单片机课程设计多功能音乐盒(5首音乐)设计说明书

《单片机原理及应用》课程设计说明书

设计题目：基于单片机的多功能数字音

乐盒的设计

学院：工学院

专业：农业机械化及其自动化

设计者：

指导老师：吴敏

设计时间：2011年12月9日～2011年12月24日

《单片机原理及应用》课程设计任务书

一、目的意义

《单片机原理及应用》是高校工程专业的一门专业基础课，该门课程具有很强的实践性。通过课程的学习，使学生掌握基本概念、基本理论和基本技能，为今后从事相应的生产设计和科研工作打下一定的基础。因此，除课程的理论教学和实验教学外，课程设计也是一个必要和重要的实践教学环节。通过课程设计，进一步培养学生理论联系实际的能力，学会正确地分析工程实际问题，善于查阅参考文献，准确地选择相应的数据、参数，具备全面地解决实际问题的素质，同时课程设计也为今后的毕业设计打下基础。

二、设计时间、地点、班级

时间：第16、17周（二周）

地点： 三教 433 、426 班级： 09农机 66人 三、设计内容

（二十）基于单片机的多功能数字音乐盒的设计

1、功能描述

用AT89S52单片机的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。

共有5乐曲，每首乐曲都由相应的按键控制，并且有开关键、暂停键、

上一曲以及下一曲控制键。

2、设计已知参数 乐曲

3、设计要求：

按键输入电路的设计

复位电路的设计；时钟电路的设计

显示电路及驱动电路的设计；扫描模式的选择设计 系统主程序及子程序的设计；元件及元件参数的选

AT89S52单片机

蜂鸣器电路

控制按键

电源电路

复位电路

晶振电路

目录

一、总体方案设计

1.1设计的目的 (4)

1.2 设计的基本要求 (4)

1.3播放音乐的原理 (4)

二、电路设计

2.1音乐盒电路设计 (4)

2.2软件总体设计 (6)

三、硬件设计

3.1单片机芯片的引脚及部分功能 (7)

3.2 各个模块的硬件电路设计 (8)

3.2.1、时钟复位电路 (8)

3.2.2、按键输入电路 (9)

3.2.3、音频输出电路 (10)

四、软件设计 (11)

五、仿真、调试电路 (12)

六、存在问题和解决方法 (12)

七、总结与体会 (13)

八、参考文献 (13)

九、附录

元件清单 (4)

源程序清单 (15)

总电路图和仿真结果图 (25)

基于单片机的多功能数字音乐盒设计

学生：余海东陈先龙鲍桂林

指导老师：吴敏

“摘要”内容：本设计是一个基于 AT89C52 系列单片机的音乐盒,依据单片机技术原理,通过硬件电路制作以及软件编译,设计制作出一个多功能多功能音乐盒.该音乐盒主要由位电路、电源电路、蜂鸣器电路、控制按键电路、电源电路以及晶振电路组成,本音乐盒共有5首歌曲,播放歌曲时,蜂鸣器发出某个音调.本设计利用 KEIL 编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试,配合 PROTEUS 仿真软件对硬件进行仿真调试,节约了设计时间.

关键词：单片机音乐盒课程设计

1、总体方案设计

1.1设计的目的

通过课程设计，让学生熟悉单片机微机应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤。对学生进行基本技能训练，例如：组成系统、编程、调试、查阅资料、焊接电路板等。使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

1.2 设计的基本要求

（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，从而演奏不同的乐曲（5首歌曲）；

（2）可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一首，下一首；

1.3播放音乐的原理

发音原理：播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。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。另外，音符的频率有所不同。基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。

2、电路设计

2.1音乐盒电路设计

音乐盒应包括复位电路、电源电路、蜂鸣器电路、控制按键电路、电源电路以及晶振电路等几部分。

音乐盒的系统框图如下所示：

图 1

根据系统框图，使用Proteus 软件绘制总原理图，总原理图如图（2）所示：

图2

原理说明：

（1） 当键盘有键按下时，判断键值，启动定时器0，产生一定的频率，驱动蜂

鸣器，播放歌曲，启动定时器1，显示歌曲序号； （2） P1口控制播放音乐，P3.7控制喇叭，输出音频信号；

AT89S52单片机蜂鸣器电路

控制按键

电源电路

复位电路

晶振电路

（3）电路采用12MHz的晶振工作，起振电路中C1和C2为30pF的电容。

2.2软件总体设计

本设计采用Keil软件进行编写程序并进行编译，采用Proteus软件进行仿真调试。

在编写程序之前，首先应该画出该程序的流程图，这样编程起来会比较简单一点，不会那么复杂。音乐盒设计的总程序流程图如图（3）所示：

开始

初始化

N

按键是否按下

Y

识别按键功能

播放音乐

结束

图3

按照主程序的流程图用Keil软件编写系统的主程序。程序清单如附录所示。

3、硬件设计

3.1单片机芯片的引脚及部分功能

本设计采用的单片机型号是STC89C52，其引脚图如图（4）所示：

图（4）

跟51单片机一样STC89C52单片机也是8位的单片机，有32个准双向的I/O口，存储单元也分为了2种，程序存储器和数据存储器，其中数据存储器是256KB 的，可以扩展到64KB，而程序存储器是4KB的，也可以扩展到64KB。STC89C52单片机的中断系统里有5个中断请求源，4个用于中断控制的寄存器IE、IP、TCON 和SCON，用来控制中断的类型、中断的开/关和各种中断源的优先级别，而引脚31,当接低电平时，单片机直接访问外部程序存储器，接高电平时，单片机访问片内程序存储器，当程序计数器PC的值超过4KB时，单片机也自动访问片外程序存储器。引脚9是单片机的复位端，当接高电平时，单片机就会复位，而单片机32个I/O口中，P3口具有第二功能，可以实现串行和并行通信的数据接收和发送，也可以控制单片机的中断类型。

3.2 各个模块的硬件电路设计

时钟电路是由12MHz的晶振和2个30pF的电容组成，给单片机系统提供外部时钟信号源，以保证单片机内部定时器的正常工作。而复位电路采用上电复位的接法，由一个10k的电阻和20uF的电容组成，在加电的瞬间电容通过充电，使RST 端出现正脉冲，从而使单片机复位。时钟复位电路如图（5）所示：

图（5）

本设计采用9个按键来控制音乐的播放，其中按键S1是控制音乐盒播放下一首歌曲，按键S2是控制音乐盒播放上一首歌曲，而按键S3则是控制音乐播放和暂停，S4是开关控制键，按键电路的接法如图（6）所示：

图（6）

本设计采用喇叭作为音乐盒的音频输出，但是只有一个喇叭就构成整个音频输出电路的话，播放音乐的声音就会太小声，甚至有时小到连声音都听不到，为了增大喇叭的声音，才用一个放大电路使通过喇叭的电流增大，从而增大喇叭的输出功率。放大电路是采用一个PNP型的三极管和两个电阻，其中一个作为反馈回路。音频输出电路如图（7）所示：

图（7）

4、软件设计

本设计可以实现课程设计的基本要求，可以播放5首歌，并通过按键控制播放、暂停等功能。主要的子程序框图如图（8）、（9）、（10）所示： 要的子程序框图如图（8）、（9）、（10）所示：

图（8）

主程序

初始化变量

播放并

初始化定时器 检测是有按键

N

音乐播放程序框图图(9)

中断入口

保护现场

重装初值

P3.7反相

恢复现场

中断返回

中断程序框图图（9）

系统各主要程序的程序清单可见于附录

编写完程序后，用Keil软件进行编译，看是否有错，如果有错应立刻修改，直到编译正确为止。

5、仿真、调试电路

在Proteus软件绘制完原理图和编译完源程续后，将Keil软件编译完生成的Hex文件加载到Proteus软件绘制出的原理图里德单片机里，就可以进行仿真，验证是否能实现课程设计的基本功能。当仿真成功后，就可以购买元器件，开始焊接电路板了，焊完电路板后，利用单片机开发板将程序下载到单片机芯片上进行调试，看是否焊接成功，如果没有同仿真时的结果一样，就得检查一下电路，看哪里出错了，再进行调整，达到预期的要求。

6、存在问题和解决方法

在设计过程中，虽然在音频输出电路中加了放大电路，来增大输出的电流，但是在调试过程中喇叭的声音还是有点小声，我认为不要采用单个三极管作为放

大电路，而应该采用集成运算放大器，因为集成运放里面已经是由多个三极管组成的多级放大电路了，在外部适当的添加一些电阻和电容就能实现功率的放大。

7、总结与体会

通过这次课程设计，从整体上我对单片机微机应用系统开发、研制过程软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤更加了解。不仅熟练地掌握了Keil软件和Proteus软件的使用方法，而且提高了我的动手能力和分析问题、解决问题的能力。

我觉得这次单片机课程设计是一个综合性的设计平台，除了熟练掌握了一些软件的使用和进行了基本技能的锻炼之外，还巩固了我的单片机知识，在编程方面，我也更加的熟练。而且通过查阅资料，还拓展了我的知识视野，加强了我查阅资料的能力。

但是这次单片机课程设计也不是一帆风顺的，在编程和仿真过程中倒是没有出现太大的问题，而在焊接完电路板，进行电路调试时却发现整个电路都不工作。我们检查了大半天都没发现什么问题。当我正想放弃时，我突然想起爱迪生说过的一句话“无论什么时候，不管遇到什么情况，我绝不允许自己有一点点灰心丧气。”于是，我决定重新再焊一次，老天还是很眷顾我的，电路板调试最终成功了，我非常开心，我觉得第一次电路板里可能有些线接错了，经过不懈的检查，终于查出了线路的问题。

总而言之，这次课程设计我获益匪浅。不仅锻炼了我各方面的能力，在人生哲理上，我也更加成熟。我更加深刻地认识到：在人生的道路上，路并不是一直平坦的，会有无数的荆棘、无数的高墙挡在你的前面，但是只有坚持不懈，才能斩断挡在你面前的荆棘，退到你面前的高墙，开辟一条新的道路，只有这样才能跨越自己的极限，走到像《桃花源记》里面所说的世外桃源一样，最终你的梦想也将实现。

8、参考文献

[1]单片机原理及应用，黄友锐编著，合肥工业大学出版社，2006年11月；

[2]单片机课程设计指导，杨居义编著，清华大学出版社，2009年9月；

[3]图书馆相关书籍；

[4]网上资料；

致谢

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学！

附录：

原件清单

1、导线若干

2、按键10个

3、晶振1个

4、扬声器1个

5、单片机AT89C52 1个

6、三极管2N5088 1个

7、电容2个30pF和1个20uF

8、电阻3个1K、1个10K、1个0.47K （按实际电路图所列）

源程序清单

L50MS EQU 60H ;工作内存定义

L1MS EQU 61H

L250MS EQU 62H

SEC EQU 65H

MIN EQU 64H

HOU EQU 63H

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 000BH ;定时器T0溢出中断入口地址

LJMP TT0

ORG 001BH ; 定时器T1溢出中断入口地址

LJMP T1INT

ORG 1000H

MAIN: ;液晶初始化

MOV SP,#70H

MOV P0,#01H ;清屏

CALL DISPLAY

MOV P0,#38H ;8位，2行显示

LCALL DISPLAY

MOV P0,#0FH ;屏显on，光标on,闪烁on

LCALL DISPLAY

MOV P0,#06H ;计数地址加1，显示幕on

LCALL DISPLAY

LCALL INITIL ;内存初始化

WAIT: LCALL KEY ;键盘扫描,是否有键按下，否则等待LCALL MODD

LJMP WAIT

KEY: NOP

NOP

LCALL KS

JNZ K1 ;有按键转到K1

LCALL KAIJI

LCALL SOP

XN: LJMP KEY

K1: LCALL MODD

LCALL MODD

LCALL KS

JNZ K2

LJMP KEY

K2: MOV R2,#0FEH ;读键盘

MOV R4,#00H

K3: MOV A,R2

MOV P1,A

MOV A,P1

JB ACC.4,L1 ;为1跳转，第一行无按键

MOV A,#00H

LJMP LK

L1: JB ACC.5,L2

MOV A,#04H

LJMP LK

L2: JB ACC.6,L3

MOV A,#08H

LJMP LK

L3: JB ACC.7,NEXT1

MOV A,#0CH

LK: ADD A,R4

PUSH ACC

K4: LCALL DELAY1 ;若同时有其他按键，则等待LCALL KS

JNZ K4

MOV R3,#07H

CLR A

MOV R0,#30H

MOV R1,#31H

MM1: MOV A,@R1

MOV @R0,A

INC R0

INC R1

DJNZ R3,MM1

POP ACC

MOV @R0,A

RET

NEXT1: INC R4 ;列扫描

MOV A,R2

JNB ACC.3,N2

LJMP N1

N2: LJMP KEY

N1: RL A

MOV R2,A

LJMP K3

KS: MOV A,#0F0H ;判断P1口

MOV P1,A

NOP

NOP

MOV A,P1

CPL A

ANL A,#0F0H

RET

DELAY1:SETB RS0

DL: MOV R5,#0AH

DL2: MOV R6,#63

DL3: NOP

NOP

DJNZ R6,DL3

DJNZ R5,DL2

CLR RS0

RET

INITIL: ;30H-37H初值为零MOV R3,#08H

MOV R0,#30H

M1: MOV @R0,#00H

INC R0

DJNZ R3,M1

RET

MODD: ;显示

MOV P0,#8EH

CALL DISPLAY

MOV A,37H

MOV DPTR,#TABLE3

MOVC A,@A+DPTR

CALL WRITE2

RET

KAIJI: MOV A,37H ;开机提示字CJNE A,#0FH,DFF

MOV P0,#80H ;设光标地址

CALL DISPLAY

CALL WRITE1

DFF: RET

;按键值播放歌曲

SOP: MOV A,37H

CJNE A,#01H,A11

LCALL MODD

MOV 52H,#HIGH TABLE10

MOV 53H,#LOW TABLE10

LCALL INITILE2

LCALL MAIN0

A11: C JNE A,#02H,A22

LCALL MODD

MOV 52H,#HIGH TABLE20

MOV 53H,#LOW TABLE20

LCALL INITILE2

lcall MAIN0

A22: CJNE A,#03H,A33

LCALL MODD

MOV 52H,#HIGH TABLE30

MOV 53H,#LOW TABLE30

LCALL INITILE2

lcall MAIN0

A33: CJNE A,#04H,A44

LCALL MODD

MOV 52H,#HIGH TABLE40

MOV 53H,#LOW TABLE40

LCALL INITILE2

lcall MAIN0

A44: CJNE A,#05H,A55

LCALL MODD

MOV 52H,#HIGH TABLE50

MOV 53H,#LOW TABLE50

LCALL INITILE2

lcall MAIN0

A55: RET

INITILE2:

MOV L50MS,#20

MOV L1MS,#00H

MOV L250MS,#00H

MOV SEC,#00H

MOV MIN,#00H

MOV HOU,#00H

MOV A,HOU

MOV B,#10

DIV AB

ADD A,#30H ;将BCD吗转化为ASIIC码CALL DISPLAY

CALL WRITE1

RET

DISPLAY:

LCALL DELAY

RET

WRITE1: MOV R1,#00H ;写数据

A1: MOV A,R1