课程设计报告。
2014—2015 年度第二学期)
课程：单片机及嵌入式系统a
题目： **盒
院系： 自动化
班级： 测控 1201
学号： 201202030102
学生姓名： 蔡文斌
蒋丽涛 指导教师： 张妍
设计周数： 一周
成绩。日期：2024年 6 月 11 日。
一、课程设计内容与要求。
1．针对所选择的设计题目进行硬件设计，合理选用所需元器件，绘制系统结构框图、硬件接线图，并在实验系统上完成电路的连接和调试。
2．根据所选题目的要求进行程序设计，绘制程序总体流程图并编写源程序上机调试。
3．写出课程设计报告，对整个设计过程进行归纳和综合，对设计中所存在的问题和不足进行分析和总结，提出解决的方法、措施、建议和对这次设计实践的认识和收获。
二、课程设计正文。
1)设计题目：**盒。
2)设计思想阐述：本设计中用到了at89c51单片机，4*4矩阵键盘，蜂鸣器，数码管。以at89c51芯片为主芯片的控制电路达到如下的设计要求：
<1>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（一共四首）。
<2>采用数码管显示歌曲编号。
<3>开机显示0，等待按下**键按键。
<4>可通过功能键选择**暂停，**，上一首，下一首，以及直接通过按键选择所要**的歌曲。
<5>**完一首歌曲后直接**下一首，然后四首歌曲循环**。
3)系统工作原理介绍：电路设计采用的是51单片机学习板的电路图，如下：
本设计中用到了at89c51单片机，4*4键盘，蜂鸣器，2 数码管等硬件电路常用元器件。《》3.1>at89c51 芯片功能和硬件连接：
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。
主要特性：
与mcs-51 兼容
4k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。
全静态工作：0hz-24hz
**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。
片内振荡器和时钟电路
管脚说明（如图3.1图3.1
vcc：供电电压。 gnd：接地。
p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。
p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。
p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。
p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：
管口管脚备选功能。
p3.0 rxd（串行输入口）
p3.1 txd（串行输出口）
p3.2 /int0（外部中断0）
p3.3 /int1（外部中断1）
p3.4 t0（记时器0外部输入）
p3.5 t1（记时器1外部输入）
p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）
p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）
p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。
ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。
psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。
/ea/vpp：/ea保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。
3.2> led数码管。
led（light emitting diode）是发光二极管英文名称的缩写。led显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“led”。led显示器在单片机系统中的应用非常普遍。
led显示器的结构：
常用的led显示器为8段。每一个段对应1个发光二极管，这种显示器有共阳极和共阴极两种：共阴极led显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极led显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。为了使led显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为led提供**，因为这些**可使led相应的段发光，从而显示不同字型，因此该**称为段码。
7段发光二极管，再加上1个小数点位，共计8位。因此提供给led显示器的段码正好是1b。各段与字节中各位对应关系如下表3.1：
表3.1 8段led结构及外形。
led显示器工作原理：
由n个led显示块可以拼接成n位的led显示器。如图是led显示器的结构原理图3.2。
n个led显示器有n个位选线和8*n位根段码线。
段码线控制显示字符的字型，而位选线为各个led显示块中。
各段的公共端，它控制该led显示位的亮或暗。led显示器
有静态显示和动态显示两种。
3.3> 键盘
键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。
键盘输入的特点：
键盘实质上是一级按键开关的集合。通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。
按键的确认：
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。为了确保cpu对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动的影响。按键输入电路由4*4矩阵键盘组成， p3口作为输入控制按键，其中p3.
0~p3.3扫描行，p3.4~p3.
7扫描列。
如何消除按键的抖动：
采用软件来消除按键抖动的基本思想是：在一次检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时程序后，确认该行线电平是不否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认为该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。
3.4>发音原理介绍。
发音原理：**一段**需要的是两个元素，一个是音调，另一个是节拍。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定。
对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。这样就对发音的原理有了一些初步的了解。
音符的发音主要靠不同的音频脉冲。利用单片机的内部定时器/计数器1，使其工作在模式1，定时中断，然后控制p1.6引脚的输出**。
只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，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反相，就可在i/o脚上得到此频率的脉冲。
音符频率的产生：
音符及定时器初始值：
例如：中音1（do）的音频=523hz,周期t=1/523s=1912
定时器/计数器0的定时时间为：t/2=1912/2=956
定时器956的计数值=定时时间/机器周期=956/1=956(时钟频率=12mhz)
装入t0计数器初值为65536-956=64580
将64580装入t0寄存器中，启动t0工作后，每计数956次时将产生溢出中断，进入中断服务时，每次对p3.0引脚的输出值进行取反，就可得到中音do（523hz）的音符音频。将51单片机内部定时器工作在计数器模式1下，改变计数初值th0,tl0以产生不同的频率。
下表1.1是c调各音符频率的对照表：
表4.1 c调各音符频率的对照表。
音符、音符编码及定时器初始值：
为了产生音符，必须求出音符低音5—高音5的计数初值。例如c调的中音do的thtl=65536-500000/523=64580,高音do的thtl=65536-500000/1042=65056。为了方便写谱，对其进行简单的编码，在编程时，根据音符编码（表1.
2）查找对应的计数所减值。
表4.2 音符编码表。
**的节拍产生：**中的节拍用延时时间产生。例如，1拍=1s，1/4拍=0.
25s，以此类推。假设1/4拍执行0.25s延时程序，则1/2拍就执行1s延时程序，所以只要求出1/4拍的延时时间，其余节拍就是它的倍数。
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