《单片机原理与应用设计》项目设计报告。
课程名称单片机原理与应用设计。
任课教师。设计题目数字**盒。
班级 09级电子信息工程。
姓名。学号。
成绩。日期 2012年6月12日。
目录。摘要 - 2 -
1系统设计分析 - 3 -
1.1 设计要求 - 3 -
1.2 总体设计 - 3 -
1.3硬件电路设计及实现 - 3 -
2系统硬件设计 - 5 -
2.1 at89c51 芯片功能和硬件连接 - 5 -
2.2系统复位电路的设计 - 6 -
2.3时钟电路模块 - 6 -
2.4输出显示电路 - 7 -
2.5音频输出部分 - 7 -
2.6整体硬件电路 - 8 -
2.6.1键盘按键 - 9 -
2.6.2原理说明 - 9 -
3音符频率和节拍的产生方法 - 10 -
3.1音符频率 - 10 -
3.2利用定时器/计数器0产生音符频率 - 10 -
4系统软件设计 - 11 -
4.1 主模块的设计 - 11 -
4.2 外部中断源系统设计 - 12 -
4.3基本显示模块设计 - 13 -
4.4音调、节拍以及编码的确定方法 - 14 -
5总结 - 14 -
6参考文献 - 15 -
7附件 - 15 -
参考程序 - 15 -
电子**已广泛地应用于社会生活的各个领域。其类型从**卡片到cd、*** 等多种多样，制作原理也各不相同。声音是通过振动产生的。
单片机对某一i/o引脚以一定的频率循环置1和清0，这一引脚便产生一定频率的方波，该方波通过放大后作用于扬声器便产生一定频率的声音。若改变输出方波的频率，产生的声音也就改变了。通过控制输出方波的时间长短，声音的长短也就得到控制。
因此，根据乐谱，单片机就可产生电子**。**中最关键的两个要素是音符和节拍。单片机控制的**发生器系统由硬件电路和软件两部分构成。
利用单片机控制的电子**发生器软硬件上具有独特的优点，系统的开发周期短，成本低，电路制作容易。更换歌曲时，硬件电路无需作任何修改，只需修改软件即可实现。软件编程时，可用51系列单片机的汇编语言或c51语言实现。
同时还可根据个人的习好通过软件改变节拍的延时时间，增加电子**的趣味性。
本设计是基于51系列单片机，蜂鸣器，数码管lcd的数字**盒设计，通过利用i/o一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏各种乐曲（本设计为十首，若有必要，可以增加），可以通过功能键来选择乐曲，暂停，**，前进，后退等功能。
**盒的电路设计过程在硬件与软件方面进行同步。其中，硬件方面选择内部存储资源丰富的at89c51单片机，时钟采用12mhz晶体振荡电路。软件方面，从分析电路各个功能子模块的功能、流程图设计，在到程序的编写设计均进行了综合的考虑。
编成语言从程序总体设计以及高效性的硬件方面考虑，采用汇编语言进行编写。
1) 以单片机为核心器件组成一个**盒。
2) 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。
3) **盒音符范围，c调低音5——高音5。
4) 内部存放十二首可以**的歌曲。
5) 利用键盘选择歌曲，每个按键对应不同的歌曲，还应有停止、上一曲，下一曲功能的按键。
6) 采用led显示歌曲序号。
7) 利用lcd液晶显示歌曲的序号、**时间，开机时显示英文欢迎提示字符。
选择89c51单片机：
1) 用p1.0~p1.7控制按键，其中p1.0~p1.3扫描行，p1.4~p1.7扫描列。
2) 用p0.0~p0.7控制led，显示数字0~9及字母abcf
3) 用p3.7口控制蜂鸣器。
4) 电路为12mhz晶振频率工作，起振电路中c1,c2均为30pf
5) 采用上电自动复位。
本设计中用到了at89c51单片机，4*4键盘，蜂鸣器，2 lcd等硬件电路常用元器件。总体框图如下：
1-1硬件系统总体框图。
利用单片机内部定时器/计数器0与p3.7引脚配合，构成音频发生器，2n2905与r2组成音频放大器，驱动扬声器输出。选择按键通过 p1引脚接入，工作在中断方式。
器件的参数选择可以参考硬件电路原理图中给出的值。**盒硬件电路原理图如下：
1-2硬件电路**。
本设计中用到了at89c51单片机，4*4键盘，蜂鸣器，2 lcd等硬件电路常用元器件。
at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2-1 at89c51芯片引脚图。
vcc:正电源端。
gnd:单片机的接地端。
xtal1/xtal2:片内振荡电路输入/输出端，两端跨接晶体或陶瓷谐振器，与单片机内部反相器构成稳定的自激振荡器。发出的脉冲直接送入片内定的控制部件。
reset:复位端。
ea/vpp:寻址外部rom控制端/编程电源输入端。
ale/prog:地址锁存允许/编程脉冲输入端。
psen:寻址外部程序存储器，选通外部eprom的端口（oe）。
p0.0~p0.7 p1.0~p1.7 p2.0~p2.7:准双向i/o口。
p3.0~p3.7:具有特定的第二功能（准双向i/o口）。
智能系统一般应有手动或上电复位电路。复位电路的实现通常有两种方式：rc复位电路和专用ｐ监控电路。
前者实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低；后者成本较高，但复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高、并对电源电压进行监视的场合，大多采用这种方式。
2-1 复位电路。
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。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22p的独石电容，两晶振引脚分别连到xtal1和xtal2振荡脉冲输入引脚。
具体连接图如图2-2所示：
2-2 时钟模块电路。
用p2.0~p2.2作为lcd的rs、r/w、e的控制信号；用p0.0~p0.7作为lcd的d0~d7的控制信号。由于p0口作为输出，应加上拉电阻。
整个输出部分由一个100uf电容、两个s9013 npn三极管和一个蜂鸣器/喇叭组成，原理图如右图所示：
100uf电容是用来滤波的，两个npn三极管起到放大信号的作用，最后由蜂鸣器/喇叭表现出信号。用p3.7口控制蜂鸣器。输出显示电路如图2-3所示：
2-3输出显示电路。
2-4**盒硬件电路原理图。
键盘按键分布如下：
按键功能说明：
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，显示乐曲**的时间，并驱动lcd,显示歌曲号及**时间。
1） 硬件电路中用p1.0~p1.7控制按键，其中p1.0~p1.3扫描行，p1.4~p1.7扫描列；
2）用p2.0~p2.2作为lcd的rs、r/w、e的控制信号；
3）用p0.0~p0.7作为lcd的d0~d7的控制信号；
4）用p3.7口控制蜂鸣器；
5）电路为12mhz晶振频率工作，起振电路中c1,c2均为30pf。
我们知道，之所以有不同的音调正是因为不同的音符对应不同的频率。表1-3给出了我们从低音1到高音7所对应的频率。即在编程时我们要根据音调的变化调整频率的变化。
利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，然后控制p3.7引脚的输出每次取反，就可以在p3.7的引脚输出相应的方波频率。
改变计数初值就可以改变频率。即要产生音频输出方波，首先要算出某一个音频的周期（1/f），然后将此周期除以2，得到半个周期的时间。定时器的定时时间等于半个周期，定时时间到就将输出脉冲取反，重复上述过程，就可以在p3.
7脚上得某一音频的脉冲。
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