数字音乐盒的课程设计

课程设计说明书第I页数字音乐盒的设计摘要传统音乐盒，多是机械型的，体积笨重，发音单调，水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、显示电路以及蜂鸣器组成。使用四个按键控制音乐盒，其中两个按键用来控制歌曲的播放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序的变化，本音乐盒共有三首歌曲。播放歌曲时，相应歌曲对应相应数码管上歌曲次序及歌名的显示。关键词：AT89C51，蜂鸣器，LCD液晶显示，音乐盒课程设计说明书第II页目录1绪论......................................................................................................................................11.1课题描述........................................................................................................................11.2基本工作原理及框图....................................................................................................12相关芯片及硬件电路设计..................................................................................................12.1AT89C51芯片................................................................................................................22.1.1AT89C51的功能特性.............................................................................................22.1.2AT89C51的主要性能参数.....................................................................................22.2时钟电路...........................................................................................................................32.3复位电路........................................................................................................................32.4按键电路........................................................................................................................42.5蜂鸣器电路....................................................................................................................42.6显示电路........................................................................................................................52.6.1线段的显示.............................................................................................................52.6.2字符的显示.............................................................................................................52.7总体电路........................................................................................................................63系统软件设计......................................................................................................................73.1程序主要流程................................................................................................................73.2程序设计........................................................................................................................84系统软件仿真....................................................................................................................15总结..................................................................................................................................18致谢..................................................................................................................................19参考文献..................................................................................................................................20课程设计说明书第1页1绪论1.1课题描述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。传统的音乐盒大多数是机械型的，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，能演奏和旋音乐，功能多，使用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。本设计是基于单片机的数字音乐盒设计,由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机电子数字音乐盒[1]。1.2基本工作原理及框图本次设计是一个基于AT89C51单片机的音乐盒，该音乐盒主要由时钟电路、复位电路、按键电路、蜂鸣器以及显示电路组成。使用其中两个按键来控制播放和暂停另外两个按键用来控制换曲。利在液晶上显示曲目的更换，共三首音乐，蜂鸣器每播放一首歌时液晶上显示相对应的歌曲次序。系统组成框图如图1。图1基本工作原理框图2相关芯片及硬件电路设计AT89C51单片机LCD液晶显示蜂鸣器时钟电路复位电路按键电路课程设计说明书第2页2.1AT89C51芯片图2AT89C51引脚图2.1.1AT89C51的功能特性AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。2.1.2AT89C51的主要性能参数AT89C51主要性能参数如下：与MC－51产品指令系统完全兼容K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年课程设计说明书第3页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2.2时钟电路时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟是保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢[2]。为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MHZ的晶振，另外有两个22PF的电容，晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。时钟电路如图3。图3时钟电路2.3复位电路单片机在启动时都需要进行复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。51系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位[3]。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。复位电路如图4。课程设计说明书第4页图4复位电路2.4按键电路按键的闭合与否，反映在行线输出电压上就呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。P1.0，P1.1，P1.4，P1.5作为控制按键，其中P1.0-P1.1扫描行，P1.4-P1.5扫描列；可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。按键电路如图5。图5按键电路2.5蜂鸣器电路电路中蜂鸣器是发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等[4]。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，单片机的I/O口是无法直接驱动的（但AVR可以驱动小功率蜂鸣器），所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。蜂鸣器由一个三极管，两个电阻和一个二极管组成。蜂鸣器电路如图6。课程设计说明书第5页图6蜂鸣器电路2.6显示电路2.6.1线段的显示点阵图形式液晶由M×N显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FF