声光音乐盒设计说明书综述.docx
《声光音乐盒设计说明书综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声光音乐盒设计说明书综述.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
声光音乐盒设计说明书综述
湄洲湾职业技术学院
声光音乐盒设计说明书
系别：
自动化工程系
年级：
10级专业：
电气自动化技术
姓名：
潘学号：
1001020225
导师姓名:
宋进职称：
讲师
2012年5月28日
1.前言
随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。
小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。
传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。
本文设计的音乐盒是以AT89C51单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和弦音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。
它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
电子式音乐盒是现代电子科技与音乐结合的产物，它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。
本文的主要内容是用STC89C51单片机为核心控制元件，设计一个电子式音乐盒。
以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块。
本文主要对使用单片机设计简易电子式音乐盒进行了分析，并介绍了基于单片机电子式音乐盒系统统硬件组成。
利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，可以播放事先保存的三首优美的曲目。
本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。
通过设计本系统有助于增进了解单片机的基本功能，使制作者对单片机的原理的理解和应用能力显著提高。
2.系统设计技术参数要求
1．利用按键切换演奏出不同的乐曲。
扬声器发出乐曲，按键可以切换LED闪烁的样式。
使用6个按键，两个用来切换歌曲，一个切换八路LED的变化花样。
一个用来启动，一个用来停止，另一个是复位。
2．用PROTEL99SE设计电路图，PCB图等。
3．歌曲可以自己随意的写进音乐盒中。
4．由于歌曲占用内存比较大，单片机内存小，将两块单片机一同使用，两者可以通讯。
5．数码管显示当前播放的是哪一首歌曲。
3.系统设计
3.1系统设计总体框图
1.单片机的选择
方案一。
采用AVR单片机，AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性；片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用；但是AVR单片机的硬件设计方面本人熟悉。
方案二。
采用STC89C51单片机，这款单片机是51内核的传统八位单片机，该款单片机采用5V供电，与绝大部分数字和模拟芯片电平兼容；同时STC89C51单片机具有比较强的运算能力和较快的处理速度；其片内硬件资源相对丰富，有五个中断（包括外部中断0、外部中断1、定时器中断0、定时器中断1和串行中断）和三十二个I/O口，能满足此次设计的要求。
方案三。
采用MSP430F149单片机，MSP430F149单片机是德州仪器推出的一款16位超低功耗微处理器，单片机有四种低功耗模式，对于手持式设备有很大优势。
除此之外，MSP430F149单片机还有很丰富的片内外设，如硬件乘法器、AD等等；同时，MSP430F149单片机的时钟配置也相当方便，可以通过程序配置各个模块的时钟源和时钟分频，以达到对片内硬件资源合理配置并且降低了系统整体的功耗，但是MSP430F149单片机价格昂贵,外部硬件设计难度大，同时该款单片机供电电压是+3.3V，与大部分的模拟和数字芯片不兼容。
综上所述，本次设计采用方案二，因为这款单片机自身的硬件资源完全可以胜任此次设计的要求，外部电路设计也相当简单，同时这款单片机的价格也很便宜，性价比优于上述的另外两款单片机。
2.通信方式的选择
方案一。
采用RS-232通信。
RS-232通信是串行通信，规定最大的负载电容为2500pF，这个电容限制了传输距离和传输速率，由于RS-232的发送器和接收器之间具有公共信号地（GND），属于非平衡电压型传输电路，不使用差分信号传输，因此不具备抗共模干扰的能力，共模噪声会耦合到信号中，在不使用调制解调器（MODEM）时，RS-232能够可靠进行数据传输的最大通信距离为15米通信速度慢。
方案二。
采用并行通信。
八位并口通信各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快速的场合。
并行传递的信息不要求固定的格式，通常是8位、16位或32位为传输单位，一次传送一个字长的数据，适合于进行近距离、大量和快速的信息交换。
并行数据传输只适用于近距离的通信，通常传输距离小于30米。
并行传输的数据宽度可以是1～128位，甚至更宽，但是有多少数据位就需要多少根数据线，因此传输的成本较高。
方案三。
采用RS-485通信。
逻辑“1”以两线间的电压差为+（2~6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2~6）V表示。
接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好；但是RS-485通信需要专用芯片来完成。
综上所述，本次设计采用方案二，一方面由于单片机自身的I/O口完全足够用,并且可以留出并口通信的接口；另一方面，串行通信的程序设计方面相对复杂，会降低系统的稳定性，因此采用八位并口通信方式。
3.音乐播放模块的选择
方案一。
使用扬声器。
单片机自身不能驱动扬声器，需要外接功率放大模块，硬件电路相对复杂。
但是扬声器的音质好，使音乐播放出来更有质感，听起来不至于刺耳，使音乐品质得到提升。
方案二。
使用蜂鸣器。
蜂鸣器驱动电路简单，只需一个三极管即可，但是蜂鸣器的声音刺耳、干涩，听起来很不舒服。
综上所述，本次设计采用方案一。
1.STC89C51单片机
STC89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
STC89C51具有如下特点：
40个引脚（引脚图如图1所示），4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，STC89C51可通过软件设置省电模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
图1STC89C51单片机引脚图
2.复位电路
复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，就可使AT89C51单片机复位。
复位的主要功能是把PC初始化为0000H，使AT89C51单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键重新启动。
单片机的复位电路通常采用上电复位和按钮复位的两种方式。
本设计采用图2.3上电复位电路.上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。
图2复位电路
3.时钟电路模块
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。
高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。
但是高速对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。
考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。
合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，本次设计选取12.000M无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚，并联2个30pF陶瓷电容帮助起振。
图3时钟电路模块电路图
4.音乐播放模块
图4音乐播放模块
3.3系统总原理图说明
原理图参见附录一。
1.要产生音频脉冲，只要计算某一音频的周期，然后将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用定时器记时这个半周期时间，每当记时到后就输出脉冲的I/O反相，然后重复记时此半周期的时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
2.利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值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=1912us，因此只要令计数器记时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/Fr,其中N是计数值，Fi是8051内部频率，一般用的是1MHZ（因为8051内部记时一次时间为1us），Fr为要产生的频率。
3.计数初值的求法如下：
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr
例如：
求低音DO（261HZ）中音DO（523HZ）高音DO（1046HZ）的计数值。
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-50000/Fr
低音DO的Ｔ＝65536-50000/262=65345
中音DO的Ｔ＝65536-50000/523=65440
高音DO的Ｔ＝65536-50000/1047=65488
3.4系统印刷电路板的制作
见附录2
3.5系统的操作说明
开机后，电子音乐盒默认不播放音乐，按一下播放键之后，开始播放第一首音乐。
按下下一首按键，播放下一首音乐；按下上一首按键，播放上一首音乐；按下停止按键，停止播放音乐；按下彩灯按键，彩灯闪烁。
从上到下的按键的作用：
1播放键，2上一首按键，3下一首按键，4停止按键，5彩灯按键。
彩灯切换键：
提供了三种彩灯闪烁模式。
3.6系统操作注意事项
1．严禁在系统连接错的情况下通电。
2．通电前先检查电路板有没有短路或开路。
3．通电前要把电路放在绝缘物体上，避免短路烧坏元件。
4．调试电路时应小心操作，避免万用表表笔或其他工具造成短路。
5．更换元件时，应注意焊接时断开电源再进行焊接，避免元器件击穿或造成短路现象。
参考文献
[1]谭浩强C语言程序设计（第二版）北京：
清华大学出版社1991
[2]康华光模拟电子技术基础（第四版）武汉：
华中理工大学出版社1999
[3]李广弟朱月秀王秀山单片机基础北京：
北京航空航天大学出版社2001.7
[4]罗亚非凌阳16位单片机应用基础北京：
北京航空航天大学出版社2003
[5]欧伟明周春临瞿遂春电子信息系统设计西安电子科技大学出版社2005.9
[6]黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计北京：
北京航空航天大学出版社2006.6
[7]黄智伟凌阳单片机课程设计指导北京：
北京航空航天大学出版社2006.11
[8]贾立新王涌电子系统设计与实践北京：
清华大学出版社2007
[9]李建忠单片机原理及应用西安电子科技大学出版社2008.2
致谢词
三年时间，不觉中就要过去了。
在此，我衷心感谢这三年来辛勤培育我的老师。
在以后的工作岗位上，我会不断努力，用自己的辛勤工作和不懈奋斗来回报学院和老师们！
感谢我的毕业设计指导老师——宋进老师的谆谆教诲，这一段日子以来的教导，您的不辞辛苦、悉心教诲。
没有你的指导，就没我所得到的结果，我在此表示深深的感谢！
感谢系主任佘明辉，系书记蔡明雄，和翁娟钗辅导员。
感谢所有教过我的老师们，你们课堂上的指导和课外的交流，让我学习到很多知识和做人的道理。
你们的言传身教、你们的精彩授课、你们的严厉换了我们今后的成功。
你们就像那花园里的园丁，不辞辛苦、任劳任怨的培养我们，教导我们，为我们今后的人生点亮一盏灯，指明一条路。
衷心的感谢各位老师，你们就像我们的父母亲一样。
谢谢！
感谢所有的同学，时间是飞快的，转眼间三年就这样过去了，但我们的友谊是一辈子的，脑海中还回映这课前前后的一幕幕，那份纯真的感情，深厚的友谊。
希望每个同学都能事业有成、前途似锦。
感谢所有的舍友，谢谢你们的鼓励和支持，没有你们，我不会过的那么好，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。
三年了，大学报名的第一天的情景还深印脑海，仿佛就在昨天，时间就这么快流逝了。
不过我很高兴能和你们成为舍友，很荣幸作为你们的舍长。
感谢学校、感谢系部为我们提供环境优雅、气氛和谐的学习场所和锻炼的舞台，还记得学生干部的那段生涯，这也是我一辈子的财富。
因为他见证了我的成长，也使我成长，我学到了很多，不管是做人做事还是交际，都让我往前大步的跨越。
学校、系部课余丰富多彩的活动，也让我充实了自己，锻炼了自己。
感谢学校、感谢系部。
感谢所有人和事，是你们，让我成长。
在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
最后我还要感谢含辛茹苦培养我长大的父母，谢谢你们!
附录
附录1系统总原理图
附录2系统印刷电路板的制作图
附录3元件清单
序号
元件名称
数量
1
STC89C52RC单片机
2
2
12MHz晶振
2
3
30pf电容
4
4
10uf电解电容
3
5
LED灯
9
6
共阳数码管
1
7
电解电容
1
8
四脚按键
7
9
带锁开关
1
10
喇叭
1
11
LM386
1
12
10k电阻
2
13
10欧姆电阻
1
14
510欧姆电阻
17
15
104电容
1
16
250uf电解电容
1
17
0.05uf电容
1
附录4源程序
主机程序：
#include
#include
//以下是端口定义
#definePortP1
sbitK1=P3^0;//开始播放
sbitK2=P3^1;//上一曲
sbitK3=P3^2;//下一曲
sbitK4=P3^3;//停止
sbitK5=P3^4;//切换灯的闪烁模式
sbitSIG4=P2^3;
sbitSIG1=P2^0;
sbitSIG2=P2^1;
sbitSIG3=P2^2;
//以下是数据的定义
unsignedcharcodedate[]={0xfe,0xef,0x55};
unsignedchartemp;
unsignedcharn=0;
//函数名：
delayms
//函数功能：
延时z个毫秒
voiddelayms（unsignedcharz）
{
unsignedcharx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
//函数名：
LED_dislay
//函数功能：
LED闪烁
voidLED_dislay（）
{
switch（n）
{
case1:
delayms（120）;
temp=_crol_（temp,1）;
Port=temp;
break;
case2:
delayms（120）;
temp=_crol_（temp,-1）;
Port=temp;
break;
case3:
Port=0x55;
delayms（120）;
Port=~Port;
delayms（120）;
break;
}
}
//函数名：
keyscan
//函数功能：
按键检测程序
voidkeyscan（）
{
unsignedcharm=0;
if（K1==0）
{
delayms（10）;
if（K1==0）
{
SIG1=0;
while（!
K1）;
SIG1=1;
}
}
if（K2==0）
{
delayms（10）;
if（K2==0）
{
SIG2=0;
while（!
K2）;
SIG2=1;
}
}
if（K3==0）
{
delayms（10）;
if（K3==0）
{
SIG3=0;
while（!
K3）;
SIG3=1;
}
}
if（K4==0）
{
delayms（10）;
if（K4==0）
{
SIG4=0;
while（!
K4）;
SIG4=1;
}
}
if（K5==0）
{
delayms（10）;
if（K5==0）
{
while（!
K5）;
n++;
if（n==4）
n=1;
}
}
}
voidmain（）//主函数
{
SIG1=1;
SIG2=1;SIG3=1;SIG4=1;
temp=date[n];
Port=temp;
while
（1）
{
keyscan（）;
LED_dislay（）;
}
}
从机程序：
#include
//以下是端口定义
sbitSIG4=P3^4;
sbitSIG3=P3^5;
sbitSIG2=P3^6;
sbitSIG1=P3^7;
sbitSPK=P2^4;
unsignedcharcode*datasong;//指向具体歌的指针
unsignedintdataj;//取码指针
unsignedchardatai;//用于循环
unsignedchardatak;//几个1/4拍
unsignedchardatal;//第几个码
unsignedcharcodetable[]={0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90};
voiddelay（void）;
unsignedcharcodeyin[30]={
0xFF,0xFF,0xFB,0x90,0xFC,0x0C,0xFC,0x44,0xFC,0xAC,0xFD,0x09,0xFD,0x34,
0xFD,0x82,0xFD,0xC8,0xFE,0x06,0xFE,0x22,0xFA,0X15,0XFB,0x04,0xFA,0x67,0xFE,0x85};
//C调各音符频率与计数初值T的对照表
//两只蝴蝶
unsignedcharcodesong1[131]={
0x52,0x42,
0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,
0x38,0x04,0x12,0x32,
0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x12,
0xC8,0x04,0x52,0x42,
0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,
0x38,0x04,0x12,0x32,
0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x32,
0x48,0x04,0x52,0x42,
0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,
0x38,0x04,0x12,0x32,
0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x11,0x31,
0xC8,0x04,0x52,0x72,
0x78,0x02,0x72,0x82,0x72,
0x58,0x04,0x42,0x42,
0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x12,
0x32,0x32,0x3C,
0x09,0x72,0x72,0x82,
0xA2,0x92,0x92,0x82,0x52,0x42,0x42,0x42,
0x58,0x02,0x52,0x52,0x72,
0x84,0x84,0x02,0x12,0x52,0x42,
0x48,0x04,0x52,0x72,
0x72,0x52,0x74,0x02,0xA4,0x92,
0x82,0x92,0x54,0x02,0x82,0x82,0x92,
0x82,0x72,0x52,0x42,0x02,0xC4,0x12,
0x3C,
0xFF};
//偏偏喜欢你
unsignedcharcodesong2[]={
0XC2,0XB2,
0X36,0X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0XB2,
0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,
0X76,0XA2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,
0X4C,0X42,0X32,
0X74,0X82,0X74,0X82,0X72,
0X52,0X41,0X38,0X32,0X42,
0X16,0XC2,0X72,0X52,0X42,0X42,
0X3C,0XC2,0XB2,
0X36,0X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0XB2,
0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,
0X76,0XA2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,
0X4C,0X42,0X32,
0X76,0X82,0X74,0X82,0X72,
0X53,0X41,0X38,0X32,0X42,
0X16,0XC2,0X72,0X52,0X41,0X51,0X12,
0XCC,0XC2,0XB2,
0X16,0XC2,0X72,0X52,0X42,0X42,
0X3C,0X32,0X32,
0X26,0X22,0X24,0X42,0X32,
0x22,0x12,0x18,0x02,0x52,
0X46,0X12,0X44,0X72,0X82,
0X5C,0X52,0X52,
0X46,0X42,0X74,0X42,0X32,
0X36,0X42,0X58,
0X82,0X72,0X62,0X52,0X46,0X32,
0X3C,0X12,0XB2,
0X36,0X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0XB2,
0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,
0X76,0XA2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,
0X48,0X02,0X42,0X52,0X62,
0X76,0X82,0X74,0X82,0X72,
0X56,0X41,0X38,0X32,0X22,
0X16,0XC2,0X72,0X52
升级会员 