單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作技術(shù)報(bào)告

1、中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作技術(shù)報(bào)告姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 電氣11 題 目： 音樂播放器設(shè)計(jì)與制作 任課教師： 2013 年 12月單片機(jī)設(shè)計(jì)與制作任務(wù)書班級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期：2013年 12 月 10 日設(shè)計(jì)日期：2013 年 12 月 16 日 至 2013 年 12 月 26 日設(shè)計(jì)題目：音樂播放器設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和完成功能：使用51單片機(jī)設(shè)計(jì)一款音樂播放器，并能通過編碼程序，下載程序完成播放音樂的功能。 教師簽字：摘 要 AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)音樂播放器通過單片機(jī)音樂播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究，對(duì)于切實(shí)掌握單片機(jī)相關(guān)知識(shí)具有重要的理論和實(shí)際意義

2、。這次課程設(shè)計(jì)的音樂播放器是軟件和硬件的結(jié)合，不同音符表現(xiàn)形式就是不同頻率地聲音。通AT89S52過單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率的脈沖信號(hào)，通過放大電路，由蜂鳴器放出，就產(chǎn)生了美妙和諧優(yōu)美動(dòng)聽的樂曲。根據(jù)節(jié)拍給出該音階持續(xù)的時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)播放簡單歌曲的功能。為人們生活的改善提供了可靠，方面，廉價(jià)的方法。 單片機(jī)AT89S52作為硬件核心控制部件，結(jié)合三極管作為放大器，數(shù)碼管構(gòu)成典型的顯示電路，按鍵作為輸入部分以及其他外圍設(shè)備組成的音樂播放系統(tǒng)。根據(jù)音樂演奏控制器所要實(shí)現(xiàn)的顯示與選曲及音樂產(chǎn)生功能原理，系統(tǒng)包括演奏揚(yáng)聲器、選曲、播放和顯示幾部分。其中，AGAIN按鍵具有開啟播放曲子和重復(fù)播放當(dāng)前曲子的功

3、能，F(xiàn)ORM按鍵具有播放前一曲的工能，NEXT按鍵具有播放后一曲的功能，RES鍵具有播放前一曲的功能。所設(shè)計(jì)音樂播放器可以播放多首音樂，曲目選擇可以由鍵盤控制，并通過顯示器使其顯示歌曲序號(hào)。設(shè)計(jì)的音樂演奏控制器是通過控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來產(chǎn)生不同頻率的方波，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音，再利用延遲來控制發(fā)音時(shí)間的長短，即控制音調(diào)中的節(jié)拍。同時(shí)設(shè)置按鈕使所設(shè)計(jì)的程序能在三到四首歌曲之間進(jìn)行選曲，設(shè)計(jì)顯示器使其顯示歌曲序號(hào)。與傳統(tǒng)的機(jī)械式音樂盒相比更小巧，音質(zhì)更優(yōu)美且能演奏和弦音樂。電子式音樂盒動(dòng)力來源是電池，制作工藝簡單，可進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以價(jià)格便宜?；趩纹瑱C(jī)制作的電子式音樂盒，控制功能強(qiáng)大，

4、可根據(jù)需要選歌，使用方便。根據(jù)存儲(chǔ)容量的大小，可以盡可能多的存儲(chǔ)歌曲。另外，可以設(shè)計(jì)彩燈外觀效果，使音樂盒的功能更加豐富。目 錄1、 系統(tǒng)概述 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。MCS-51單片機(jī)是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，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(dá)111條，MCS-51單片機(jī)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(jī)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MSC-51單片

5、機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。MCS-51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。DP-51S單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀是由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司設(shè)計(jì)的DP系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀之一，是一種功能強(qiáng)大的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)、調(diào)試 。 本設(shè)計(jì)是以AT89S52芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上放音設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)音樂演奏控制器的硬件電路，通過軟件程序來控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器使其演奏出優(yōu)美動(dòng)聽的音樂。用戶可以按照自己的喜好選擇音樂并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)器碼存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中。對(duì)于不同型號(hào)的單片機(jī)只需要相應(yīng)的改變一下地址即可。歌曲可以自己隨意的寫進(jìn)音樂盒中。2、硬件設(shè)計(jì) （1）AT89S52單片機(jī)簡介 AT89S5

6、2是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯

7、操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。（2）引腳VCC : 電源 GND: 地P0 口：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時(shí)，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校

8、時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/O 口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。表1.1 AT89S52 P1口第二功能表腳號(hào)第二功能P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉/

9、重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL

10、 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。表1.2 AT89S52 P3口第二功能表腳號(hào)第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0(外部中斷 0)P3.3INT0(外部中斷 0)P3.4T0（定時(shí)器 0 外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器 1 外部輸入）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)

11、器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT8

12、9S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash 編程期間，EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3、軟件設(shè)計(jì) （1）要生產(chǎn)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)

13、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. （2）利用8051的內(nèi)部定時(shí)器使用其工作在計(jì)數(shù)器模式MODE1下,改變計(jì)數(shù)值THO及TLO以產(chǎn)生不同頻率的方法. （3）例如頻率為523Hz,其周期T1/5231912us,因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956us/1us956,在每次計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相,就可得到中音DO(523Hz).計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下:NFi2Fr N:計(jì)算值;Fi:內(nèi)部計(jì)時(shí)一次為1us,故其頻率為1MHz; （4）其計(jì)數(shù)值的求法如下:T65536-N65536-Fi2Fr例如:設(shè)K65536,F1000

14、000Fi1MHz,求低音DO(261Hz)，中音DO(523Hz)，高音的DO(1046Hz)的計(jì)算值.T65536-N65536-Fi2Fr62Fr65536-500000/Fr低音DO的T65536-500000/26263627中音DO的T65536-500000/52364580高音DO的T0=65536-500000/104765059 （5）C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表如表1所示.（6）每個(gè)音符使用1個(gè)字節(jié),字節(jié)的高4位代表音符的高低,低4位代表音符的節(jié)拍,表2為節(jié)拍與節(jié)拍碼的對(duì)照.如果1拍為0.4秒,1/4拍是0.1秒,只要設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的時(shí)間.假設(shè)1/4拍為1D

15、ELAY,則1拍應(yīng)為4DELAY,以此類推.所以只要求得1/4拍的DELAY時(shí)間,其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù),如表3為1/4和1/8節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定。4、系統(tǒng)調(diào)試 由于焊接工作已經(jīng)檢查，所以無需查看。通過KeiluVsion4編譯與調(diào)試音樂程序，沒發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，檢查管序配對(duì)都能沒問題，接上電源后音樂沒能播放，后來，在同學(xué)的提醒之下，把P2.5接上短路帽。結(jié)果音樂就播出來了，順利的完成了實(shí)驗(yàn)。5、結(jié)束語通過本次實(shí)訓(xùn)，我學(xué)會(huì)了自主動(dòng)手，對(duì)單片機(jī)的一系列知識(shí)，進(jìn)行了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，熟悉了一些簡單的程序，如：延時(shí)程序，并學(xué)習(xí)了一些新的東西，如隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生，按鍵的掃描，和去抖動(dòng)等。在本次試驗(yàn)中，學(xué)會(huì)了從程序的主體

16、功能考慮要達(dá)到一個(gè)什么樣的要求，從而，將程序分成各個(gè)子程序，逐個(gè)寫出，分布細(xì)化，從而減少程序出錯(cuò)機(jī)率，并且易于檢查各部分程序，根據(jù)任務(wù)功能，所要達(dá)到的要求，來進(jìn)行檢查，看到那個(gè)模塊所對(duì)應(yīng)的程序不對(duì)，就檢查那個(gè)模塊，提高了檢查的效果效率，同時(shí)也，可以使程序條理清晰，不至于在發(fā)現(xiàn)程序出錯(cuò)時(shí)，進(jìn)行改正錯(cuò)誤的過程中，越改越錯(cuò)，真正的錯(cuò)誤改不了，把對(duì)的反而改錯(cuò)了。為了提高程序可讀性，可以加注釋對(duì)程序的功能加以解釋說明，并且在各個(gè)子程序之間以空行來分隔。6、 參考文獻(xiàn)1單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第3版），胡漢才，清華大學(xué)出版社2單片機(jī)原理及接口技術(shù),李朝青,北京航空航天大學(xué)出版社,1998年3趙秀珍,單永磊

17、,單片微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用M,北京,中國水利水電出版社，4單片機(jī)原理及接口技術(shù)，李全利，2009年第二版，高等教育出版社5單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)，謝維城、楊家國，2006年5月第三版，清華大學(xué)出版社7、附錄(1)系統(tǒng)硬件電路圖(2)源程序（加注釋）JMP START ORG 000BH JMP TIM0 ORG 0030H START:MOV TMOD,#01H MOV IE,#82HSTART0:MOV 30H,#00H NEXT: MOV A,30H MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R2,A JZ END0 ANL A,#0FH MOV R5

18、,A MOV A,R2 SWAP A ANL A,#0FH JNZ SING CLR TR0 JMP D1 SING: DEC AMOV 22H,A RL A MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV TH0,A MOV 21H,A MOV A,22H RL A INC A MOVC A,A+DPTR MOV TL0,A MOV 20H,A SETB TR0 D1: CALL DELAY INC 30H JMP NEXT END0: CLR TR0 JMP START0 TIM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,21H MOV TL0,20H CPL P2.5 POP PSW P