资源预览内容
第1页 / 共23页
第2页 / 共23页
第3页 / 共23页
第4页 / 共23页
第5页 / 共23页
第6页 / 共23页
第7页 / 共23页
第8页 / 共23页
第9页 / 共23页
第10页 / 共23页
亲,该文档总共23页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
1、设计任务:设计一款基于AT89C51单片机的数字音乐盒。2、设计要求:(1)利用单片机的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。(2)共有10首音乐,每首乐曲都由相应的按键控制,并有开关键、暂停键、上一曲及下一曲控制键;(3)利用LCD液晶显示歌曲的序号、播放时间,开机时显示英文欢迎提示字符。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。另外, AT89C51的指令系统和引脚与8051完全兼容,片内有128B 的RAM、32条I/O口线、2个16位定时计数器、5个中断源、一个全双工串行口等。在该设计中利用单片机I/O口产生一定频率的方波,驱动蜂鸣器,发出各种不同的音调,从而演奏乐曲,并能够由LCD显示信息。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。本设计采用4*4键盘,16*2 LCD,七段显示数码管LED。在开机按钮按下时有英文欢迎提示字符,播放时显示歌曲序号(或名称)。在演奏过程中可通过功能键选择乐曲,暂停,播放。2总体方案论证与设计本设计是基于单片机的数字音乐盒设计,由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心,辅以必要的电路,构成的一个单片机电子数字音乐盒。要求利用I/O口产生一定频率的方波,驱动蜂鸣器,发出不同的音调并采用LCD显示信息,从而演奏乐曲,开机时有英文欢迎提示字符,播放时显示歌曲序号(或名称),可通过功能键选择乐曲,暂停,播放。本设计采用4*4键盘,16*2 LCD。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1 单片机的选取首先选择单片机中最为普遍的MCS51系列。其中AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C2051单片机可应用于许多高性价比的应用场合。主要性能:l MCS-51产品兼容;l 2KB可重编程FLASH存储器(1000次);l 2.7-6V电压范围;l 全静态工作:0Hz-24KHzl 2级程序存储器保密锁定l 128*8位内部RAMl 15条可编程I/O线l 两个16位定时器/计数器l 6个中断源l 可编程串行通道l 高精度电压比较器(P1.0,P1.1,P3.6)l 直接驱动LED的输出端口由于完成核心功能音频输出只需一个I/O口,并且额外功能LED移位显示可根据所选单片机的剩余I/O口进行设计,因此AT89C2051足以满足基本要求。其20个引脚体积小巧,内部2k字节的程序存储器容量适中,低压低频工作条件,并且价格低廉容易购得。综上,本次设计选择AT89C2051单片机。2.2系统总体结构框图电源电路复位电路LED液晶显示晶振电路4*4按键矩阵电路蜂鸣器电路AT89C51单片机3系统硬件设计本设计中用到了AT89C51单片机,4*4键盘,蜂鸣器,16*2 LCD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。3.1.1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三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32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 3.1.2 管脚说明(如图3.1): 图3.1VCC: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)。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。3.1.3 芯片擦除:整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下,CPU停止工作。但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。3.2 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。3.2.1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。3.2.2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, P1口作为输入控制按键,其中P1.0P1.3扫描行,P1.4P1.7扫描列。3.2.3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10MS的子程序后,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10MS的子程序后,检测该行线为高电平,说明按键确实已经松开。3.4 音频输出部分整个输出部分由一个蜂鸣器/喇叭组成,原理图如右图所示:用P3.7口控制蜂鸣器。输出显示电路如图所示:3.5 整体硬件电路如图3.5所示:图3.5 音乐盒硬件电路原理图3.5.1 原理说明: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,显示乐曲播放的时间,并驱动LCD,显示歌曲号及播放时间。1)硬件电路中用P1.0P1.7控制按键,其中P1.0P1.3扫描行,P1.4P1.7扫描列;2)用P2.0P2.2作为LCD的RS、R/W、E的控制信号;3)用P0.0P0.7作为LCD的D0D7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。 3.5.2 键盘按键 键盘按键分布如下:0123456789ABCDEF按键功能说明:1A十首歌曲C下一首歌曲D上一首歌曲E暂停F开机画面4系统软件设计4.1 主模块的设计主模块是系统软件的主框架。结构化程序设计一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式,“自上而下”法的核心就是主框架的构建。它的合理与否关系到程序最终的功能的多少和性能的好坏。本系统的主模块的程序框图如下图6所示:4.2 外部中断源系统设计在本设计中中断源是采用外部中断0方式,其入口地址是0003H。其中断响应级别最高。(1)定时器/计数器工作方式寄存器TMOD用于选择定时器/计数器的工作方式和工作模式。其格式如下表4.1:TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEM1M0GATEM1M0T1
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号