基于12864液晶显示单片机音乐播放器的设计学士学位论文Word下载.docx
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摘要:
本次课程设计是基于STC12C5616AD系列的51单片机LCD12864液晶显示的音乐播放器。
通过单片机音乐播放器系统设计和研究，对于切实掌握单片机相关知识具有重要的理论和实际意义。
这次设计的音乐播放器是软件和硬件的结合，乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。
通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由功放放出，就产生了美妙和谐的乐曲。
根据各音阶频率算出定时器定时常数，根据节拍给出该音阶持续的时间，最终实现播放歌曲的功能。
系统包括硬件和软件两个部分。
硬件部分包括单片机控制电路，处理器采用STC51系列单片机STC12C5616AD、LCD12864液晶显示模块、功放驱动放大电路、LED控制电路等部分组成。
软件部分分为以下几个模块：
12864驱动显示、按键控制、播放模式和音乐播放等子程序。
整个系统在软件控制下工作的。
关键词：
STC12C5616AD单片机；
音乐播放器；
LCD12864液晶显示器
Abstract：
ThedesignisliquidcrystaldisplaymusicplayerthatbasedontheSTC12C5616ADseries51microcontrollerLCD12864.ThedesignandresearchofMicrocontrollerMusicPlayersystemhasimportanttheoreticalandpracticalimplicationsforeffectivecontrolaboutmicrocontrollerknowledge.Thedesignofthemusicplayerisacombinationofsoftwareandhardware.Theinssenceofdifferentnotesinmusicisdifferentfrequenciesofsound.ThroughtheMicrocontrollertogeneratethepulsesignalsofdifferentfrequencies,bytheuseoftheamplifiercircuit,releasedbytheamplifiertoproduceawonderfulandharmonymusic.Calculatedthetimertinmingconstantbythescalefrequency,thengiventhesustainedtimeofthescaleaccordingtobeat,andeventuallyachievethefunctionofplayingasong.
Thesystemincludesbothhardwareandsoftware.Hardwork,includingmicrocontrollercontrolcircuit、theprocessorofSTC51seriesmicrocontrollerSTC12C5616AD、LCD12864LCDmodules、poweramplifierdriveramplifiercircuitandLEDcontrolcircuit，etc.Software,including12864drivers、keycontrol,playbackmodeandmusicplayer,etc.Theentiresystemoperationisundersoftwarecontrol.
Keywords:
STC12C5616ADmicrocontroller;
MusicPlayer;
LCD12864liquidcrystaldisplayer
1.绪论
1.1前言
几千年来，各种乐器的发生无一不是依靠琴弦、簧片、哨片引起管柱震动而作为声源。
随着现代电子技术的飞速发展，一种用新的声源来制造音响的新型乐器脱颖而出，这就是目前人么熟知的电子音乐播放器。
目前市场上的音乐器形形色色，例如，大家熟悉的MP3，随着电子技术的不断发展，音乐播放器的发展也会进一步发展。
目前单片机的应用渗透到我们生活各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的痕迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的王若通讯与数据传输，工业自动化的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华汽车的安全保障系统，录影机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具，电子宠物等等，这些都离不开嵌入式，离不开单片机。
本课题即使在这种背景下，对基于12864液晶显示的51系列单片机音乐播放器的设计与实现进行了软硬件的设计，实现了单片机音乐播放器的音乐演奏。
1.2设计任务与要求
（1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。
模块划分为液晶显示、按键控制控制、音乐播放和LED显示模块子函数。
（2）本系统设计由12864液晶模块驱动、音乐播放、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。
（3）系统可实现功能：
系统可存储十几首乃至几十首自己喜欢的歌曲，由液晶显示其歌名、播放模式和菜单。
通过按键控制，播放歌曲。
具有播放、暂停、停止、上一首、下一首的功能。
播放模式可通过按键选择常有的顺序播放、循环播放、单曲循环和随机播放。
2.12864液晶概述
2.1名称含义
12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称
2.2基本参数
液晶屏类型：
STNFSTN
模块显示效果：
黄绿底黑字蓝底白字白底黑字
视角：
6点钟12点钟
驱动方式:
1/64DUTY1/9BIAS
背光：
LED白色LED黄绿色
控制器：
KS0108或兼容ST7920T6963C
数据总线：
8位并口/6800方式串口
温度特性；
工作温度：
-20℃~+70℃储藏温度：
-30℃~+80℃
点阵格式：
128x64
2.3电气特性
表2-1电气特性
项目
符号
最小
典型
最大
单位
电源电压
VDD-VSS
4.75
5.0
5.25
V
液晶驱动电压
VDD-VADJ
Ta=0
-11.0
-11.5
-12.0
Ta=25
-10.5
Ta=50
-10.0
输入信号电压
VIH
0.8VDD
-
VDD+0.3
VIL
0.2VDD
LCM工作电流
IDD
3
8
mA
背光驱动电流
ILED
60
80
液晶驱动电流
IEE
1.0
2.4液晶模组接口
表2-2液晶模组接口
引脚序号
名称
说明
1
CS1#
U1片选。
2
CS2#
U2片选。
VSS
电源地。
4
VDD
电源输入（+5V）
5
V0
液晶显示对比度调节。
6
DI
数据输入。
7
R/W
读写选择。
R/W=1,读状态。
R/W=0,写状态。
E
读写使能。
9-16
D0-D7
数据总线。
17
RST
液晶模组复位。
RST#=L，复位
18
VEE
液晶驱动电源
19
VLED+
LED电源正（5.0V）。
20
VLED-
LED电源地。
2.5基本用途：
该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。
2.6应用举例
1、使用前的准备
先给模块加上工作电压，再按照下图的连接方法调节LCD的对比度，使其显示出黑色的底影。
此过程亦可以初步检测LCD有无缺段现象。
2、字符显示带中文字库的128X64-0402B每屏可显示4行8列共32个16×
16点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个16×
8点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。
带中文字库的128X64-0402B内部提供128×
2字节的字符显示RAM缓冲区（DDRAM）。
字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。
根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、HCGROM（ASCII码字库）及CGRAM（自定义字形）的内容。
三种不同字符/字型的选择编码范围为：
0000～0006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）显示自定义字型，02H～7FH显示半宽ASCII码字符，A1A0H～F7FFH显示8192种GB2312中文字库字形。
字符显示RAM在液晶模块中的地址80H～9FH。
字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示。
表2-3液晶模组接口
80H
81H
82H
83H
84H
85H
86H
87H
90H
91H
92H
93H
94H
95H
96H
97H
88H
89H
8AH
8BH
8CH
8DH
8EH
8FH
98H
99H
9AH
9BH
9CH
9DH
9EH
9FH
2、图形显示
先设垂直地址再设水平地址（连续写入两个字节的资料来完成垂直与水平的坐标地址）
垂直地址范围AC5...AC0，水平地址范围AC3…AC0。
绘图RAM的地址计数器（AC）只会对水平地址（X轴）自动加一,当水平地址=0FH时会重新设为00H但并不会对垂直地址做进位自动加一，故当连续写入多笔资料时，程序需自行判断垂直地址是否需重新设定。
3、应用说明
用带中文字库的128X64显示模块时应注意以下几点：
①欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。
②显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。
不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。
③当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。
④模块在接收指令前，向处理器必须先确认模块内部处于非忙状态，即读取BF标志时BF需为“0”，方可接受新的指令。
如果在送出一个指令前不检查BF标志，则在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即等待前一个指令确定执行完成。
指令执行的时间请参考指令表中的指令执行时间说明。
⑤“RE”为基本指令集与扩充指令集的选择控制位。
当变更“RE”后，以后的指令集将维持在最后的状态，除非再次变更“RE”位，否则使用相同指令集时，无需每次均重设“RE”位。
3.AT89S51单片机概述
3.1AT89S51单片机的结构
AT89S51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
图3-1为AT89S51单片机的基本组成功能方块图。
有图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。
下面介绍几个主要部分。
图3-1AT89S51功能方块图
1.中央处理器（CPU）
中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。
AT89S51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。
2.内部数据存储器（内部RAM）
AT89S51中共有256个RAM单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
3.内部程序存储器（内部ROM）
AT89S51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据等。
4.定时器/计数器
AT89S51共有2个16位的定时器/计数器，可以实现定时和计数功能。
5.并行I/O口
AT89S51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入、输出。
6.串行口
AT89S51有1个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。
7.时钟电路
AT89S51单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容需要外接。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
8.终端系统
AT89S51的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。
它共有5个中断源：
2个外部中断源/INTO和/INT1；
3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。
由上所述，AT89S51虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。
AT89S51较详细的内部结构如图3-2所示。
图3-2AT89S51内部结构框图
3.1.1管脚说明
ATMEL公司的AT89S51是一种高效微控制器。
采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，如图3-3所示。
AT89S51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
图3-3DIP封装引脚图
图3-4SMT的封装图
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AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3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，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。
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端。
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：
当/EA保持低电平时，则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。
3.1.2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
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
3.1.3振荡器特性
（1）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，如图3-5所示。
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。
图3-5晶体振荡器电路图及出腿连接示意图
（2）芯片擦除
整个EPROM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。
在芯片擦除操作中，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。
3.2AT89S51单片机的工作周期
单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作，控制信号必须定时发出，为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。
这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期，如图3-6所示。
图3-6振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期
振荡周期：
是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。
即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。
状态周期：
每个状态周期为振荡周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。
在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为P1、P2。
机器周期：
一个机器周期包含6个状态周期S1~S6,也就是12个振荡周期。
在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。
指令周期：
它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。
控制部件是单片机的神经中枢，以主振频率为基准（主振周期即为振荡周期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环节组织在一起。
一般情况下，算术逻辑操作发生在时相P1期间，而内部寄存器之间的传送发生在时相P2期间，这些内部时钟信号无法从外部观察，故用XTAL2引脚振荡信号作参考。
3.3AT89S51单片机的工作过程和工作方式
单片机工作过程遵循现代计算机的工作原理（冯·
诺依曼原理），即程序存储和程序控制。
存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据,通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。
程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的指令，加以分析并执行规定的操作。
单片机的工作方式有：
复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。
1．复位方式
通过某种方式,使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。
复位方式是单片机的初始化操作。
单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。
MCS—51单片机复位后,程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如图3-7所示。
复位不影响片内RAM存放的内容,而ALE、
在复位期间将输出高电平。
由图3-7可以看出，复位后：
（1）（PC）=0000H表示复位后程序的入口地址为0000H，即单片机复位后从0000H单元开始执行程序；
（2）（PSW）=00H，其中RS1（PSW.4）=0，RS0（PSW.3）=0，表示复位后单片机选择工作寄存器0组；
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