畢業(yè)論文基于AT89C51單片機(jī)的音樂流水燈設(shè)計(jì)【定稿】

1、東華理工大學(xué)長江學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 基于at89c51單片機(jī)的音樂流水燈設(shè)計(jì) 英文題目 microcontroller-based music designed light water學(xué)生姓名： 喬 建 申請學(xué)位門類： 工學(xué)學(xué)士 學(xué) 號： 09325321 專 業(yè)： 電子信息工程 系 別： 機(jī) 電 系 指導(dǎo)教師： 陳 銳 職稱： 講 師 二0一三年六月摘 要隨著科技和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量和生活環(huán)境的要求不斷的提高，多彩多樣的彩燈成了現(xiàn)今裝飾和美化的時(shí)尚和潮流。千姿萬態(tài)的流水燈能給人一種視覺沖擊。擬采用單片機(jī)at89c51去實(shí)現(xiàn)這種千變?nèi)f化的流水燈。單片機(jī)技術(shù)是一種傳統(tǒng)和典型的技術(shù)，

2、具有智能化、體積小、集成度高和價(jià)格低廉等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。而且單片機(jī)明顯優(yōu)越于其他電子電路，其硬件電路和軟件方面都不是特別復(fù)雜。本設(shè)計(jì)將所學(xué)的單片機(jī)的理論和動手實(shí)踐結(jié)合起來，主要利用at89c51單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)音樂流水燈。首先設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定的直流電源電路，然后設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，為單片機(jī)的正常工作提供條件，然后再設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路和聲音驅(qū)動電路，可以使單片機(jī)能夠更好的控制與編譯音樂部分，另外還設(shè)計(jì)一個(gè)通信電路以方便單片機(jī)和pc機(jī)的連接與通信，最后還需要設(shè)計(jì)按鍵電路用來控制音樂流水燈。為了使蜂鳴器能夠正常的發(fā)生還需設(shè)計(jì)一個(gè)音頻電路。硬件電路設(shè)計(jì)后要將各模塊連接起來進(jìn)行仿真和調(diào)試。軟件設(shè)計(jì)部分則需要將各

3、電路模塊進(jìn)行編譯，并設(shè)計(jì)音樂頻率程序、流水燈程序和按鍵程序，同時(shí)將其進(jìn)行仿真調(diào)試和組合調(diào)試。以實(shí)現(xiàn)在播放音樂時(shí)led燈有千變?nèi)f化的效果，以滿足對視覺上的享受。關(guān)鍵詞：單片機(jī)； 音樂； 流水燈； 仿真；abstractwith the science and technology and the economy the rapid development, people pairs quality of life and living environment the requirements of continuously improve, colorful and diverse of the

4、 lantern became a nowadays decorative and beautifys fashion and trend. zi million-state of flowing water lamp can give a person one kinds visual impact. intends to adopt at89c51 microcontroller to go achieve such kaleidoscopic of flowing water lights. mcu technology is a kind of tradition and typica

5、l technical, with intelligent, the volume is small, high integration and price inexpensive and so on many unique advantages. moreover single-chip obviously superior to other electronic circuit, its hardware circuits and software aspects of are not particularly complicated.the single-chip design will

6、 combine theory and practice, the main use at89c51 single-chip design of a musical water lights. first, design a stable dc power supply circuit, and then design a reset circuit for the microcontroller to provide normal working conditions, and then design a clock circuit and sound driver circuit, wil

7、l enable mcu to better control and compile music part, in addition to design a to facilitate communication circuit chip and pc connectivity and communication, and finally also need to design the circuit to control the music keys light water. in order to make the buzzer to normal design an audio circ

8、uit needs to happen. after the hardware circuit design to connect the modules for simulation and debugging. software design will need to be compiled each circuit module, and the design frequency of the music program, water lights and key procedures, and its combination of simulation debugging and de

9、bugging. when playing music in order to achieve a kaleidoscopic effect led lights to meet the visual enjoyment.key words:mcu; music; light water； simulation目 錄摘 要iabstractii目 錄11. 緒 論11.1 單片機(jī)的概念11.2 單片的歷史、發(fā)展和應(yīng)用42. 總體設(shè)計(jì)62.1 設(shè)計(jì)要求62.2 設(shè)計(jì)方案選擇62.3 整體設(shè)計(jì)思路63. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與部分電路說明83.1 硬件設(shè)計(jì)框圖83.2 部分電路說明83.2.1 電源及啟動

10、電路83.2.2 復(fù)位電路93.2.3 時(shí)鐘電路103.2.4 通信電路103.2.5 鍵盤電路113.2.6 流水燈電路113.2.7 音頻電路123.3 電路原理圖及說明124. 系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì)與分析134.1 音樂程序設(shè)計(jì)134.1.1 音樂程序流程圖144.2 流水燈設(shè)計(jì)164.2.1 流水燈程序流程圖164.2.2 流水燈程序164.3 音樂流水燈程序164.3.1 音樂流水燈程序流程圖164.3.2 音樂流水燈程序175. 系統(tǒng)調(diào)試與仿真195.1 硬件調(diào)試195.2 軟件調(diào)試195.3 軟件仿真19總 結(jié)22致 謝23參考文獻(xiàn)24附錄一25附錄二26附錄三31附錄四321. 緒

11、 論1.1 單片機(jī)的概念單片機(jī)是在一塊芯片上超大規(guī)模集成技術(shù)集中了中央處理單元（cpu）、隨機(jī)存儲器（ram）、只讀存儲器（rom）、特殊功能寄存器（sfr）和各種輸入/輸出（i/o）接口（定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)接口、并行和串行i/o接口以及a/d轉(zhuǎn)換接口等）的微型計(jì)算機(jī)，又稱微控制器。目前最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)可以將聲音和圖像等復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上，所以單片機(jī)亦被稱為微控制器和嵌入式控制器。at89c51單片機(jī)是由美國atmel公司生產(chǎn)的具有低電壓和低功耗、高性能、多功能的通用型8位單片機(jī)，其具有龐大而豐富的內(nèi)部資源：1個(gè)8位中央處理機(jī)cpu、12mhz的片內(nèi)時(shí)鐘電路、128+21

12、b的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、4kb的片內(nèi)程序只讀存儲器、4kb閃存、4個(gè)8位并行i/o接口、1個(gè)串行i/o接口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源、具有4.255.50v的電壓工作范圍和024mhz的工作頻率，另外使用at89c51單片機(jī)時(shí)無需外擴(kuò)存儲器。at89c51芯片的引腳功能如圖1-1所示：vcc：電源電壓gnd：接地端rst：即reset，復(fù)位輸入端。單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，若rst引腳上出現(xiàn)高電平并保持2個(gè)時(shí)鐘周期，則實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，所有的i/o引腳都將復(fù)位為“1”，單片機(jī)恢復(fù)為初始狀態(tài)。xtal1：即反向震蕩放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。圖1-1 8051芯片的引腳圖 xtal2：即反

13、向震蕩放大器的輸出和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸出。對于chmos芯片，該引腳懸空不接。alu：算數(shù)邏輯單元。可進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算和與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算，另外還可執(zhí)行增量、減量、左移位、右移位、半字節(jié)更換以及位處理等操作。acc：8位累加器。psw：8位程序狀態(tài)字。其中存放著當(dāng)前alu的一些操作狀態(tài)特征，詳見表1-1，其字節(jié)地址是d0h。表1-1 程序狀態(tài)字內(nèi)部定義psw位psw.7psw.6psw.5psw.4psw.3psw.2psw.1psw.0位地址d7hd6hd5hd4hd3hd2hd1hd0h位符號cyacf0rs1rs0ovf1ppsen：片外程序存儲器讀選通信號輸出端。當(dāng)從外

14、部程序存儲器讀取數(shù)據(jù)或者指令時(shí)，psen的每個(gè)機(jī)器周期2次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回?cái)?shù)據(jù)或指令。dptr:16位數(shù)據(jù)指針。主要用來存放外部ram的數(shù)據(jù)地址和rom數(shù)據(jù)表的基地址。內(nèi)存中包含dpl和dph兩個(gè)8位寄存器，其中dph存放地址的高8位，dpl存放地址的低8位。sp：8位堆棧指針。用于指出當(dāng)前堆棧的頂部地址。當(dāng)單片機(jī)內(nèi)有入棧操作時(shí)，sp自動加1，出棧時(shí)sp=sp-1。pc:16位程序計(jì)數(shù)器。只有中斷、跳轉(zhuǎn)和調(diào)用指令才能使其作其他變化。其中單片機(jī)開機(jī)或者復(fù)位時(shí)，pc的起始值為0000h。p0口：p0.0p0.7統(tǒng)稱為p0口。當(dāng)不接外部存儲器或不擴(kuò)展i/o接口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出

15、接口。當(dāng)接有外部存儲器或擴(kuò)展i/o接口時(shí)，p0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。分時(shí)可提供低8位地址總線和8位雙向數(shù)據(jù)總線。 圖1-2 p0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖p1口：8位準(zhǔn)雙向i/o接口，包括p1.0p1.7。p1.0和p1.1有第二功能，p0.1可用作定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端t2;p1.1則可用作定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部控制端t2ex。圖1-3 p1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖p2口：引腳p2.0p2.7的統(tǒng)稱，一般可作為準(zhǔn)雙向i/o接口。當(dāng)接有外部存儲器或擴(kuò)展i/o接口且尋址范圍超過256b時(shí)，p2口還可當(dāng)作是高8位地址總線送出高8位地址。p3口：雙功能口，包括p3.0p3.7，可作為一般的準(zhǔn)雙向i/o接口，同時(shí)也可

16、以將每1位用于第2功能，另外p3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入/輸出或第2功能。圖1-4 p2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1-5 p3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表1-2 p3口引腳第二功能說明引腳名第二功能描述引腳名第二功能描述p3.0rxd串行口輸入p3.2into外部中斷0（低電平有效）p3.1txd串行口輸入p3.3int1外部中斷1（低電平有效）p3.4定時(shí)器t0外部輸入p3.6wr外部ram寫信號（低電平有效）p3.5定時(shí)器t1外部輸入p3.7rd外部ram讀信號（低電平有效）1.2 單片的歷史、發(fā)展和應(yīng)用單片機(jī)包括4位/8位/16/位/32位等，從8位單片機(jī)的誕生開始，其發(fā)展歷史大致可分為以下幾個(gè)

17、階段：（1）第一階段（19761978）：單片機(jī)發(fā)展的初期階段，主要是探索計(jì)機(jī)算機(jī)的單芯片集成。（2）第二階段（19781982）：單片機(jī)的完善階段。完善的外部總線。設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、控制總線、16位地址總線以及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。cpu外圍功能單元的集中管理模式。設(shè)置能體現(xiàn)工控特性的位地址空間和位操作方式。指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。（3）第三階段（19821990）：微控制器的形成階段。此階段是8位單片機(jī)得到鞏固與發(fā)展以及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器方向發(fā)展的重要階段。（4）第四階段（1990）：微

18、控制器的全面發(fā)展階段?？v觀單片機(jī)的發(fā)展歷史，由于單片機(jī)不斷出現(xiàn)的新的特點(diǎn)，其朝著多功能、多選擇、高速度、低價(jià)格、擴(kuò)大存儲容量和加強(qiáng)i/o功能及結(jié)構(gòu)兼容等方向發(fā)展，大致有以下幾個(gè)方向：多功能高性能低電壓和低功耗串行擴(kuò)展總線由于單片機(jī)的智能化、體積小、運(yùn)用靈活，而且成本低等許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，使其涉及到我們生活中的每個(gè)領(lǐng)域，如家用電器、智能儀表、工業(yè)控制、航空航天、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等。但單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其應(yīng)用范疇和由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的電子涉及方法和科技策略，使科技上先前無法實(shí)現(xiàn)的理論技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)并轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，推動了社會進(jìn)步，改善了人類生活。2. 總體

19、設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)音樂流水燈，其設(shè)計(jì)要求如下：（1）用單片機(jī)編譯和控制。單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的核心部分，所有的程序、數(shù)據(jù)和指令都需經(jīng)過單片機(jī)編譯和控制。（2）用8個(gè)發(fā)光二極管作為顯示電路。通過二極管的亮滅來反應(yīng)流水燈的效果。（3）播放5首音樂。本設(shè)計(jì)中選取了5首音樂，用來實(shí)現(xiàn)其相互切換和順序播放。（4）能夠根據(jù)音樂的節(jié)奏控制顯示燈的亮滅。根據(jù)音樂的節(jié)奏和音符，單片機(jī)控制對應(yīng)端口的電平狀態(tài)，從而控制led燈的亮滅。2.2 設(shè)計(jì)方案選擇音樂流水燈可通過多種電路設(shè)計(jì)完成，而在這里提供常用的三種方案：（1）采用fpga作為系統(tǒng)的控制器,即現(xiàn)場可編程門陣列。其將所有器件集成

20、在一塊芯片上，不僅縮小了體積，提高了穩(wěn)定性，而且還可用eda軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。fpga采用了并行的輸入輸出方式，具有很高的處理速度?？捎脕韺?shí)現(xiàn)各種規(guī)模大，密度高，邏輯功能復(fù)雜的程序。由于本設(shè)計(jì)中對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，而fpga集成度高，成本高，芯片的引腳數(shù)較多，為電路的設(shè)計(jì)和焊接增加了復(fù)雜程度。所以不采用fpga。（2）采用可編程控制器，即plc，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的系統(tǒng)。由于具有可編程的存儲器，可存儲執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)、順序控制等操作，通過模擬或數(shù)字輸入輸出模塊，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc具有可靠性高、操作簡單、編程方便和靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。雖然plc可以使用多種程序語言，而

21、且采用非的編程語言包括功能模塊、梯形圖、功能表圖等，但是昂貴的價(jià)格，使得設(shè)計(jì)成本較高，故不采用。（3）采用單片機(jī)編程控制。單片機(jī)不僅可以將軟件部分和硬件部分結(jié)合起來，還可以再惡劣的環(huán)境下應(yīng)用。單片機(jī)在穩(wěn)定性和可靠性方面都有很好的保證，而且低電壓和低功耗，精度較高，成本低等眾多的優(yōu)點(diǎn)，使得本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)最為合適。2.3 整體設(shè)計(jì)思路通過利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來定時(shí)時(shí)間，以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，用來驅(qū)蜂鳴器發(fā)出不同的音節(jié)的聲音，同時(shí)可利用延時(shí)子程序來控制音調(diào)的節(jié)拍。不同的頻率可產(chǎn)生不同的音調(diào)，而每個(gè)音調(diào)都是由一個(gè)節(jié)拍和一個(gè)音符構(gòu)成。音調(diào)的高低由音符決定，而節(jié)拍則是決定是該音調(diào)是多少節(jié)拍。由此可

22、見，一個(gè)音調(diào)占用的是兩個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可根據(jù)音符字節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的大小次數(shù)的延時(shí)，同時(shí)聲音輸出口取相反，就可得到該音調(diào)的高低音；同時(shí)根據(jù)設(shè)置單元的延時(shí)多少，可控制音樂播放速度。為了編程的簡單和方便，一般可將簡單的音符和對應(yīng)的節(jié)拍轉(zhuǎn)換成定時(shí)和延時(shí)常數(shù)，分別控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的相應(yīng)的脈沖頻率和該頻率持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間到時(shí)，程序則會自動查找下一個(gè)音符的定時(shí)常數(shù)和延時(shí)常數(shù)。時(shí)間常數(shù)可通過查表法獲得。以此類推，并循環(huán)，就可聽到美妙動聽的音樂。將單片機(jī)的一個(gè)i/o端口定義為聲音輸出端，在一定的節(jié)拍中，根據(jù)音符字節(jié)的大小來產(chǎn)生延時(shí)，同時(shí)可將聲音輸出口不斷的置高或置低(即取反)，由此便可獲得相應(yīng)的音調(diào)。簡

23、譜中每個(gè)音符和對應(yīng)的脈沖頻率可用內(nèi)部定時(shí)器的t0方式產(chǎn)生，同時(shí)利用延時(shí)常數(shù)控制脈沖頻率持續(xù)的時(shí)間。另外可在單片機(jī)上的p0p8腳接led燈，用來加強(qiáng)觀賞性和實(shí)用性。3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與部分電路說明3.1 硬件設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)中的硬件電路是由七個(gè)電路模塊和單片機(jī)構(gòu)成，通過將電路模塊與單片機(jī)連接起來，擴(kuò)展和加強(qiáng)其功能，使各電路共同工作，用來實(shí)現(xiàn)音樂流水燈效果。其中流水燈在本設(shè)計(jì)中用8個(gè)led燈來實(shí)現(xiàn)。通過控制每個(gè)led燈對應(yīng)的單片機(jī)接口的電平狀態(tài)來控制led燈的亮滅，當(dāng)p0口的電平為高電平時(shí)，對應(yīng)的led燈發(fā)光，若要使led燈熄滅，則只需要將對應(yīng)的p0口的電平變?yōu)榈碗娖郊纯伞Ｍ暾挠布到y(tǒng)框架圖如圖3

24、-1： 圖3-1 硬件系統(tǒng)框架圖本設(shè)計(jì)的目的是要實(shí)現(xiàn)根據(jù)音樂聲音的大小和節(jié)奏來調(diào)節(jié)流水燈的流水速度和節(jié)奏。將各電路之間的接線連接正確后，對系統(tǒng)進(jìn)行通電。單片機(jī)剛通電時(shí)，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，掃描p2.2口，判斷按鍵是否按下，同時(shí)掃描出并確定的即將執(zhí)行的功能。流水燈的流水效果是通過每個(gè)燈的亮滅而實(shí)現(xiàn)的。3.2 部分電路說明3.2.1 電源及啟動電路本設(shè)計(jì)若用普通電池供電，需要串聯(lián)許多電池，驅(qū)動led燈和蜂鳴器，單片機(jī)工作時(shí)間會很短，而且電池工作時(shí)間久了電壓不穩(wěn)定，甚至達(dá)不到工作電壓。故本設(shè)計(jì)擬采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路獲得穩(wěn)定的5v電壓提供給單片機(jī)，從而簡單的解決了單片機(jī)的工作時(shí)間，且降低了設(shè)計(jì)成本。電路

25、原理圖如圖3-2所示：圖3-2 供電電路將220v交流電通過變壓器轉(zhuǎn)換成低壓交流電，再經(jīng)過橋式整流電路和濾波電容的整流和濾波，在lm7805的gnd端和vin端形成不穩(wěn)定的直流電壓，再經(jīng)過lm7805的穩(wěn)壓和濾波電路即可產(chǎn)生穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。3.2.2 復(fù)位電路單片機(jī)啟動時(shí)需要復(fù)位，確保cpu和系統(tǒng)各單元都處于確定的初始狀態(tài)，并且從初始狀態(tài)開始工作。圖3-3所示即為單片機(jī)的手動按鍵復(fù)位電路原理圖.首先經(jīng)過上電復(fù)位，在按下按鍵時(shí)，復(fù)位端口rst通過電阻與vcc連接，為復(fù)位提供高電平，同時(shí)電容經(jīng)過電阻放電：放開按鍵時(shí)，電源對電容進(jìn)行充電，此時(shí)rst依舊為高電平，依然是處于復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)充電結(jié)束

26、后，電容相當(dāng)于斷路，若rst處于低電平，系統(tǒng)開始正常工作。圖3-3 復(fù)位電路3.2.3 時(shí)鐘電路本電路利用到單片機(jī)內(nèi)的振蕩器的反向放大器，xtal1為輸入端，xtal2為輸出端，這兩個(gè)引腳之間跨接晶體振蕩器和可微調(diào)電容，便形成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。該電路原理如圖3-4：圖3-4 時(shí)鐘電路3.2.4 通信電路本電路用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和pc機(jī)的通信。由于系統(tǒng)和pc機(jī)連接進(jìn)行通信時(shí)，通過max232電路將pc機(jī)串口電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成ttl電平。其電路原理圖為：圖3-5 通信電路max232具有電平轉(zhuǎn)換功能，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為：電荷泵電路，包括1、2、3、4、5、6引腳和4個(gè)電容，提供給rs-232串口12v兩

27、個(gè)電源。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，包括7、8、9、10、11、12、13、14引腳，而7腳（t2out）、8腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in）為第一數(shù)據(jù)通道，11腳（t1in）、12腳（r1out）、13腳（r1in）、14腳（t1out）為第二數(shù)據(jù)通道；t1in、t2in將ttl/cmos數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為rs-232數(shù)據(jù)，通過t1out和t2out傳送到電腦dp9端口，反之,rs-232數(shù)據(jù)通過r1in和r2in輸入轉(zhuǎn)換為ttl/cmos數(shù)據(jù)，再從r1out、r2out輸出。最后一部分則是供電部分，即15腳gnd和16腳vcc。3.2.5 鍵盤電路本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立鍵盤，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)任務(wù)過程中的任

28、務(wù)切換和選擇，分別控制單片機(jī)的p3.0p3.5端口，其電路原理圖如下：圖3-6 鍵盤電路按下按鍵，將低電平連接到i/o口上，通過軟件程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集處理分析，便可得到單片機(jī)下一步將要執(zhí)行的操作。部分代碼如：jnb p3.1,yy1 ;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂1jnb p3.2,yy2 ;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂2jnb p3.3,yy3 ;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂3jnb p3.4,yy4 ;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂4jnb p3.5,yy5 ;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂53.2.6 流水燈電路本電路采用8個(gè)led燈，依次接在p1.0p1.7端口，公共端接地。若p1口輸出高電平，則led燈亮，

29、若輸出的是低電平，則led燈滅。其電路原理圖如：圖3-7 流水燈電路3.2.7 音頻電路本電路負(fù)責(zé)音樂的播放和停止，如果直接用單片機(jī)的輸出電壓和信號驅(qū)動蜂鳴器，發(fā)出的聲音不僅微弱，而且不清晰。因此，必須給蜂鳴器附加一個(gè)pnp晶體管來作為驅(qū)動，其電路原理圖為：圖3-8 音頻電路當(dāng)p2.o端口的電平為高電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)出聲音，當(dāng)p2.0端口的電平為低電平時(shí)，才會發(fā)出聲音。而本設(shè)計(jì)中利用單片機(jī)處理不同頻率的音調(diào)后在p2口產(chǎn)生不同頻率的信號，從而使蜂鳴器播放出一首完整連續(xù)的音樂。3.3 電路原理圖及說明本設(shè)計(jì)的完整電路原理圖如附錄一，將電路及啟動電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、通信電路、鍵盤電路、流水燈電

30、路和音頻電路完整的連接在一起，靈活的工作，同時(shí)將整個(gè)電路的功能進(jìn)行擴(kuò)展，從而完成本設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求。4. 系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì)與分析4.1 音樂程序設(shè)計(jì)用程序控制單片機(jī)輸出端口的電平狀態(tài)，則在該端口上可產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上蜂鳴器就可發(fā)出相應(yīng)的聲音；再用延時(shí)程序控制電平的持續(xù)時(shí)間，就可改變輸出的頻率，從而可改變音調(diào)。同樣，音樂音符的節(jié)拍用定時(shí)器控制，不同的初值會產(chǎn)生不同的定時(shí)時(shí)間。將定時(shí)器定義為以10ms為時(shí)間基準(zhǔn)，設(shè)置一個(gè)中斷計(jì)數(shù)器，單片機(jī)可通過判斷終端計(jì)時(shí)器的值控制節(jié)拍的時(shí)間。音樂的效果是由每一個(gè)音符的時(shí)間常數(shù)和對應(yīng)的節(jié)拍作為一組，按照一定的順序?qū)⒁皇滓魳防锏某?shù)排列而產(chǎn)生。每個(gè)音符用1個(gè)

31、字節(jié)表示，字節(jié)的高4位表示音符的高低，音符的節(jié)拍則用低4位表示。表4-1 音符頻率對應(yīng)表音符頻率/hz半周期/us頻率/hz半周期/us頻率/hz半周期/us 低音區(qū)中音區(qū)高音區(qū)126219085230956104604781#2771805554090311090451229417005780842117504262#311160862208041245040233301516659075913180372434914336980716139703584#3701350740067614800338539212767840638156803195#4151205831060216610292

32、644011368800568176002846#466107293205361865026874941012988050619760253注：“#”表示半音，及上升或下降時(shí)的半音，乘以2就提升該聲音一個(gè)八度音階，減半就降一個(gè)八度音階。表4-2 節(jié)拍碼對照表1/4節(jié)拍1/8節(jié)拍節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍41/2拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍71又3/4拍77/8拍82拍81拍92又1/4拍91又1/8拍a2又1/2拍a1又1/4拍b2又3/4拍b1又3/8拍c3拍c1又1/2拍d3又1/4拍d1又5/8拍e3又

33、1/2拍e1又3/4拍f2又3/4拍f1又7/8拍表4-3 各調(diào)節(jié)拍的時(shí)間表設(shè)定1/4節(jié)拍1/8節(jié)拍曲調(diào)值delay曲調(diào)值delay調(diào)4/4125毫秒調(diào)4/462毫秒調(diào)3/4187毫秒調(diào)3/494毫秒調(diào)2/4250毫秒調(diào)2/4125毫秒4.1.1 音樂程序流程圖圖4-1 音樂程序流程圖4.1.2 音樂程序本設(shè)計(jì)的主要目的是將5首音樂進(jìn)行順序播放，并且可以相互切換，每首歌曲播放結(jié)束后有一定的間隔時(shí)間，詳細(xì)程序見附錄二.部分程序如下：org 00h jmp start org 0bh jmp tim0start:mov tmod,01h mov ie,82h clr tr0 mov p2,0ffh

34、 mov a,p2 mov p2,0ffh rr a rr a anl a,00h mov 40h,a jb p3.0,$ ;p3.0 為起始信號 片選信號start0:mov 30h,00hsaomiao:mov a,40h jnb p3.1,yy1;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂1 jnb p3.2,yy2;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂2jnb p3.3,yy3;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂3jnb p3.4,yy4;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂4jnb p3.5,yy5;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂5mov dptr,table1 ;從音樂1開始演奏jmp conyy1: mov a,p3 ;cjne a,0

35、fdh,yy2 mov dptr,table1 ;演奏音樂2 jmp con4.2 流水燈設(shè)計(jì)4.2.1 流水燈程序流程圖圖4-2 流水燈程序流程圖4.2.2 流水燈程序本設(shè)計(jì)的流水燈是通過利用單片機(jī)的p1口控制的，當(dāng)p1口處于高電平時(shí)led燈會亮，當(dāng)p1口處于低電平是led燈熄滅。本設(shè)計(jì)中音樂開始時(shí)流水燈全部亮，然后每個(gè)led燈依照一定的順序變亮。詳細(xì)程序見附錄三。部分程序如下：org 0000h ajmp main main: nop nop mov a,0ffh ;送數(shù)據(jù)初值 mov p1,a mov a,feh;數(shù)據(jù)送p1口點(diǎn)亮發(fā)光二極管 acall yc ;延時(shí) mov r3,07h

36、 ;設(shè)置左移7次loop: rl a ;左移一位 mov p1,a ;數(shù)據(jù)送p1口點(diǎn)亮發(fā)光二極管 acall yc ;延時(shí) djnz r3,loop ;r3是否為0，不為0轉(zhuǎn)loop繼續(xù)執(zhí)行 ajmp main ;返回主程序循環(huán)值4.3 音樂流水燈程序4.3.1 音樂流水燈程序流程圖圖4-3 音樂流水燈程序流程圖4.3.2 音樂流水燈程序本設(shè)計(jì)中音樂的播放同時(shí)和流水燈的亮滅是通過單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)定時(shí)器t0和t1產(chǎn)生的中斷來控制，其中定時(shí)器t0的優(yōu)先級定義為第一優(yōu)先級，t1定義為第二優(yōu)先級。詳細(xì)程序見附錄四.部分程序如下：org 0000h jmp start org 000bh jmp tim

37、0 org 001bh org tim1start: mov tmod,#11h mov ie,#8ah clr tr0 clr tr1 setb pt0 clr pt1 mov p2,#0ffh mov a,p2 mov p2,#0ffh nop anl a,#00h ;從第一首音樂開始播放 mov 40h,a jb p3.0,$;p3.0為起始信號 片選信號5. 系統(tǒng)調(diào)試與仿真5.1 硬件調(diào)試設(shè)計(jì)中的硬件電路所使用的元器件和引腳的接線都需要進(jìn)行檢查，電源連接的正確與否是整個(gè)電路的關(guān)鍵，元器件和引腳的連線是否斷路，按鍵工作是否正常，整個(gè)過程都需要用萬用表檢測。通電后觀察芯片和元器件有沒有發(fā)熱

38、的現(xiàn)象，led是否正常發(fā)光。如果芯片或元器件發(fā)燙，立即關(guān)閉電源，檢查芯片或元器件是否連接正確或者斷路，將芯片或元件重新插一下。若果led燈不亮，則需要逐個(gè)進(jìn)行檢查。若果第一次插上電源led正常發(fā)光，但在播放音樂時(shí)，led不能發(fā)光不正常，則需要檢查led燈是否是虛焊。若果一切都正常，則可以進(jìn)行軟件調(diào)試。5.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試則是檢查并修改計(jì)算機(jī)上已經(jīng)編程好的程序和數(shù)據(jù)，以及在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，如led燈顯示不正常等等，都需要將程序逐步檢查和修改，直到運(yùn)行編譯后，音樂和led燈可以正常并有規(guī)律的工作。程序的檢測都是一個(gè)模塊一個(gè)模塊進(jìn)行檢查和調(diào)試，先需要檢查每個(gè)模塊獨(dú)立時(shí)是否能正常工作，再檢查

39、整個(gè)程序編譯存在的錯(cuò)誤，直到運(yùn)行后可以出現(xiàn)理想的效果為止。5.3 軟件仿真本設(shè)計(jì)是利用keil vision3.8和proteus7.4軟件進(jìn)行編譯和調(diào)試。具體步驟如下：（1）打開proteus軟件安裝目錄中的help，點(diǎn)擊arm.hlp文檔，出現(xiàn)連接：remote debugger drivers/download and install remote debugger driver for keil 3.點(diǎn)擊并下載vdmagdl.exe，安裝到keil的vdm51.dll文檔中。（2）打開keil軟件，在project中的target1上右鍵選中options for target，打開的

40、對話框中選debug，在右上角選好use，選中下拉菜單中proteus vem simulator旁出現(xiàn)settings，點(diǎn)擊確定并保存。（3）在proteus中打開已畫好的電路圖，點(diǎn)擊debug中的use remote debug monitor。在keil中build.all編譯并且仿真運(yùn)行，proteus中就會顯示仿真結(jié)果。其圖如下：圖5-1 at89c51屬性編輯對話框圖5-2 流水燈程序運(yùn)行結(jié)果仿真圖5-3 流水燈硬件仿真結(jié)果總 結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)音樂流水燈，在設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)5首音樂連續(xù)播放和它們之間的相互切換，同時(shí)led燈先需要全部點(diǎn)亮，然后再跟著音樂從第一個(gè)led燈依次

41、逐個(gè)點(diǎn)亮。這些效果的實(shí)現(xiàn)都需要單片機(jī)和一個(gè)完整的電路系統(tǒng)的控制，電路系統(tǒng)需要進(jìn)行分模塊設(shè)計(jì)，部分電路采用了專業(yè)課上所學(xué)到的比較典型的電路模塊。比如蜂鳴器持續(xù)發(fā)聲，因此在本設(shè)計(jì)中通過給單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源將其改善。而本設(shè)計(jì)中的程序編譯尤其重要，雖然匯編語言不容易讀寫，但是很容易調(diào)試和修改，而且匯編語言的執(zhí)行速度較快，占用的內(nèi)存空間較少。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對單片機(jī)有了更深的了解，在各方面都讓我受益匪淺，對以后的生活和工作有很大的幫助。致 謝經(jīng)歷了將近一個(gè)多月的時(shí)間，終于將這篇設(shè)計(jì)完成。在設(shè)計(jì)中遇到的重重困難和障礙，在老師和同學(xué)的幫助下克服了。特別感謝陳銳指導(dǎo)老師，在程序框架和設(shè)計(jì)思路上給予了建

42、議，讓我更好的理解了設(shè)計(jì)的內(nèi)容。當(dāng)我在設(shè)計(jì)電路圖和編程時(shí)遇到了重重困難，也是在指導(dǎo)老師耐心精心的指導(dǎo)和幫助下完成，讓我對擁有淵博知識的老師更加崇拜。在此，向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示衷心的感謝。向本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)到的各位學(xué)者表示感謝。如果沒有各位學(xué)者研究成果的幫助和啟發(fā)，我將會很難完成本次設(shè)計(jì)的任務(wù)。感謝我的同學(xué)，在設(shè)計(jì)過程中給予了我很多素材，幫我分析思路，在論文排版過程中提供了熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，致使本設(shè)計(jì)還有許多不足之處，懇請各位老師和同學(xué)批評和指正。參考文獻(xiàn)1 倪云峰.單片機(jī)原理與應(yīng)用m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.62 周荷琴，吳秀清.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（

43、第四版）m.合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008.63 謝嘉奎.電子線路：非線性部分m.北京：高等教育出版社，2010.44 宋戈.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)范例大全m.北京：人民郵電出版社，2010.55 王思明，張金敏.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京：科學(xué)出版社，2012.66 孫曉峰.常用電器件及典型應(yīng)用m.北京：電子工業(yè)出版社，2006.87 劉利民.mcs-51系列單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.58 李云鋼，周逢興，龍志強(qiáng).單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京：中國水利水電出版社，2008.69 張大明.單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.410 趙志

44、英，張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)m.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2000.1111 李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)m.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007.612 meehan joanne muir lindsey.scm in merseyside smes:benefits and barriersj.tom journal,200813 網(wǎng)上資源附錄一電路原理圖：附錄二音樂程序： org 00h jmp start org 0bh jmp tim0start:mov tmod,01h mov ie,82h clr tr0 mov p2,0ffh mov a,p2 mov p2,0ffh rr a

45、 rr a anl a,00h mov 40h,a jb p3.0,$ ;p3.0 為起始信號 片選信號start0:mov 30h,00hsaomiao:mov a,40h jnb p3.1,yy1;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂1 jnb p3.2,yy2;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂2jnb p3.3,yy3;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂3jnb p3.4,yy4;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂4jnb p3.5,yy5;由按鍵控制直接跳轉(zhuǎn)到音樂5mov dptr,table1 ;從音樂1開始演奏jmp conyy1: ;mov a,p3 ;cjne a,0fdh,yy2 mov dptr,table1 ;

46、演奏音樂2 jmp conyy2: ;mov a,p3 ;cjne a,0fbh,yy3 mov dptr,table2 ;演奏音樂3 jmp conyy3: ;mov a,p3 ;cjne a,0f7h,yy4 mov dptr,table3 ;演奏音樂4 jmp conyy4: ;mov a,p3 ;cjne a,0efh,yy5 mov dptr,table4 ;演奏音樂5 jmp conyy5: ;mov a,p3 ;cjne a,0dfh,bbf mov dptr,table5 jum concon: setb p2.0 mov a,30h ;歌曲數(shù)據(jù)查表 movc a,a+dptr

47、 mov r2,a jz jies anl a,0fh;算節(jié)拍 mov r5,a mov a,r2 swap a anl a,0fh ;算出音調(diào)值 jnz sing clr tr0 jmp d1sing: mov 50h,a mov a,40h cjne a,00h,mode1 mov dptr,table0 ;table1 jmp contmode1: mov dptr,table00cont: mov a,50h ;定時(shí)t0器裝置 dec a mov 22h,a rl a movc a,a+dptr mov th0,a mov 21h,a mov a,22h rl a inc a movc

48、 a,a+dptr mov tl0,a mov 20h,a setb tr0 ;定時(shí)啟動器t0dyc: call yc ;調(diào)用延遲程序 inc 30h ;指向下一個(gè)歌曲數(shù)據(jù) jmp saomiaojies: clr tr0 jmp start0tim0: push acc;定時(shí)器t0中斷程序 push psw mov tl0,20h mov tho,21h cpl p2.0 pop psw pop acc ret1yc: mov r7,02 ;延遲程序d2: mov r4,125d3: mov r3,248 djnz r3,$ djnz r4,d3 djnz r7,d2 djnz r5,yc

49、rettable0: dw 64260,64400,64524,64580 dw 64684,64777,64820,64898 dw 64968,65030,65058,65110 dw 65157,65178,65217table00: dw 64260,64400,64524,64580 dw 64684,64777,64820,64898 dw 64968,65030,65058,65110 dw 65157,65178,65217table1: ;生日快樂db 82h,01h,81h,94h,84h db 0b4h,0a4h,04h db 82h,01h,81h,94h,84h db

50、 0c4h,0b4h,04h db 82h,01h,81h,0f4h,0d4h db 0b4h,0a4h,94h db 0e2h,01h,0e1h,0d4h,0b4h db 0c4h,0b4h,04h db 82h,01h,81h,94h,84h db 0b4h,0a4h,04h db 82h,01h,81h,94h,84h db 0c4h,0b4h,04h db 82h,01h,81h,0f4h,0d4h db 0b4h,0a4h,94h db 0e2h,01h,0e1h,0d4h,0b4h db 0c4h,0b4h,04htable2: ;康定情歌 db 34h,52h,63h,62h,5

51、2h,64h,32h,28h db 33h,32h,52h,63h,62h,52h,63h,32h,37h db 34h,52h,63h,62h,52h,63h,32h,28h db 53h,52h,32h,22h,32h,22h,12h,24h,98h db 93h,22h,28h,53h,32h,38h,22h,12h,98h,53h,52h,32h,22h,32h,22h,12h,23h,98h db 93h,22h,28h,53h,32h,38h,23h,12h,98h,53h,52h,32h,22h,32h,22h,12h,22h,65htable3:;精忠報(bào)國db 66h,52h,

52、36h,22h,12h,12h,22h,32h,98h,84h,82h,92h,14h,12h,22hdb 32h,52h,22h,42h,38h,66h,52h,36h,22h,12h,22h,22h,32h,98h db 24h,22h,32h,54h,52h,32h,92h,12h,92h,82h,98h,66h,52h,36h,22hdb 12h,12h,22h,32h,98h,84h,82h,92h,14h,12h,22h,32h,52h,22h,42h,38hdb 66h,52h,36h,22h,12h,22h,22h,32h,98h,24h,22h,32h,54h,52h,32hdb 22h,12h,92h,82h,98h,14h,24h,34h,44h,64h,0b4h,64h,32h,52hdb 62h,0b2h,62h,52h,38h,24h,22h,32h,54h,52h,62h,52h,32h,32h,22h,38hdb 64h,