深圳职业技术学院毕业电子信息工程技术论文设计文档格式.docx
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1．掌握非接触式音乐盒的工作原理、技术可行性分析
2．完成音乐盒的电路硬件设计、硬件调试
3．完成音乐盒的软件设计调试
4．试运行、测试，完成作品。
5．完成设计论文。
技术指标：
1．LED彩灯的点亮方式与功能复用
2．信号的采集方法和传送方式
3．上位机处理
验收标准:
1.毕业设计论文符合要求
2.作品演示功能正常
3.技术指标达到要求
2、进度安排
周次
工作内容
执行
情况
上学期
搜集资料、选择方案、技术可行性分析、方案论证与确定
完成
第1-2周
撰写、修改、评定开题报告
第3-5周
设计与绘制硬件电路原理图、绘制硬件电路PCB板图
第6-7周
硬件电路PCB板制作及测试、故障诊断、电路完善
第8-10周
系统程序设计、完成上位机程序
第11-12周
与硬件的联调、完成各单元的功能
第13-15周
写设计报告（论文）
第16周
答辩，演示制作成品、讲解设计思路、回答提问
3、指导教师评语
指导教师签名：
4、评阅教师评语
评阅教师签名：
5、毕业设计（论文）成绩
答辩委员会主任签名：
摘要
本设计是一个创意音乐盒也是一款益智类的玩具，针对现在市场上给小朋友玩的音乐盒都是以敲击和自动播放作为弹奏音符的主要形式的这个特点，设计一个集益智，非接触式的弹奏方式，并具有电子时钟功能为一体的音乐盒。
它是可以带动小朋友对音乐的兴趣，有助于提高他们的动手能力和思考能力。
本系统以AVR单片机为控制核心，配合AD非接触式按键输入，串口模块、时钟模块、显示模块及小型上位机的应用组成，实现了非接触式的设置时间，弹奏音乐及时间准确显示等功能。
经测试，本系统弹奏音色好，误差小反应快，功耗小，能出色地完成所要求的功能。
关键词：
AVR单片机;
串口上位机；
非接触式按键；
时钟显示
Abstract
Thisdesignisacreativemusicboxisapuzzlefornow,classoftoysforkidstoplayonthemarketofmusicboxarepercussionandautomaticplaybackasthemainformsofplaynotesthischaracteristic,designasetoftheplays,non-contact,andhasthefunctionofelectronicmusic,asoneoftheclock.Itcanpromotechildren'
sinterestinmusic,whichhelpstoimprovetheirabilityofthinking.ThissysteminAVRcoreisMCU,cooperatewithADcontactlesskeystrokeserialmodule,theclockdisplaymoduleandsmallmodule,andtheapplicationofcomputerandasetofnon-contactmusicplayingtime,andthetimeaccuratelydisplayfunction.Thetest,thissystemisplayingwellandsmallerrorresponsetone,lowconsumption,cancompletetherequiredtofunction.
KeyWords：
AVRmicrocontroller；
SerialPC；
Contactlessbuttons；
Theclockdisplay
系统功能说明
本次设计的目的是为了开发智能音乐盒，与传统课堂上的音乐盒相比，本设计采用了非接触式的弹奏方式，在声音的实现上抛开传统的放大器而是采用串品信号传输来实现，并具有电子时钟功能为一体的音乐盒。
音乐盒将达到以下要求：
1、音乐、音符发音的实现
基本的功能，利用电脑串口通信借助于声卡的音色实现音符和音乐的发音功能。
2、音乐弹奏功能
这是本系统的最基本，最主要实现的功能，主要实现七个音符（dorimifasolaxi）的弹奏，点到哪个音符哪个音符相应的音就会响起。
3、自动播放歌曲功能
可以根据自已喜欢的歌曲进行自动播放，可以在几首歌里进行选择。
4、电子时钟的时间显示功能
该电子时钟能够准确显示北京时间（时、分、秒）及公历日期显示功能（年、月、日）
5、电子时钟的时间调整
电子时钟在第一次使用时，需要根据当前时间进行时间调整，设定其初始时间，设置完成之后，它会在设定值基础上进行推确的计时和显示。
在挂钟断电或出现其他故障排除后，也需要根据当前时间进行时间调整。
目前市面上尚无此类产品，本设计一旦投入市场，将以价格低廉，功能强大为卖点非常适合投资者，本设计适合开发儿童思维。
本课题的主要难点是电脑通信利用电脑声卡的音色来发音，利用小型上位机与产品配合，利用AD采样扫描LED灯作为双重按键功能，在编程过程中都需要处理好些问题。
设计方案论证
系统所选的控制芯片
方案编号
实现方式
方案评估
方案
择优
1
用51系列单片机作为控制芯片，用汇编语言实现
此方案所用的芯片在编程过程中比较复杂和烦锁。
2
用AVR系列单片机作为控制芯片，用C语言来编程实现
采用AVR单片机编程，可提高电路的可靠性与稳定性，硬件电路比较简单，主要是软件来控制电路。
比较可靠和稳定。
采用
表2.1
声音的实现方案论证和比较
外接一个功放，利用单片机编程发出声音
此方案实现的声音效果较差，音质不好
通过串口的通信方式，利用电脑里自带的声卡来实现音乐的播放与弹奏功能。
该方案可以用VB编程上位机，实现界面管理，操作简单，实现的声音效果较好，技术含量高
表2。
非接触式的弹奏方案论证和比较
可用七个光敏电阻，加一个LED灯，通过AD转换实现
该方案在实现的过程中，容易受到环境光影响，电路简单，编程简单，但效果不美观
可用七个不同颜色的LED灯加一个光敏电阻
该方案实现的效果好，彩灯闪烁，点到哪个音符即发出声音，效果美观，电路简单，编程实现简单。
3
可用七组红外收发对射管
该方案在实现的过程中，电路较为复杂，但编程简单。
表2.3
时钟源的方案论证和比较
单片机定时器，用软件实现
AVR芯片内部有定时器，无需附加外部元器件，通过编程实现时钟功能，但容易受单片机外接的电容等的影响，精度差，准确性不高，成本低，程序设计困难。
外接32.768MHz晶振，用软件实现
外接晶振分频后作为时钟的基准信号，具有较高的精度但程序设计困难
采用实时时钟日历芯片，通过硬件实现
实时时钟芯片能自动产生1秒时钟基准信号，且自带日期及闰年调整功能，计时精度高，准确性高，程序设计简单，但成本略高。
表2.4
时钟显示的方案论证和比较
可用数码管实现
电路设计复杂，编程复杂
可用1602液晶实现
电路简单，编程简单，界面直观
表2.5
系统组成及设备造型
应用系统结构设计
根据对音乐的功能要求和选定的设计方案，设计出如图的控制系统结构。
图3.1音乐盒系统结构框图
控制面板设计
图3.2音乐盒面板设计
在音乐盒的面板上有七个彩色的LED灯，液晶显示和信号接收头。
各部分功能如下：
在液晶上会显示当前的日期和时间，可以利用信号接收头控制七个LED的时间设置功能来初始化时间，设定及调整当前的时间，进入设定菜单后，LED的六个灯对应的分别是年月日，时分秒的设置，每点到一个灯则相应的时间会加1，设置完毕后，点到第七个LED灯，退出时间设置模式，时间启动。
七个彩色的LED灯是代表七个音符，没有弹奏时，它是循环点亮的，当光敏电阻点到哪个灯时，它所对应的音符就会通过串口把信号传出去，上位机接收到后，就会发出它所对应的音符声音。
利用VB里的COM控件，对其设置和编程，下位机加了串口电路，用两者的通信，利用电脑里的声卡来发出声音，音频方面则是上位机用了player控件，对其设置，用相应的MID格式音符文件，通信成功后，接收到命令便会自动播放音频文件，此设计特点，让音乐盒的声音更好听，更悦耳，更方便。
设备造型
本设计采用ATMEL公司的高性能低功耗AvR单片机MEGA16L作为控制系统的核心。
按照图所确定的系统结构，选择合适的功能部件，以完成完整的系统控制电路设计。
控制系统需要选择实时时钟日历单元、非接触式弹奏单元、串口通信单元和显示单元、小型上位机单元五部分。
器件编号
器件名称
型号
基本参数
单片机
Mega16L
8位单片机，32个8位通用工作寄存器，JTAG接口，32个可编程的I/O口，工作电压2.7-5.5V
电平转换
MAX232
低功耗，低电压供电RS232系统
串口
RS-232-C
标准串口，是目前最常用的一种串行通讯接口，9芯D型插座。
4
彩灯
LED灯
七个各色的LED灯
5
实时时钟芯片
PCF8563
内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，内部时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路1.0V以及两线制I2C总线通讯方式
6
显示单元
1602液晶
1602可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。
表3.3设备选型表
硬件总体说明
硬件设计总体说明
本设计是基于Atmega16单片机作为主控芯片，附加各功能模块
系统硬件包括以下几个部分：
1）单片机及外围电路
2）串口电平转换的硬件结构
3）时钟系统的硬件结构
4）液晶显示的硬件结构
5）非接触式按键模块
6）电源模块
图4.1.1总设计原理图
在本系统中，具体端口分配
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