電子音樂盒課程設(shè)計(jì)報(bào)告

電子音樂盒課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)學(xué)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目電子音樂盒的設(shè)計(jì)姓名武迪許艷軍薛玉梅院系物理工程學(xué)院專業(yè)通信工程（物聯(lián)網(wǎng)）指導(dǎo)教師張明強(qiáng)職稱講師2015年月日單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)題目電子音樂盒的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師專業(yè)指導(dǎo)教師專業(yè)職稱張明強(qiáng)年級2013年級201320132013設(shè)計(jì)組成員許艷軍薛玉梅一、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)1.查閱資料了解單片機(jī)控制單音喇叭發(fā)聲原理2.設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電子音樂盒3.通過按鍵可選擇不同音樂4.其他功能通信工程（物聯(lián)網(wǎng)）講師承擔(dān)任務(wù)軟件設(shè)計(jì)硬件焊接整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告二、擬達(dá)到的設(shè)計(jì)要求或主要技術(shù)指標(biāo)1．以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個電子音樂盒2.利用I/O口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅(qū)動蜂鳴器或喇叭，發(fā)出不同音調(diào)，從而演奏樂曲（最少3首樂曲，每首不少于30秒）3.采用LCD顯示信息a.開機(jī)有英文歡迎提示字符，播放時顯示歌曲序號（或名稱）b.可通過功能鍵選擇樂曲.暫停.播放。三、課程設(shè)計(jì)總體方案與進(jìn)度安排本次設(shè)計(jì)是基于AT89C52系列單片機(jī)的音樂盒，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)原理，通過硬件電路制作以及軟件編譯設(shè)計(jì)制作一個多功能音樂盒第一.二周，根據(jù)選題進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)設(shè)計(jì)，所需原件列表，主要器件購買等準(zhǔn)備工作第三周，用Proteus設(shè)計(jì)電路軟件仿真并開始硬件電路板的設(shè)計(jì)焊接第四周，調(diào)試電路，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)生簽名：年月日四、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名：年月日單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)評閱表評分項(xiàng)滿分得分1.任務(wù)分工的合理性和對待課程設(shè)計(jì)的態(tài)度5過程2.團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和分析解決問題的能力5軟件3.系統(tǒng)仿真電路設(shè)計(jì)的合理性與可行性仿真4．軟件編程與仿真結(jié)果的正確性5.系統(tǒng)板制作的難度制作6.元器件布局的合理性及焊接的規(guī)范性驗(yàn)收7.系統(tǒng)功能演示、完成程度及創(chuàng)新性答辯8.知識掌握程度與回答問題的正確性59.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性與內(nèi)容的科學(xué)性、創(chuàng)新性報(bào)告10.文字表達(dá)水平、文章的邏輯性與寫作規(guī)范合計(jì)指導(dǎo)教師簽名：年月日二、課程設(shè)計(jì)等級指導(dǎo)教師簽名：年月日注：課程設(shè)計(jì)等級：優(yōu)秀（90-100），良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69），不及格（60分以下）。電子音樂盒的設(shè)計(jì)通信工程（物聯(lián)網(wǎng)）專業(yè)學(xué)生學(xué)生姓名武迪許艷軍薛玉梅指導(dǎo)教師張明強(qiáng)摘要本設(shè)計(jì)采用了蜂鳴器發(fā)聲來實(shí)現(xiàn)歌曲的播放，能保持基本音調(diào)不變，流暢播放出歌曲?，F(xiàn)選用AT89S52單片機(jī)。主要設(shè)計(jì)模塊包括數(shù)碼管顯示部分，功能鍵盤部分，蜂鳴器發(fā)聲部分，彩燈部分。數(shù)碼管采用共陽極數(shù)碼管，通過單片機(jī)P1口控制，實(shí)現(xiàn)歌曲序號的顯示；功能鍵盤采用按鍵開關(guān)，通過單片機(jī)P3口控制，實(shí)現(xiàn)歌曲播放順序的調(diào)換和暫停播放功能；蜂鳴器由單片機(jī)的P2口控制，實(shí)現(xiàn)歌曲播放；主要工作過程是通過按下功能鍵實(shí)現(xiàn)上一首和下一首及暫停播放，同時有數(shù)碼管顯示當(dāng)前播放歌曲的序號，蜂鳴器播放出音樂。此次設(shè)計(jì)要利用單片機(jī)及KeilC51編程軟件編程和PROTEUS單片機(jī)仿真軟件和電子電工等方面知識,用KeilC51編程軟件編程，用PROTEUS關(guān)鍵詞AT89S51單片機(jī);方波;音調(diào)TheDesignofTheElectronicMusicBoxStudentmajoringinCommunicationEngineeringNameWuDiXuYanJunXueYuMeiTutorNameZhangMingQiangAbstractWeusedtoachieveaudiblebuzzersongstoplay,tomaintainthesamebasictone,設(shè)計(jì)目的和要求設(shè)計(jì)目的單片機(jī)有關(guān)的軟件模擬器的使用及取字模塊軟件的使用方法。法和實(shí)現(xiàn)方法。結(jié)合Proteus和Keil軟件等，學(xué)習(xí)單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法，有效地將理論和實(shí)際緊密結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和設(shè)計(jì)能力，增強(qiáng)軟件編程實(shí)現(xiàn)能力和解決實(shí)際問題的能力。Proteus提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。設(shè)計(jì)要求演樂曲(內(nèi)存四首樂曲)；(3)可通過功能鍵進(jìn)行選擇歌曲和暫停的操作。2硬件電路設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)以AT89C51為核心，通過單片機(jī)的定時器產(chǎn)生一定長度的方波，方波脈沖驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。要產(chǎn)生音頻脈沖，只需算出某一音頻的周期（1/音頻），然后取半周期的時間定時。利用定時器計(jì)時這個半周期時間,每當(dāng)計(jì)時到后就將輸出脈沖的I/O反相,然后重復(fù)計(jì)時此半周期時間再對I/O口反相,就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。當(dāng)鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計(jì)數(shù)器T0，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，驅(qū)動蜂鳴器，放出樂曲。同時在LCD顯示歌曲序號和歌曲名器件選擇2.2.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)型號的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、可靠性、性價比、精度和速度等來決定的。根據(jù)本課題的實(shí)際情況，單片機(jī)型號的選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮；一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。二是要有較高的性價比。由于51系列在我國使用最廣，且該系列的資料和能夠兼容的外圍芯片也比較多，特別是ATMEL故本系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)作為電子音樂盒的核心部件，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)），標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.2.2LCD1602簡介LCD液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的模塊。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖2-2所示：1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：字符尺寸：×(W×H)mm。引腳功能說明LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口符號符號編號符號1VSS接地9D2數(shù)據(jù)2VDDD3數(shù)據(jù)3VO接地D4數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)/命令選擇D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇D6數(shù)據(jù)6E使能信號D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)A接電源8D1數(shù)據(jù)K接地第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2所示：表2控制命令表序號R/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示012光標(biāo)返回0*3置輸入模式0S4顯示開/關(guān)控制0B5光標(biāo)或字符移位0*6置功能0*7置字符發(fā)生存貯器地址0字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址0寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。與HD44780相兼容的芯片時序表如下：表3芯片時序圖讀狀態(tài)輸入E=H輸出D0—D7=狀態(tài)字寫指令輸入輸出無讀數(shù)據(jù)輸入E=H輸出D0—D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入輸出無單元電路設(shè)計(jì)單片機(jī)需要一個時間基準(zhǔn)來為各種操作提供秩序，此電路叫時鐘電路，采用不同的接線方式可以獲得不同時鐘電路，有內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘電路，如圖所示，外部時鐘電路會使電路復(fù)雜，故采用的是內(nèi)部時鐘電路。時鐘電路在單片機(jī)的外部通過XTAL1,XTAL2這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器.本系統(tǒng)采用的為12MHz的晶振,一個機(jī)器周期為1us,C1,C22.3.2復(fù)位電路后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。復(fù)位電路分為上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位,如圖2-3所示。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端,復(fù)位信號是高電平有效.這次采用的是手動復(fù)位，復(fù)位通過電容C3，C4和電阻R1,R2來實(shí)現(xiàn),按鍵手動復(fù)位是圖中復(fù)位鍵來實(shí)現(xiàn)的。2.3.3鍵盤部分鍵盤是由一組按壓式或觸摸式開關(guān)構(gòu)成的陣列，是一種常用的輸入設(shè)備。鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩種。1.編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼，這種鍵盤所需程序簡單，但硬件電路復(fù)雜、價格昂貴通常不被單片機(jī)系統(tǒng)采用。2.非編碼鍵盤常用一些按鍵排列成行列矩陣，其硬件邏輯與按鍵編碼不存在嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而要由所用的程序來決定。非編碼鍵盤的硬件接口簡單，但是要占用較多的CPU時間，通常采用可編程鍵盤管理芯片來克服這個缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)使用兩種按鍵，一種是按鍵式非編碼鍵盤和輕觸式非編碼開關(guān)，如圖2-42.3.4LCD顯示電路寫指令或?qū)憯?shù)據(jù)操作。R/W與相連，由決定是讀操作還是寫操作。E端為使能2.3.5蜂鳴器部分一般所指的蜂鳴器是以壓電陶瓷為主要元件的。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。這種能力緣于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時，它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個電流，并且電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。反之亦然。所以利用這一特性，在壓電陶瓷上通過一定頻率的電流，就會引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動空氣發(fā)生振動，如果頻率適當(dāng)，就可以被人耳所聽見，也就是產(chǎn)生了蜂鳴聲。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了，如圖2-6蜂鳴器電路整體電路3軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖開始系統(tǒng)初始化掃描鍵盤得到鍵值停止放音判斷鍵值LCD顯示選擇的歌曲蜂鳴器發(fā)音掃描鍵盤暫停鍵是否按下繼續(xù)放音否結(jié)束音樂播放程序流程圖圖3-2音樂播放程序流程圖4系統(tǒng)調(diào)試原理圖的繪制仿真平臺為Proteus軟件，Proteus軟件是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，能完成原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。PROTEUS電路設(shè)計(jì)是在PROTEUSISIS環(huán)境中繪制的，該編輯環(huán)境具有良好的人機(jī)交互界面，功能強(qiáng)大極易上手。首先通過桌面進(jìn)入主程序，繪制原來圖的主要任務(wù)是從元件庫中選取繪制電路所需要的元件。可以通過點(diǎn)擊選擇器頂端左側(cè)的“P”或者通過命令打開，我們常用的是按鈕；在查找到并放置完所有需要的器件后，我們需要接著連接元件，即在PROTEUSISIS的編輯窗口布線。PROTEUSISIS中沒有布線模式，但用戶可以在任意時刻放置連線和編輯連線。在完成繪制所需的電路圖前，用戶需要放置并連接斷軸。在電路原理圖中放置兩種通用的端子，一種是接地端子一種是電源端放置元件時，每一元件都有唯一的元件標(biāo)號及元件值與之對應(yīng)。原件號是PROTEUSISIS的實(shí)時注釋功能自動標(biāo)注的，這一功能可在菜單中設(shè)置選擇是否開啟。PROTEUSISIS中也支持塊操作，當(dāng)用戶需要對電路中的某一部分進(jìn)行操作能，充分利用這些功能可以極大的提高我們繪圖的效率。我們繪制完所有的元理圖中的器件根據(jù)我們的需要添加上特殊的注釋，以表示特定的含義。根據(jù)設(shè)計(jì)電路繪制完后的電路圖如圖4-1所示。仿真結(jié)果通過Protues仿真結(jié)果，這次課程設(shè)計(jì)的要求已全部滿足。音樂盒設(shè)計(jì)是一項(xiàng)趣味性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)，能激發(fā)我的濃厚興趣。同時要求我從程序編程，調(diào)試，軟件仿真和繪制開始，到硬件的焊接和調(diào)試，再到修改程序，在這期間我了解到了單片機(jī)開發(fā)的大致流程。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的東西，這些都讓我受益匪豐富。有以前學(xué)習(xí)過的舊知識，也有很多未曾注意到得新知識，這些都曾使我的設(shè)計(jì)出錯，通過自己的努力，老師指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，終于克服了一個一個的困難，把硬件實(shí)物順利做好，把軟件調(diào)試順利完成。最后，衷心感謝這次對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供無私幫助的所有老師和同學(xué)!參考文獻(xiàn)[2]張毅剛等.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)電子出版社，1996[3]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京航空航天大學(xué)出版社，2000[4]張友德等.單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)，復(fù)旦大學(xué)出版社，1996[5]鄔寬明.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊.北京航空航天大學(xué)出版社，1998[6]陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用（第二版）—基于KeilC與Proteus.北京航空航天大學(xué)出版社，2014#include<>#defineSYSTEM_OSC#defineSOUND_SPACE4/5//定義普通音符演奏的長度分率,//每4分音符間隔#defineLCDPORTP0#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoidWriteCMD(ucharCommond);voidPlay(unsignedchar*Sound,unsignedcharSignature,unsignedOctachord,unsignedintSpeed);voidinit(void);voidInitialSound(void);voidWriteData(uchardat);voidGetch(void);voiddelay1(void);voidDelay(void);voidDelay1ms(inty);voidmydelay(intx);unsignedintcodeFreTab[12]={262,277,294,311,330,349,369,392,415,440,466,494};//原始頻率表unsignedcharcodeSignTab[7]={0,2,4,5,7,9,11};//1~7在頻率表中的位置unsignedcharcodeLengthTab[7]={1,2,4,8,16,32,64};unsignedcharSound_Temp_TH0,Sound_Temp_TL0;//音符定時器初值暫存unsignedcharSound_Temp_TH1,Sound_Temp_TL1;//音長定時器初值暫存uchark;ucharcodetab[]="WELCOME";ucharcodetab1[]="Selectsong";ucharcodetab2[]="FirstSong";ucharcodetab3[]="Music_Girl";ucharcodetab4[]="SecondSong";ucharcodetab5[]="Music_Jingle";ucharcodetab6[]="ThirdSong";ucharcodetab7[]="Music_Two";ucharcodetab8[]="ForthSong";ucharcodetab9[]="Music_Yesterday";//梁祝unsignedcharcodeMusic_Girl[]={0x1B,0x02,0x1A,0x02,0x1B,0x02,0x19,0x66,0x1A,0x03,0x18,0x02,0x17,0x02,0x16,0x0D,0x17,0x03,0x18,0x0D,0x17,0x03,0x19,0x66,0x17,0x03,0x16,0x0D,0x17,0x03,0x19,0x0D,0x16,0x03,0x17,0x0D,0x18,0x03,0x17,0x0D,0x16,0x03,0x15,0x00,0x19,0x02,0x11,0x02,0x16,0x02,0x10,0x02,0x15,0x02,0x0F,0x00,0x10,0x03,0x15,0x03,0x0F,0x00,0x0D,0x01,0x0F,0x66,0x10,0x03,0x15,0x66,0x16,0x03,0x10,0x0D,0x15,0x03,0x0F,0x03,0x19,0x66,0x1F,0x03,0x1A,0x0D,0x19,0x03,0x17,0x03,0x19,0x03,0x16,0x00,0x16,0x66,0x17,0x03,0x11,0x0C,0x10,0x02,0x19,0x66,0x10,0x03,0x15,0x02,0x16,0x02,0x0D,0x02,0x15,0x02,0x10,0x0D,0x0F,0x03,0x10,0x0D,0x15,0x03,0x0F,0x00,0x17,0x66,0x19,0x03,0x11,0x02,0x16,0x02,0x10,0x0D,0x15,0x03,0x0F,0x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