，這樣就實現(xiàn)“流水”效果啦。由于8051系列

9、單片機的指令中只有對累加器ACC中數(shù)據(jù)左移或右移的指令，因此實際編程中我們應(yīng)把需移動的數(shù)據(jù)先放到ACC中，讓其移動，然后將ACCS動后的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)送到 P1 口，這樣就可以實現(xiàn)“流水”效果。同 時揚聲器播放生日快樂歌曲！按復(fù)位鍵，單片機重新工作！第3章硬件設(shè)計3.1 89C51單片機AT89C51 簡介AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器(FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。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編輯本

10、段管腳說明：VCC :供電電壓。GND :接地。P0 口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸 入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗

11、時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4個TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1 ”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1 ”時，它利P2 口輸出其特用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉

12、電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL門電流。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。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。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P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INTO （外部中斷 0）P3.3 /INT1 （外部中斷 1）P3.4 T0 （記時器0外部輸入）P3.5 T1 （記時器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校

13、驗接收一些控制信號。RST :復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG :當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE才起作用。 另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁

14、止，置位無 效。/PSEN :外部程序存儲器的選通信號在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP :當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH )，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為 RESET ；當(dāng)/EA端保持高電平時， 此間內(nèi)部程序存儲器。 在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP )。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。3.2蜂鳴電路發(fā)音由單片機程序控制，P3

15、.7端口輸出不同頻率的高低電平， P3.7輸出的脈沖頻率不同，從而揚聲器根據(jù)不同頻率的脈沖發(fā)出的聲音也不相同，發(fā)音電路如下圖XL丄 2豈711 1-1111 I所示：P3.0/RXD P31ffXD P3.2JNTTP3.3/INT1F3ATTOP3.5riP3.6AM?P3.7/RDSOUNDER=TEX3.3流水燈電路單片機給pi 口送一個數(shù)，這個數(shù)本身就讓 P1.0先低，其他位為高，然后延時一段 時間，再讓這個數(shù)據(jù)向高位移動，然后再輸出至pi 口，這樣就實現(xiàn)“流水”效果。如下圖P3F1HF3JF1.1F3.P121F3P3：科*P 1_5FIF1J5P3F17F；Z73.4最小系統(tǒng)電路如

16、圖C122uFC2二 X112M10uF第4章軟件設(shè)計4.1.軟件設(shè)計主程序設(shè)計的第一步為初始化，初始化I/O 口，設(shè)置定時器定時時間，寫定時器工作方式寄存器，設(shè)置允許 TO中斷。剛開始需要將存儲單元置1,全部置1之后更新顯示緩沖區(qū)。接著進行顯示初始化，開定時器TO,這樣就可以開始顯示了。設(shè)置完以后程序就不斷檢測按鍵情況。檢測使用軟件去抖，也就是第一次檢測到有鍵按 下后，如果有鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)指令。本設(shè)計還設(shè)計了防誤操作程序，也就是對于 一個鍵，按一下和一直按著的效果是一樣的，這樣可以防止用戶還沒放開此鍵時， 程序已進行第二次或多次同樣的操作。程序中根音選取的是 C調(diào)三個8度內(nèi)的音符，共21個

17、音。每個音符對應(yīng)頻率由 定時器TO產(chǎn)生（音符頻率及對應(yīng)計數(shù)初值見附表 ）。為了程序調(diào)用方便，每個音符都 對應(yīng)一個編碼，占用一個字節(jié)。在程序中以查表的方式加載計數(shù)初值。當(dāng)值為00H時表示空拍，與節(jié)拍碼配合完成節(jié)拍發(fā)音。節(jié)拍碼也占一個字節(jié)，其總時間長度等 于基本時間乘以節(jié)拍碼的值。節(jié)拍碼值為01H時，表示當(dāng)前樂曲結(jié)束，為00H時，表示全部樂曲結(jié)束。為了編碼簡單，一般節(jié)拍碼高半字節(jié)表示整拍，低半字節(jié)表示 分數(shù)，只要基本延時設(shè)定恰當(dāng)即可，為了及時響應(yīng)鍵盤操作，鍵掃描指令安排在基 本延時時間子程序中。按鍵每按下一次，樂曲數(shù)目計數(shù)器R5加1或減1，然后根據(jù)R5的內(nèi)容轉(zhuǎn)向不同的樂曲。4.2系統(tǒng)方案系統(tǒng)初始化

18、后，進入播放功能。開始從第一首曲目開始循環(huán)播放。播放過程中 如果出現(xiàn)跳選曲目則進入相應(yīng)的曲目程序程序設(shè)計流程如下所示。根據(jù)流程圖寫程序：#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intsbit BEEP=P3A7;uchar code SONG_TONE=212,212,190,212,159,169,212,212,190,212,142,159,212,212,106,126,159,169,190,119,119,126,159,142,159,0;uchar code SONG_LONG=9,3,12

19、,12,12,24,9,3,12,12,12,24,9,3,12,12,12,12,12,9,3,12,12,12,24,0;void DelayMS(ui nt x) uchar t;while(x-) for(t=0;t120;t+);void PlayMusic()uint i=O,j,k;P1=0xfe;while(SONG_LONGi!=0|SONG_TONEi!=0)for(j=0;jSONG_LONGi*20;j+)BEEP=BEEP;for(k=0;kSONG_TONEi/3;k+);P1 = 1;P1 |= 0x01;DelayMS(10);i+;if(P1 = 0x7f)D

20、elayMS(30);P仁 Oxfe;void mai n()BEEP=0;while(1)PlayMusic();DelayMS(500);第5章系統(tǒng)調(diào)試與仿真5.1軟件仿真階段單片的程序用KEIL編寫的。在keil內(nèi)建立工程后建立匯編文件,編寫MCS-51程序。1、編譯成功后，分模塊調(diào)試，分別采用“白盒”和“黑盒”測試法 驗證程序的正確性2、將調(diào)試成功的各模塊，合并到總程序中，進行總體性能測試。3、聯(lián)調(diào)PROTEUS進行硬件仿真，單步，斷點調(diào)試，觀察運行結(jié)果,并修改源程序5.2系統(tǒng)的仿真調(diào)試階段基于單片機的音樂播放器的是利用 PROTEUS軟件來實現(xiàn)電腦仿真的，仿真步驟如下:4、打開PRO

21、TEUS軟件，選擇器件，連接電路圖；5、添加已經(jīng)編譯的HEX文件到單片機內(nèi)；6、單步運行，觀察結(jié)果，比較預(yù)定結(jié)果，修改源程序;7、總體調(diào)試運行；&分組測試，看是否達到任務(wù)要求。調(diào)試圖1!&:JTAL1XTAL2陋P0W1IPC2TAP71OJFR1FCSA&GPCI.7W&7 C3 Qktf31HPEENALE嚀那1 口 FZAIIFZ.M12F2JffA1+：r=T| MgTEXT=-姑一3遵一一abzltga注誥一盤“一竺證E5語-秋汎“汀貳戶訂徉e5.3調(diào)試問題處理1、是否短路用萬用表檢查P2兩端是短路。電阻為0,則短路，電阻為一適值， 電路正常。2、焊接順序焊接的順序很重要，按功能劃分

22、的器件進行焊接，順序是功 能部件的焊接-調(diào)試-另一功能部件的焊接，這樣容易找到問題的所 在。3、器件功能1 ）檢查原理圖連接是否正確2 ）檢查原理圖與器件的 DATASHEET引腳是否一致3 ）用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象4 ）查詢器件的DATASHEET分析一下時序是否一致，同時分 析一下命令字是否正確4、另外，我們有在同學(xué)的幫助下做一硬件開發(fā)板，由于開發(fā)板上用 12MHZ勺晶振管的晶振管，而老師給的樂譜轉(zhuǎn)換條件為 6MHZ導(dǎo)致在 音譜轉(zhuǎn)換過程中，是按6MHZ進行的，在實際播放時，音樂的播放不 是特別的清楚。第6章心得體會這學(xué)期學(xué)習(xí)單片機的時間只有2周時間，對單片機的硬件設(shè)計，軟件設(shè)

23、計掌握的深度不夠，但通過此次課程設(shè)計，卻改變了很多，首先對于硬件電路的工作原 理有了進一步的學(xué)習(xí)，同樣就有了進一步的認識；其次軟件方面，在程序的設(shè)計， 程序的調(diào)試方面都學(xué)到了很多東西，這是第一次編寫單片機的大程序，很有成就感。2 . 在一個好的氛圍里才能踏下心來做東西，在這幾天課設(shè)的時間里，實驗室的氛 圍對我們的影響很大，大家一起努力，這也是我們能完成課設(shè)的動力。另外在編程 中出現(xiàn)問題時，一定要戒驕戒躁，腳踏實地，認真看書，仔細分析，仔細調(diào)試，就 一定會發(fā)現(xiàn)錯誤，克服困難，我們也是這么做的，這在課設(shè)中十分重要。 3這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程問題，最后在周向紅老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在周老師那里我學(xué)得到很多實用的知識， 在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的 感謝！參考文獻1、單片機原理與應(yīng)用 王迎旭等編機械工業(yè)出版社2、51系列單片機設(shè)計實例 樓然苗等編北京航空航天大學(xué)出版社3、計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)實驗教程 黃勤等編 重慶大學(xué)出版社4、 微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用劉樂善主編 華中科技大學(xué)出版社5、單片微型計算機原理及接口技術(shù)陳光東等編 華中科技大學(xué)出版社6單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航求是科技編著人民郵電出版社出版7、單片機程序設(shè)計實例 先鋒工作室編著清華大學(xué)出版社出附錄A：音樂播放器電