基于AT89C51单片机的电子音乐盒设计

黄河科技学院课程设计第1页黄河科技学院课程设计任务书工学院机械系机械设计制造及其自动化专业11级机电三班学号11姓名指导教师朱煜钰题目:基于AT89C51单片机的电子音乐盒设计课程:单片机应用技术课程设计课程设计时间2014年10月27日至2014年11月10日共2周课程设计工作内容与基本要求(设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页）1．设计要求利用AT89C51单片机作为微控制器，用16盏以上的LED小灯，实现至少4种彩灯灯光效果（不含全部点亮，全部熄灭）；可以用输入按钮在几种灯光效果间切换；可以通过按钮暂停彩灯效果，使小灯全亮，再次按下相同按钮后继续之前的效果。创新设计：2.设计任务与要求2.1系统硬件电路设计根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用Proteus绘制整个系统电路原理图。2.2软件设计根据该系统要求的功能进行软件设计，绘制整个系统的软件流程图；根据流程图编写程序并汇编调试通过；列出软件清单，软件清单黄河科技学院课程设计第2页要求逐条加以注释。2.3Proteus仿真用Proteus对系统软硬件进行仿真调试并通过。2.4编写设计说明书内容包括任务书、设计方案分析、硬件部分设计、软件部分设计、调试结果整理分析、设计调试的心得体会等，字数不少于5000字；硬件部分设计要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明；软件设计部分要（用visio2003画图软件）绘制整个系统及各部分的软件流程图，列出程序清单，逐条加以注释，并注明各程序功能块的功能。3．工作计划序号设计内容所用时间1布置任务及调研４天3制作与调试８天4撰写设计报告书2天合计14天4．主要参考资料单片机课程设计指导书皮大能北京理工大学出版社2012.78051单片机实践与应用吴金戎清华大学出版社2003.8单片机技术基础教程与实践夏路易电子工业出版社2008.1单片机原理及应用张毅刚高等教育出版社2012.11基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例蒋辉平机械工业出版社2007.7…指导老师签字:黄河科技学院课程设计第3页日期:摘要为了实现单片机控制音乐播放，在本次课程设计中尝试基于单片机AT89C51音乐盒的设计对这一思路进行验证。本设计采用了蜂鸣器发声来实现歌曲的播放，能够保持基本的音调不变，流畅播放歌曲。主要设计模块包括数码管显示部分，功能键盘部分，蜂鸣器发声部分，彩灯部分。数码管采用共阳极数码管，通过单片机P1接口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过P3接口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停功能；蜂鸣器由单片机的P2接口控制，实现歌曲播放；彩灯使用普通二极管，能实现单色常亮和闪烁的效果。主要工作过程是通过功能键实现上、下曲目的播放及暂停功能，同时有数码管显示当前播放曲目的序号，并会有不同的彩灯闪烁效果。本次设计要使用单片机及KeilC51编程软件编程和Proteus单片机仿真软件，电工学等方面的有关知识。用KeilC51编程软件编程，用PROTEUS单片机仿真软件仿真。最后制作实物，将程序下载到单片机中，利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。关键字：AT89C51单片机,音乐盒,方波,音调黄河科技学院课程设计第4页AbstractInordertoachievethesinglechipmicrocomputercontrolmusicplayback,tryinthecurriculumdesignbasedonsinglechipmicrocomputerAT89C51musicboxdesignonthistrainofthoughtforvalidation.ThisdesignUSESthebuzzersoundtorealizethesongsplayed,canmaintainthebasictoneischangeless,smoothplaysongs.Maindesignmoduleincludesdigitaltubedisplay,keyboardfunctionpart,buzzersound,thelights.Digitaltubeusingatotalofanodedigitaltube,controlledbysinglechipmicrocomputerP1interface,realizesongnumberdisplay;ThroughP3interface,keyboardswitchwithbuttons,control,realizetheorderofthesongsandpauseswitchfunction;Buzzeriscontrolledbyasingle-chipmicrocomputerP2interface,realizethesongs;Lightsusenormaldiode,canrealizemonochromenormallyonandflashingeffect.Mainworkingprocessisthroughthefunctionkeysachievethefunctionofupperandlowerthemusicplayandpause,atthesametimehavedigitaltubedisplaythecurrenttracknumber,andhavedifferentlightsflashingeffect.ThedesigntousesinglechipmicrocomputerandKeilC51andProteussingle-chipmicrocomputersimulationsoftware,programmingsoftware黄河科技学院课程设计第5页programmingontheknowledgeofelectrotechnics,etc.UseKeilC51programmingsoftwareprogramming,usePROTEUSsingle-chipmicrocomputersimulationsoftwaresimulation.Finallymakephysical,downloadtheprogramtoMCU,usingI/Omouthproducecertainfrequencysquarewave,drivebuzzer,adifferenttone,soastoplaymusic.Keywords:AT89C51Microcontroller,musicalbox,squarewave,tone黄河科技学院课程设计第6页一．设计方案分析1.1设计功能要求1.利用I/O口处产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，产生不同的音调从而演奏乐曲，达到预期目标。2.采用七段数码管显示当前播放歌曲的序号数。3.通过功能键实现上、下及暂停曲目播放的功能。1.2总体设计原理通过单片机的定时器产生一定长度的方波，方波脉冲驱动蜂鸣器发声。要产生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时间定时。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。如中音D0，频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒，因此只要令计数器定时1912/2=956，在每计数956次时将I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。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，在LED显示歌曲号，也可使彩灯长亮和闪烁。数码管采用共阳极数码管，通过单片机P1口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过单片机P3口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；蜂鸣器由单片机的P2口控制，实现歌曲播放；彩灯是由普通发光二极管代替，通过键盘能实现单色长亮和闪烁效果。通过功能键可以实现播放上一曲、下一曲、暂停，同时可以通过数码管显示当前播放的曲目序号，蜂鸣器播放出音乐。黄河科技学院课程设计第7页当播放出最后一曲时伴有彩灯闪烁。1.3总体设计框图单片机接5V电源供电，晶振电路产生单片机所需的时钟周期，通过功能键实现外部中断，控制音乐盒的上一曲、下一曲和暂停功能的实现，再由I/O接口输出控制蜂鸣器发声，LED显示，彩灯闪烁或暂停。另外，复位电路的功能在于使音乐盒的工作恢复到初始状态，在程序出错时，重新启动单片机工作。图1.1整体设计框图通过编程软件设定好程序后，由单片机AT89C51的定时器每秒钟通过P1.0-P1.7接口控制LED数码显示，复位信号由按钮控制，每按下一次系统恢复一次原设定状态。电源、晶振部分、复位电路、单片机、功能键、LED及蜂鸣器部分将在后面的内容中做详尽说明，在此不再赘述。电源晶振部分复位电路AT89S51蜂鸣器LED显示功能键黄河科技学院课程设计第8页二.系统硬件设计2.1电源电路设计采用经市电变压，稳压的稳压电路如下图所示IN4007VI1VO3GND27805FU11AC11000nFR150047UFinout+_单片机采用的是5V（+_0.2V）的电源，对稳压电路的要求较高，因此可以用LM7805来实现此功能。首先用交流变压器将220V的交流电变为大于5V的交流电，例如7.5V或10.5V,然后使用桥式电路进行整流，电容进行整流滤波，将交流电处理为直流。然后使用7805进行5V恒压输出，供给单片机电路使用。2.2单片机最小系统单片机的最小系统以AT89C51为核心，外加时钟电路和复位电路，电路结构简单，抗干扰能力强，成本相对较低，比较符合本次课题的要求，89C51系列单片机是在MCS-51的基础上发展起来的，是当前8位单片机的典型代表，采用CMOS工艺，即互补金属氧化物的CMOS工艺，COOS和MOS相结合的技术，具有MOS的高速度和高密度的特点，还具有CMOS低功耗的特点。单片机的工作环境需要有一个时间基准来统一控制各部黄河科技学院课程设计第9页分的工作状态此电路为时钟电路，时钟电路分为外部时钟电路和内部时钟电路，如下图所示，从图示可以看出采用外部电路比较复杂，因此本次课题的时钟电路选择内部时钟电路，时钟电路在单片机外部采用XTAL1和XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。本系统采用的是6MHz的晶振，一个机器周期为22us，C1,C2分别为22pF。复位电路的基本功能是：系统的上电时提供复位信号，待系统电源稳定后撤销复位指令。为可靠起见，在电源稳定后需要经历一段时间后撤消复位信号，防止电源开关或电源插头插合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路分为上电自动复位和按键复位，电路图如下图所示，。其中RST是复位信号的输入端，复位信号是高电平段。本次采用手动复位设计，复位通过电容C3,C4和电阻R1,R2来实现，按键复位通过复位键来实现。黄河科技学院课程设计第10页单片机的最小系统电路设计如下图设计所示，以AT89C51为核心进行设计。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.6P2.7P3.2P3.3P3.4P3.5P2.5P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1