论文数字音乐盒

毕业设计（论文）

课题名称：基于89S51的音乐程序设计

系部名称电子电气工程系

专业班级09级电气自动化

指导教师郑敏

学生姓名镇文翔

完成时间：2012年04月10日至2012年05月25日初稿时间：2012年05月05日

定稿时间：2012年05月25日

答辩时间：2012年06月5日

目录

第一章摘要 (2)

第二章概述 (3)

第一节单片机总体功能简介 (3)

第二节AT89C51芯片功能和硬件 (4)

第三节功能键介绍 (6)

第三章系统总体方案及硬件设计 (7)

第一节系统设计要求 (7)

第二节总体设计方案 (7)

第三节系统硬件设计 (7)

第四节软件设计 (8)

第四章程序设计流程图 (10)

第五章Proteus功能仿真 (12)

课程设计体会 (14)

参考文献 (15)

附 1 原程序代码 (16)

附 2 系统原理图 (21)

第一章摘要

本设计是基于51系列单片机，蜂鸣器，数码管LED的数字音乐盒设计，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（本设计为四首，若有必要，可以增加），可以通过功能键来选择乐曲，暂停，播放，前进，后退等功能。

音乐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。

在设计的同时对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面复习与准备。在硬件与软件设计时，没有良好的基础知识和实践经验会受到很大的限制，每项功能实现时需要那种硬件，程序该如何编写，如何调试等，没有一定的基础就不可能很好的实现。具体实现功能：

1、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

2、采用LED显示信息

3、播放时显示歌曲序号

4、可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。

第二章概述

目前，各种传感器、变送器、控制仪表已经普遍采用单片机应用系统。它测量、处理、控制功能于一单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU。通常由单块集成电路芯片组成，内部含有计算机的基本功能部件：中央处理器CPU，存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

第一节单片机总体功能简介

单片机是在工业测控需要背景下而产生的，在一个应用系统中。按照测控系统的特点和要求，单片机的应用可分为单机应用和多机应用两大类。我们这次要完成的单片机课程设计就是它的单机应用，下面介绍一下单片机应用领域内的主要内容。

（1）智能产品

单片机与传统机械产品相结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化，购成新一代机电一体化产品。

目前，利用单片机构成的智能产品已广泛应用于家用电器、办公设备、数控机床、纺织机械、工业设备等行业。

（2）智能仪表

目前，各种传感器、变送器、控制仪表已经普遍采用单片机应用系统。它测量、处理、控制功能于一体，具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音等功能。

单片机构成的智能仪表，能使仪表具有数字化、智能化、多功能化、综合化等优点。

（3）测控技术

用于单片机结构的各种工业控制系统中的数据采集系统具有工作稳定可靠、抗干扰能力强的优点。

（4）智能接口

在计算机系统，特别是较大型的工业测控系统中，除通用外部设备外，还由许多外部通信、采集、多路分配管理、驱动控制等接口。这些外部设备与接口如果完全由主机进行管理，势必会造成主机负担过重，运行速度降低，接口的管理水平也不可能提高。如果用单片机进行接口的控制与管理，单片机与主机可并行加工处理，可以大量降低接口的通信密度，极大的提高了接口控制广利水平。在一些通用计算机外部设备上，以实现了单片机的键盘管理、打印机控制、硬盘驱动控制等。

第二节AT89C51芯片功能和硬件

本系统采用的是51系列的AT89C51单片机进行的计算器设计。

下图为AT89C51单片机的管脚图。

（图1 AT89C51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）。

第三节功能键介绍

（图2音乐盒功能键）

START: 播放键判断

SELECT: 选择键判断

PUASE: 停止播放

STOP: 停止键判断

ORDER: 顺序键判断

RAND: 随机键判断

第三章系统总体方案及硬件设计

第一节系统设计要求

音乐盒的可实现功能：

1 利用I/O口产生一定的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲;

2 采用LED 显示信息；

3 可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。

第二节总体设计方案

由于计算器需要比较多的输入输出口，所以选择使用内部存储资源比较的多AT89C51单片机，8位LED动态显示。扬声器可以用一个准I/O口，采用A T89C51作为运算和控制单元完全满足系统的需要。

第三节系统硬件设计

方波电路：51核片内由一个反相放大器构成振荡器，本系统采用内部方式，在XTAL1和XTAL2

端外接石英晶体作为定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生

时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频。

如下图所示：

（图3 时钟发生器）

第四节软件设计

本设计的流程如下：

主程序开始

初始化变量及LED接口

初始化方波发生器晶振管

（图4 系统流程图）

先从主程序开始，接着初始化变量及LED接口，然后初始化方波发生器、晶振管，使LED显示信息，就进入了开机状态，等待动作——选择按键，包括播放键、暂停键、停止键，当然也可以选择返回：加入选择的是播放键，LED上就会显示歌曲编号，与此同时演奏相应的乐曲，此时，你就可以用按键控制乐曲的播放了。

第四章程序设计流程图

电路图的设计及程序设计是否合理，通过proteus软件进行仿真；若不合理就需要修改，直至符合要求。

（1）软件的使用

使用W A VE6000软件的目的是取得源程序的编译文件

（2）Proteus软件介绍

protues是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路。

Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如下图所示包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

运行Proteus程序后，进入软件的界面。通过左侧工具栏的P命令，在Pick Devices左侧窗口中选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线。

（图5 Proteus界面）

第五章 Proteus功能仿真

下面是几张仿真图，由于本次设计是数字音乐盒，而声音没有仿真图，所以仿真图主要是LCD显示歌曲编号和LED灯的显示。

（图6 LED显示仿真）

如图6：

LED等全灭：播放没有开始

D1亮：选择歌曲

D2亮：顺序模式

D3亮：随机模式

全亮：播放暂停

（图7LCD显示仿真）

如图7：LCD显示的数字是歌曲的编号。

（图8音乐盒总体仿真图）

课程设计体会

本学期在做课程设计时，对单片机的硬件设计，软件设计掌握的深度不够，但通过次次课程设计，却改变了很多，首先对于硬件电路的工作原理有了进一步的学习，同样就有了进一步的认识；其次软件方面，在程序的设计，程序的调试方面都学到了很多东西，这是第一次自己独立完成课程设计，很有成就感。

在设计过程中我遇到了很多问题，有知识方面的，但也有个人不良习惯方面的，例如在W A VE上编译程序时，出现好几处错误，经仔细检查才知道并不是程序错误，而是自己输入不规范和输错造成的，这就提醒我在设计过程中一定要细心认真的完成每一步骤每一个环节，才能避免不必要的失误。

另外，我觉得只有在一个好的氛围里才能踏下心来做东西，在设计出现问题时，一定要戒躁，脚踏实地，认真看书，仔细分析，仔细调试，就一定会发现错误，克服困难，这是非常重要。

参考文献

【1】《单片机原理及应用技术》

【2】《MC-51单片机应用技术》

【3】《电子制作》

【4】《51 系列单片机设计实例》

【5】《单片机C51程序设计教程与实验》

附 1 原程序代码

#include

#include

#define K_Order P3_6

#define K_Rand P3_7

#define K_Start P3_0

#define K_Select P3_1

#define K_Puase P3_2

#define K_Stop P3_3

extern void Play_Music(unsigned char music_num);

extern void Delay10us(unsigned char tmep);

extern void Delay10ms(unsigned char tmep);

extern void Delay1s(unsigned char tmep);

extern void Press_Start(void);

extern void Press_Select(void);

extern void Press_Order(void);

extern void Press_Rand(void);

extern void Press_Puase(void);

extern void Press_Stop(void);

void music(unsigned int code *Song);

static unsigned int count;

static unsigned char startflag,selectflag,orderflag,randflag,stopflag,flag,Ledflag;

static unsigned char i,k,temp,step,freq,music_num,randnum;unsigned char code *ptr; //LED显示代码，共阳极

unsigned char code Seg[4]={ 0xF9,0xA4,0xB0,0x99};

//song1八月桂花香

unsigned char code Song1[]={0x18,0x30,0x1c,0x20,0x10,0x40,0x1c,0x10,0x18,0x10,

0x20,0x10,0x1c,0x10,0x18,0x40,0x1c,0x20,0x20,0x20,

0x1c,0x20,0x18,0x20,0x20,0x80,0xff,0x20,0x30,0x1c,

0x10,0x18,0x20,0x15,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x26,

0x40,0x20,0x20,0x2b,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,

0x80,0xff,0x20,0x20,0x1c,0x10,0x18,0x10,0x20,0x20,

0x26,0x20,0x2b,0x20,0x30,0x20,0x2b,0x40,0x20,0x20,

0x1c,0x10,0x18,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2b,0x20,

0x30,0x20,0x2b,0x40,0x20,0x30,0x1c,0x10,0x18,0x20,

0x15,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x20,0x20,

0x2b,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,0x80,0x20,0x30,

0x1c,0x10,0x20,0x10,0x1c,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,

0x2b,0x20,0x30,0x20,0x2b,0x40,0x20,0x15,0x1f,0x05,

0x20,0x10,0x1c,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2b,0x20,

0x30,0x20,0x2b,0x40,0x20,0x30,0x1c,0x10,0x18,0x20,

0x15,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x20,0x20,

0x2b,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,0x30,0x20,0x30,

0x1c,0x10,0x18,0x40,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,

0x13,0x60,0x18,0x20,0x15,0x40,0x13,0x40,0x18,0x80, 0x00};

//song2波斯猫部分

unsigned char code

Song2[]={0x40,0x19,0x40,0x19,0x40,0x19,0x4c,0x19,0x4c,0x19,0x48,0x19,0x4c,0x19, 0x40,0x19,0x40,0x19,0x40,0x19,0x4c,0x19,0x4c,0x19,0x48,0x19,0x4c,0x19,

0x40,0x19,0x40,0x19,0x40,0x19,0x4c,0x19,0x40,0x19,0x39,0x19,0x33,0x19,0x30,0 x19,

0x30,0x19,0x33,0x19,0x33,0x19,

0x30,0x32,0x30,0x32,0x30,0x32,0x39,0x19,0x40,0x19,

0x39,0x19,0x40,0x19,0x4c,0x32,0x4c,0x32,

0x39,0x32,0x39,0x32,0x39,0x32,0x40,0x19,0x4c,0x19,

0x40,0x19,0x4c,0x19,0x55,0x32,0x55,0x32,

0x30,0x32,0x30,0x32,0x30,0x32,0x39,0x19,0x40,0x19,

0x39,0x19,0x40,0x19,0x4c,0x32,0x4c,0x32,

0x55,0x32,0x39,0x19,0x4c,0x19,0x4c,0x32,0x4c,0x19,0x40,0x19,

0x39,0x32,0x39,0x19,0x39,0x32,0x24,0x00,0x00}; //song3两只老虎

unsigned char code Song3[]={0x60,0x32,0x55,0x32,0x4c,0x32,0x60,0x32,

0x60,0x32,0x55,0x32,0x4c,0x32,0x60,0x32,

0x4c,0x32,0x48,0x32,0x40,0x32,0x40,0x32,

0x4c,0x32,0x48,0x32,0x40,0x32,0x40,0x32,

0x40,0x19,0x40,0x0d,0x39,0x0d,0x40,0x19,

0x40,0x0d,0x48,0x0d,0x4c,0x32,0x60,0x32,

0x40,0x19,0x40,0x0d,0x39,0x0d,0x40,0x19,

0x40,0x0d,0x48,0x0d,0x4c,0x32,0x60,0x32,

0x60,0x32,0x40,0x32,0x60,0x32,0x60,0x32,

0x60,0x32,0x40,0x32,0x60,0x32,0x60,0x32,0x00};

//song4兰花草

unsigned char code Song4[]={0x72,0x19,0x4c,0x19,0x4c,0x19,0x4c,

0x19,0x4c,0x19,0x4c,0x32,0x55,0x19,

0x60,0x19,0x55,0x19,0x60,0x19,0x65,

0x19,0x72,0x32,0x72,0x32,

0x39,0x19,0x39,0x19,0x39,0x19,0x39,

0x19,0x39,0x32,0x39,0x32,0x40,0x19,

0x97,0x19,0x40,0x19,0x40,0x19,0x48,

0x19,0x4c,0x32,0x4c,0x32,

0x4c,0x19,0x39,0x19,0x39,0x19,0x40,

0x19,0x4c,0x32,0x4c,0x32,0x55,0x19,

0x60,0x19,0x55,0x19,0x60,0x19,0x65,

0x19,0x72,0x32,0x97,0x19,

0x97,0x19,0x60,0x19,0x60,0x19,0x65,

0x19,0x72,0x32,0x72,0x32,0x4c,0x19,

0x55,0x19,0x60,0x19,0x65,0x19,0x7f,

0x19,0x39,0x32,0x39,0x32,0x00};

///////////////////////////////-MAIN-///////////////////////////////

void main(void)

{P1=0xff;

//初始化设置?

SP=0x60; TH0=0xD8; TL0=0xF0; TMOD=0x01;

IE=0x83; IP=0x02; music_num=0; startflag=0; flag=0;

while(1)

{ Press_Start();if(startflag==1){ Play_Music(music_num); Delay1s(200); Delay1s(200);} Press_Select();if(selectflag==1){ Delay1s(100); P2=0x0E;

if(music_num>=0&&music_num<=3)

//选择音乐使其在可选音乐的范围内

{ P1=Seg[music_num++];} else music_num=0; Delay1s(100);}

Press_Order();if(orderflag==1) { flag=0; while(1){ P2=0x0D; if(K_Start==0||flag==1)

//flag指示上次是否播放音乐，如播放过???

{ if(music_num!=0)

//则循环下去，直到有按键.

P1=Seg[music_num-1];else

P1=Seg[music_num]; Play_Music(music_num); music_num++; flag=1; }

if(music_num==5) music_num=0;Delay1s(100);

if(K_Stop==0) break; } }Press_Rand();

if(randflag==1){ flag=0; while(1)

{P2=0x0B;randnum=rand(); music_num=randnum%10;

if((music_num>=0&&music_num<4)&&(flag==1||K_Start==0)){ flag=1;

if(music_num!=0)P1=Seg[music_num-1]; else

P1=Seg[music_num]; Play_Music(music_num);} Delay1s(200);

if(K_Stop==0) break; }}Press_Stop();

if(stopflag==1){ P1=0xFF; P2=0xFF; music_num=0;} }