单片机音乐控制系统的设计说明书.docx

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单片机音乐控制系统的设计说明书

目录

引言1

第一章硬件电路的设计2

一、系统设计的框架2

二、单片机最小系统电路2

三、单片机的选型3

四、STC89C52单片机简介3

五、STC89C52单片机时序4

六、STC89C52单片机引脚介绍4

八、系统电源电路的设计8

九、按键接口电路8

第二章系统软件设计9

结束语12

参考文献13

致谢14

引言

（一）课题研究的背景

工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。

随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，本设计就是基于单片机STC89C52音乐控制系统的设计，通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。

（二）课题研究的目的和意义

随着社会的发展，单片机的应用越来越广，本文采用单片机STC89C52设计了音乐控制系统。

单片机STC89C52能够根据LM386实现音乐的系统控制

通过该课程的学习使我们对计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。

第一章硬件电路的设计

一、系统设计的框架

本课题设计的是一种以STC89C52单片机为主控制单元，本设计是有五部分电路组成的，分别是时钟复位电路、单片机系统、按键电路、显示电路和音频输出电路。

硬件的总体框图所示。

图1系统设计框架

二、单片机最小系统电路

在课题设计的温度控制系统设计中，控制核心是STC89C52单片机，该单片机为51系列增强型8位单片机，它有32个I/O口，片内含4KFLASH工艺的程序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振为12MHz，一个指令周期为1μS。

使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系统主要包括：

复位电路、震荡电路以及存储器选择模式（EA脚的高低电平选择），电路如下图2所示：

图2单片机最小系统

三、单片机的选型

本课题设计的温度控制系统主控制芯片选型为STC89C52单片机，其特点如下：

四、STC89C52单片机简介

目前，51系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。

STC89C52单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。

每一个单片机包括：

一个8位的微型处理器CPU；一个512K的片内数据存储器RAM；4K片内程序存储器；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。

最高允许振荡频率是12MHZ。

以上各个部分通过内部总线相连接。

五、STC89C52单片机时序

STC89C52单片机的一个执器周期由6个状态（s1—s6）组成，每个状态又持续2个震荡周期，分为P1和P2两个节拍。

这样，一个机器周期由12个振荡周期组成。

若采用12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期为1us，每个状态周期为1／6us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在N期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。

对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从S1P2开始执行指令。

如果是双字节指令，则在同一机器周期的s4读人第二字节。

若为单字节指令，则在51期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加1。

在加结束时完成指令操作。

多数STC89C52指令周期为1—2个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。

对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但Movx指令例外，Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行Movx指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。

六、STC89C52单片机引脚介绍

STC89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。

下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。

（1）电源引脚Vcc和Vss

Vcc（40脚）：

接+5V电源正端；

Vss（20脚）：

接+5V电源正端。

（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1（19脚）：

接外部石英晶体的一端。

在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。

XTAL2（18脚）：

接外部晶体的另一端。

在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。

当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。

对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。

（3）控制信号或与其它电源复用引脚

控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。

（A）．RST/VPD（9脚）：

RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。

当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。

当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。

（B）．ALE/P（30脚）：

当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低

（C）．PSEN（29脚）:

片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。

当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。

当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。

（D）．EA/Vpp（31脚）：

EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。

当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS—52子系列为8KB）。

若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。

当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。

对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。

（4）输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口

（A）.P0口（39脚～22脚）：

P0.0～P0.7统称为P0口。

当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。

当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。

它分时提供8位双向数据总线。

对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。

（B）.P1口（1脚～8脚）：

P1.0～P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。

对于MCS—52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：

P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。

对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。

（C）.P2口（21脚～28脚）：

P2.0～P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。

当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。

对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。

（D）.P3口（10脚～17脚）：

P3.0～P3.7统称为P3口。

它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。

P3口的第2功能见下表

表1单片机P3.0管脚含义

引脚

第2功能

P3.0

RXD（串行口输入端0）

P3.1

TXD（串行口输出端）

P3.2

INT0（部中断0请求输入端，低电平有效）

P3.3

INT1（中断1请求输入端，低电平有效）

P3.4

T0（时器/计数器0计数脉冲端）

P3.5

T1（时器/计数器1数脉冲端）

P3.6

WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）

P3.7

RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）

综上所述，MCS—51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：

1）.单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；

2）.单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。

七、系统音频功放电路原理的设计

在学习了单片机的输入、输出系统后，有了使单片机发声的想法，参考有关资料，用单片机实现简单的的音乐发生器，它有16个音的键盘，可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器可以根据演奏，通过扬声器将音乐播放出来。

关键之处在于用单片机产生音频脉冲和音乐的节拍，可以用单片机的定时器来实现。

显然，本设计的核心器件是单片机芯片和音频功放芯片。

单片机采用Atmel公司的51单片机芯片AT89C51，它完全可以满足本设计的功能要求。

而且使用方便，价格便宜，易于获取。

音频功放芯片选用国家半导体公司的LM386，LM386的引脚分布如图3-2所示。

图4简单音乐发生器音频功放电路原理图

八、系统电源电路的设计

本系统采用电源稳压芯片是LM2596，该开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，输入电压是+5v,输入电压是+24v,同时具有很好的线性和负载调节特性。

该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。

该器件还有其他一些特点：

在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）

在该温度控制系统中，其电源电路设计如下图10所示。

图5系统电源模块

九、按键接口电路

本课题设计采用的键盘模块，其接口原理图如下图8所示：

图8键盘模块电路

第二章系统软件设计

一、原理流程图

系统程序流程图

播放歌曲流程图

结束语

通过此次论文的课题设计，我们学会了怎样把所学的书本知识应用于实践中去，并学会了如何去思考整个控制系统的软硬件设计。

实践过程中我们遇到了一些困难，但在解决问题的过程中，我们学会了团队合作精神和怎样发现问题、分析问题，进而解决问题。

此次课程设计不仅增强了我们学习专业课的兴趣，而且给了我们勇气和信心，更重要的是它为我们以后的学习指明了方向。

参考文献

[1]李广弟，朱月秀，王秀山.《单片机基础》北京航空航天大学出版社，2001（07）.

[2]蔡美琴,张为民等.《MCS-51系列单片机系统及其应用》高等教育出版社，2004（06）.

[3]张毅刚,等.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社,1997.

[4]刘瑞星,胡健等.《ProtelDXP实用教程》机械工业出版社，2003（04）.

[5]于海生.《计算机控制技术》机械工业出版社2007（05）.

[6]谭浩强.《C程序设计》清华大学出版社.

[7]康华光.《电子技术基础模拟部分》高等教育出版社1998（08）.

[8]余锡存.《单片机原理与接口技术》西安电子科技大学出版社，2003.

致谢

本论文是在我的指导老师密切关心和悉心指导下完成的。

老师在课题开题期间和论文写作的过程中给予了我许多指导，导师总是以认真负责、一丝不苟的工作态度阅读并修改文章中不足的地方，他优良的作风和严谨治学的态度深深影响着我，至此,向恩师致以最真挚的感谢和最崇高的敬意！

同时我要感谢我的同学，特别是我的室友们，正是他们在这几年里陪我一起成长，一起学习，才让我有了今天的成绩。

他们在平时的学习和生活中他们给予了我无私的关怀和帮助，在此表示我最诚挚的谢意。

附件1:

程序汇编部分

#include

sbitspeaker=P1^2;

unsignedchartimer0h,timer0l,time;

//世上只有妈妈好数据表

codeunsignedcharsszymmh[]={6,2,3,5,2,1,3,2,2,5,2,2,1,3,2,6,2,1,5,2,1,

6,2,4,3,2,2,5,2,1,6,2,1,5,2,2,3,2,2,1,2,1,

6,1,1,5,2,1,3,2,1,2,2,4,2,2,3,3,2,1,5,2,2,

5,2,1,6,2,1,3,2,2,2,2,2,1,2,4,5,2,3,3,2,1,

2,2,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,5,1,6,0,0,0

};

//音阶频率表高八位

codeunsignedcharFREQH[]={

0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,

0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC,//1,2,3,4,5,6,7,8,i

0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE,

0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF,

};

//音阶频率表低八位

codeunsignedcharFREQL[]={

0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6,

0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F,//1,2,3,4,5,6,7,8,i

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};

voiddelay（unsignedchart）

{

unsignedchart1;

unsignedlongt2;

for（t1=0;t1

{

for（t2=0;t2<8000;t2++）

{

;

}

}

TR0=0;

}

voidt0int（）interrupt1

{

TR0=0;

speaker=!

speaker;

TH0=timer0h;

TL0=timer0l;

TR0=1;

}

voidsong（）

{

TH0=timer0h;

TL0=timer0l;

TR0=1;

delay（time）;

}

voidmain（void）

{

unsignedchark,i;

TMOD=1;//置CT0定时工作方式1

EA=1;

ET0=1;//IE=0x82//CPU开中断,CT0开中断

while

（1）

{

i=0;

while（i<100）{//音乐数组长度，唱完从头再来

k=sszymmh[i]+7*sszymmh[i+1]-1;

timer0h=FREQH[k];

timer0l=FREQL[k];

time=sszymmh[i+2];

i=i+3;

song（）;

}

}

}