基于单片机控制的数字音乐盒的设计 精品Word文档下载推荐.docx
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目录
1概述3
2系统总体方案及硬件设计5
2.1系统构成5
2.1.1AT89C51单片机简介5
2.1.2LED显示器7
2.1.3键盘8
2.1.4系统复位电路的设计9
2.1.5时钟电路模块9
2.2硬件电路端口分配10
3软件设计11
3.1主模块的设计11
3.2外部中断源系统设计12
3.3基本显示模块设计13
3.4系统初始化程序13
4Proteus软件仿真14
5课程设计体会16
参考文献17
附1：
源程序代码18
附2：
系统原理图28
1概述
本设计是基于单片机的数字音乐盒设计,由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机电子数字音乐盒。
要求利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调并采用LCD显示信息，从而演奏乐曲（最少三首乐曲，每首不少于30秒），开机时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称），可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。
本设计采用4*4键盘，16*2LCD，七段显示数码管LED。
课设准备中根据具体的要求，查找资料，然后按要求根据已学过的时钟程序编写定时闹钟的程序，依据程序利用proteus软件进行了仿真试验，对出现的问题进行分析和反复修改源程序，最终得到正确并符合要求的结果。
2系统总体方案及硬件设计
2.1系统构成
2.1.1AT89C51单片机简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
（1）主要特性：
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道图1
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
（2）管脚说明（如图1）：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
管口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
（3）振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为
片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
（4）芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE
管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.1.2LED显示器LED（LightEmittingDiode）是发光二极管英文名称的缩写。
LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。
LED显示器在单片机系统中的应用非常普遍。
（1）LED显示器的结构:
常用的LED显示器为8段。
每一个段对应1个发光二极管，这种显示器有共阳极和共阴极两种：
共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。
同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。
为了使LED显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为LED提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称为段码。
7段发光二极管，再加上1个小数点位，共计8位。
因此提供给LED显示器的段码正好是1B。
各段与字节中各位对应关系如下图2：
8段LED结构及外形
代码位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示位
dp
g
f
E
d
c
b
a
图2
（2）LED显示器工作原理
由N个LED显示块可以拼接成N位的LED显示器。
如图是
LED显示器的结构原理图3。
N个LED显示器有N个位选线和8*N位根段码线。
段码线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块中
各段的公共端，它控制该LED显示位的亮或暗。
LED显示器
有静态显示和动态显示两种。
2.1.3键盘
键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命图3
令等功能，是人工干预单片机的主要手段。
（1）键盘输入的特点
键盘实质上是一级按键开关的集合。
通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。
（2）按键的确认
键的闭合与否，反映在行线输出电压上就呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。
为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动的影响。
（3）如何消除按键的抖动
采用软件来消除按键抖动的基本思想是：
在一次检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时10MS的子程序后，确认该行线电平是不否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认为该行确实有键按下。
当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时10MS的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。
2.1.4系统复位电路的设计
智能系统一般应有手动或上电复位电路。
复位电路的实现通常有两种方式：
RC复位电路和专用µ
Ｐ监控电路。
前者实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低；
后者成本较高，但复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。
对于复位要求高、并对电源电压进行监视的场合，大多采用这种方式。
本次课程设计采用了上电按钮电平复位电路，如图四
图4
2.1.5时钟电路模块
时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。
在一个单片机应用系统中，时钟是保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。
为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MHZ的晶振，另外有两个22P的独石电容，两晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。
具体连接图如图5所示：
图5
2.1.6蜂鸣器电路
利用NPN管（9012）放大驱动。
基极接10K欧姆的电阻，发射极接蜂鸣器，集电极接电源。
蜂鸣器电路连接如下图6
图6
2.2硬件电路端口分配
（1）硬件电路中用P1.0-P1.7控制按键，其中P1.0-P1.3扫描行，P1.4-P1.7扫描列。
（2）用P0.0-P0.7,P2.0-P2.7控制LED,其中P0.0-P0.7控制七段a,b,c,d,e,f,g,用P2.0-P2.7为数码管位选信号。
（3）用，P2.0-P2.2作为LCD的RS,R/W,E的控制信号。
用P0.0-P0.7作为LCD的D0-D7的控制信号。
（4）用P3.7口控制蜂
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