单片机课程设计.docx
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单片机课程设计
课程设计说明书
名称基于单片机的音乐盒设计
目录
一、引言3
二、设计任务3
三、音频发生知识3
3.1基本知识3
3.2节拍4
3.3编码4
四、音乐盒原理分析5
4.1硬件电路5
4.1.1硬件电路原理图5
4.1.2原理说明5
4.2软件设计6
五、程序及程序调试6
5.1程序6
5.2程序调试14
六、结论与心得14
七、附录15
7.1参考文献15
7.2电路板15
一、引言
该课程是应用MCS-51单片机原理和控制理论设计音乐演奏控制器的硬件电路，并利用汇编语言进行程序设计。
通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音调的音乐，再利用延迟来控制发音时间的长短。
把乐谱转化成相应的定时常数就可以从发音设备中演奏出悦耳动听的音乐。
这种控制电路结构简单，可靠性高,应用性强；软件程序适应范围广，对于不同的音乐只需要改变相应的定时常数即可。
二、设计任务
（1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/音频）,然后将此周期除以2,即为半周期的时间,利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相,然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲
（2）利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下,改变记数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。
例如频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒,因此只要令计数器定时956/1=956在每记数9次时将I/O口反相,就可得到中音D0（523HZ）。
三、音频发生知识
3.1基本知识
1.要生产音频脉冲,只要算出某一音频的周期（1/频率）,然后将此周期除以2,即为半周期的时间.利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相,然后重复计时此半周期时间再对I/O反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲.
2.利用8051的内部定时器使用其工作在计数器模式MODE1下,改变计数值THO及TLO以产生不同频率的方法.
3.例如频率为523Hz,其周期T＝1/523＝1912us,因此只要令计数器计时956us/1us＝956,在每次计数956次时将I/O反相,就可得到中音DO（523Hz）.
计数脉冲值与频率的关系公式如下:
N＝Fi÷2÷FrN:
计算值;
Fi:
内部计时一次为1us,故其频率为1MHz;
4.其计数值的求法如下:
T＝65536-N＝65536-Fi÷2÷Fr
例如:
设K＝65536,F＝1000000＝Fi＝1MHz,求低音DO（261Hz）.中音DO（523Hz）.高音的DO（1046Hz）的计算值.
T＝65536-N＝65536-Fi÷2÷Fr＝65536-1000000÷2÷Fr＝65536-500000/Fr
低音DO的T＝65536-500000/262＝63627
中音DO的T＝65536-500000/523＝64580
高音DO的T＝65536-500000/1047＝65059
3.2节拍
1相关知识
每个音符使用1个字节,字节的高4位代表音符的高低,低4位代表音符的节拍,表2为节拍与节拍码的对照.如果1拍为0.4秒,1/4拍是0.1秒,只要设定延迟时间就可求得节拍的时间.假设1/4拍为1DELAY,则1拍应为4DELAY,以此类推.所以只要求得1/4拍的DELAY时间,其余的节拍就是它的倍数,如表3为1/4和1/8节拍的时间设定.
3.3编码
建立音乐的步骤:
1.先把乐谱的音符找出,然后由表63建立T值表的顺序.
2.把T值勤表建立在TABLE1,构成发音符的计数值放在"TABLE".
3.简谱码（音符）为高位,节拍为（节拍数）为低4位,音符节拍码放在程序的"TABLE"处.
四、音乐盒原理分析
4.1硬件电路
4.1.1硬件电路原理图
本设计中用到89C51单片机，喇叭，七段显示数码管LED。
（硬件电路原理图如图1所示）
图1音乐盒原理图
4.1.2原理说明
当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。
同时启动定时器T1,显示歌曲号。
①.硬件电路中用
、
（外部中断0、1输入端P3.2P3.3）分别接S1、S2作为上、下一曲的功能键。
硬件电路中用T1（外部定时/计数器输入端P3.5）分别接S3作为暂停的功能键。
②.用P0.0-P0.7控制七段码a,b,c,d,e,f，g。
③.用P2.0口控制喇叭。
④.电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。
4.2软件设计
本程序可以实现课程设计的基本要求，并可以通过按键播放六首歌曲，程序流程图如下：
五、程序及程序调试
5.1程序
OUTBITP1.7MOVA,R5
NEQU2MOVCA,@A+DPTR
OUT_NUMEQUP1MOV@R0,A
ORG0000HINCR5
AJMPMAININCR0
ORG0003HMOVA,R5
AJMPLAST_SONGMOVCA,@A+DPTR
ORG000BHMOV@R0,A
AJMPF_T0INCR0
ORG0013HINCR5
q4:
AJMPNEXT_SONGMOVA,R5
ORG001BHMOVCA,@A+DPTR
AJMPSTART_PAUSEMOV@R0,A
ORG0030HINCR0
MAIN:
MOVSP,#60HINCR5
MOVDPTR,#TABLEINCR6
MOVR0,#30HCJNER6,#N+1,SET_TAB
MOVTMOD,#61H
MOVR5,#00HMOVTH1,#0FFH
MOVR6,#1MOVTL1,#0FFH
SET_TAB:
MOVA,R5SETBET1
MOVCA,@A+DPTRSETBET0
MOV@R0,ACLRPT0
INCR5SETBPT1
INCR0SETBIT0
SETBPX0SWAPA
SETBIT1ANLA,#0FH
SETBPX1JNZSING
SETBEX1CLRTR0
SETBEX0SJMPSING1
SETBEASING:
DECA
SETBTR1MOVR3,A
SETBOUTRLA
CLRF0MOVDPH,@R0
MOV22H,#01HINCR0
MOVDPTR,#OUT_TABMOVDPL,@R0
MOVA,22HINCR0
MOVCA,@A+DPTRMOVCA,@A+DPTR
MOVOUT_NUM,AMOV21H,A
MOVR7,#00HMOVTH0,A
START0:
MOVR4,#00HMOVA,R3
MOVR0,#30HRLA
MOVA,R7INCA
ADDA,R0MOVCA,@A+DPTR
MOVR0,AMOV20H,A
MOVDPH,@R0MOVTL0,A
INCR0SETBTR0
MOVDPL,@R0SING1:
LCALLDELAY
INCR0JBF0,FOR
MOVA,R4AJMPNEXT
INCR4FOR:
CLRTR0
MOVCA,@A+DPTRJBF0,$
MOV26H,AAJMPNEXT
NEXT:
MOVR0,#30HEND0:
CLRTR0
MOVA,R7MOVA,22H
ADDA,R0CJNEA,#N,WW
MOVR0,AMOV22H,#01H
MOVDPH,@R0MOVR7,#00H
INCR0MOVOUT_NUM,#11111001B
MOVDPL,@R0AJMPWWW
INCR0WW:
MOVA,R7
MOVA,R4ADDA,#4
INCR4MOVR7,A
MOVCA,@A+DPTRINC22H
JZEND0CLREA
PUSHDPHPUSHDPL
MOVR1,AMOVA,22H
ANLA,#0FHMOVDPTR,#OUT_TAB
MOVR2,AMOVCA,@A+DPTR
MOVOUT_NUM,APOPDPL
POPDPLPOPDPH
POPDPHPOPACC
WWW:
SETBEASETBEA
AJMPSTART0RETI
F_T0:
MOVTH0,21HLAST_SONG:
PUSHACC
MOVTL0,20HPUSHDPH
CPLOUTPUSHDPL
RETICLREA
NEXT_SONG:
PUSHACCMOVA,22H
PUSHDPHCJNEA,#1,QQ
PUSHDPLMOV22H,#N
CLREAMOVB,#4
MOVA,22HMOVA,#N-1
CJNEA,#N,QMULAB
MOVR7,#00HMOVR7,A
MOV22H,#01HAJMPBACK2
AJMPBACKQQ:
DEC22H
Q:
INC22HMOVA,R7
MOVA,R7SUBBA,#4
ADDA,#4MOVR7,A
MOVR7,ABACK2:
MOVR4,#00H
BACK:
MOVR4,#00HMOVA,22H
MOVA,22HMOVDPTR,#OUT_TAB
MOVDPTR,#OUT_TABMOVCA,@A+DPTR
MOVCA,@A+DPTRMOVOUT_NUM,A
MOVOUT_NUM,AMOVB,R0
MOVB,R0MOVR4,#00H
MOVR4,#00HMOVR0,#30H
MOVR0,#30HMOVA,R7
MOVA,R7ADDA,R0
ADDA,R0MOVR0,A
MOVR0,AMOVDPH,@R0
MOVDPH,@R0INCR0
INCR0MOVDPL,@R0
MOVDPL,@R0INCR0
INCR0MOVA,R4
MOVA,R4INCR4
INCR4MOVCA,@A+DPTR
MOVCA,@A+DPTRMOV26H,A
MOV26H,ADECR4
DECR4MOVR0,B
MOVR0,BPOPDPL
POPDPHDELAY:
MOV27H,26H
POPACCD2:
MOV28H,#125
SETBEAD3:
MOV29H,#248
RETIDJNZ29H,$
START_PAUSE:
CPLF0DJNZ28H,D3
JBF0,RETURNDJNZ27H,D2
SETBTR0DJNZR2,DELAY
RETURN:
RETIRET
OUT_TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH;共阳
TABLE:
DWSONG1,TABLE1,SONG2,TABLE2,SONG3,TABLE3,SONG4,TABLE4,SONG5,TABLE5
TABLE1:
DW64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030
DW63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524
SONG1:
DB04H;1=C2/4军港之夜
DB32H,54H,52H,32H,54H,52H,32H,12H,12H,32H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB0C2H,32H,32H,12H,21H,31H,24H,32H,34H,0D2H,0C2H,14H,14H,32H,52H,52H,32H,52H,54H,32H,34H,31H,21H,12H,24H,24H
DB34H,0E2H,0C2H,0D1H,0E1H,0D4H,12H,0E2H,32H,32H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H,0D2H,0E2H,32H,32H,0E2H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H
DB22H,0D1H,11H,0E2H,0D2H,0C4H,0C4H,32H,52H,52H,32H,62H,5H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,31H,31H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H
DB32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,34H,34H,32H,52H,52,32H,62H,51H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,32H,12H,32H,32H,54H,52H
DB32H,52H,52H,31H,31H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB0C2H,32H,32H,12H,21H,31H,24H,32H,34H,0D2H,0C2H,14H,14H,32H,52H,52H,32H,52H,54H,32H,34H,31H,21H,12H,24H,24H
DB34H,0E2H,0C2H,0D1H,0E1H,0D4H,12H,0E2H,32H,32H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H,0D2H,0E2H,32H,32H,0E2H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H
DB22H,0D1H,11H,0E2H,0D2H,0C4H,0C4H,32H,52H,52H,32H,62H,5H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,31H,31H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H
DB32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,34H,34H,32H,52H,52,32H,62H,51H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,32H,12H,32H,32H,54H,52H
DB32H,52H,52H,31H,31H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,74H,0D2H,0C2H,14H,14H,14H,14H
DB00H
TABLE2:
DW63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777
DW64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178
SONG2:
DB02H;1=C4/4死了都要爱
DB04H,94H
DB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02H
DB0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4H
DB04H,0C2H,0C2H,0D4H,0C2H,0D2H,0D8H,0D4H,0D2H,92H
DB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02H
DB0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,0E8H,0D8H
DB0C8H,0C8H,08H,08H,78H,28H,38H,34H,24H
DB24H,64H,64H,24H,64H,72H,72H,78H,58H,54H,44H,38H,34H,14H,34H,84H,74H,74H,62H,62H,0D8H,78H,28H,38H,34H,24H
DB24H,64H,64H,24H,64H,72H,72H,72H,94H,92H,94H,0A4H,58H,58H,54H,44H;#音不准
DB58H,58H,58H,58H,0A8H,0A8H,0A4H,0B4H,0A4H,84H,0A4H,94H,98H,98H,08H
DB84H,82H,82H,82H,82H,94H,0A2H,94H,92H,82H,74H,72H,74H,72H,72H,72H,72H,92H,91H,91H,94H,54H,74H,94H
;;*************************************************
DB0A8H,0A4H,0A2H,0B2H,0C4H,0B4H,0A4H,0A4H,0A4H,92H,92H,98H,82H,72H,78H,04H,0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4H
DB04H,0C4H,0D4H,0C4H,0C8H,04H,94H
DB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02
DB0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4H,04H,0C2H,0C2H,0D4H,0D8H,0D4H,0D2H,92H
DB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02
DB0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4H,04H,0C2H,0C2H,0D4H,0D8H,0D4H,0D2H,92H
;*************
DB0A4H,0A2H,0B2H,0B3H,0C4H,0E8H,0D8H
DB0C8H,0C8H,0C8H,08H
DB00H
TABLE3:
DW64898,64968,65030,65086,65135,65158,65199,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64862
END
5.2程序调试
程序调试中出现的问题及解决的办法：
（1）有时会出现程序一点错误也没有，但就是不能正常运行的现象，最后我们发现是因为程序中有的指令书写得不规范导致的，例如有的RET返回指令一定要按正确格式书写或在两行指令间最好不要留空行。
（2）程序中的跳转指令的运用很重要，为保险起见，都用LJMP，我们就遇到过跳转指令用错程序无法正常运行的现象。
当用JNZ指令时，跳转范围比较少，这时要用一个标号中转。
（3）编程时要注意，在程序开始时，要写入各定时器中断的入口地址。
（4）编程过程中要注意加注释或分割线，否则，在程序过长时容易变得很乱，不便于查找或更改。
（5）编程前要加流程图，这样会使思路清晰，例如数字音乐盒的设计思路完全可以按着MP3的工作方式列写流程图。
六、结论与心得
1.此次设计过程中，我们查了一些相关资料，使得我们更深层的了解了单片机芯片的工作原理以及软件、硬件如何联系起来实现我们的要求。
经过我们共同努力之下，不仅完成本次设计的具体相关要求，也熟练掌握了AT89C51芯片的具体功能和注意事项。
此外，设计中所涉及到的元器件还有：
三极管、电阻、瓷片电容等，我们通过查了相关元器件的作用及其工作原理，并对其进行验算，从而进一步地减少实验误差。
在我们的不懈努力下加上老师的些许指导，最终还是发现了问题的原因，并解决问题。
2.在整个设计过程中，我们不仅能将书本上学到的关于单片机相关的知识与实践相结合，而且还培养了团队合作精神以及提高了自学能力。
这将对我们今后的工作以及实践提供了有很大的基础。
它更加让我们意识到：
理论和实践相结合的重要性。
3.虽然电路看上比较简单，但实际焊接的过程中我们也遇到许多挫折，但经过我们的不懈努力，最终实现了要求。
4.在设计过程中要保持一种持之以恒、严谨的设计作风思想，这样才会在遇到问题时能够发现和解决问题。
5.设计已经结束，但它留给我们的不单是作品，更是一堂生动的课程。
它教会我们只有不断努力、不断吸取经验和教训和团结合作才会取得最终的成功！
我相信经过此次设计，我们今后会对单片机有一个更深的了解与运用！
七、附录
7.1参考文献
[1]许珉.单片机原理及应用[M].北京:
中国电力出版社,2007.08
[2]三恒星科技.MCS-51单片机原理与应用实例[M].北京：
电子工业出版社，2008.01
7.2电路板
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