第2章 方案论证的简介:AT89C51：是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机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。主要功能特性：1) 与MCS-51 兼容；2) 4K字节可编程FLASH存储器；3) 全静态工作：0Hz-24MHz；4) 1288位内部RAM；5) 两个16位定时器/计数器；6) 5个中断源；7) 可编程串行通道；8) 低功耗的闲置和掉电模式；9) 片内振荡器和时钟电路。AT89C52：是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（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，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。主要功能特性：1) 兼容MCS51指令系统；2) 8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；3) 32个双向I/O口；4) 256x8bit内部RAM；5) 3个16位可编程定时/计数器中断；6) 时钟频率0-24MHz；7) 2个串行中断，可编程UART串行通道；8) 2个外部中断源，共8个中断源；9) 2个读写中断口线，3级加密位；10) 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。1.1.1 结论我们通过集成电路和2款单片机的属性和优缺点对比，我们觉得AT89C51单片机芯片更加适合本次实验的中心控制芯片。31第2章 硬件设计2.1 硬件结构图3-1是以AT89C51单片机为核心的音乐播放器系统硬件设计结构框图。该系统主要是由复位电路、按键电路、时钟电路、中心模块、扬声器驱动等组成。其工作原理为：此音乐播放器，有三个按键及控制按钮：播放/暂停、下一曲、上一曲；通过控制按钮控制单片机，播放所要求的音乐，并通过放大电路和喇叭输出声音。图3-1 硬件结构图2.2 中心控制模块 中控采用的是AT89C51芯片，下面是AT89C51的引脚图：第3章 硬件设计图3-2 AT89C51引脚图各端口作用： P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 l P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 l P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） l P1.5 MOSI（在系统编程用） l P1.6 MISO（在系统编程用） l P1.7 SCK（在系统编程用） P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚第二功能 l P3.0 RXD(串行输入口) l P3.1 TXD(串行输出口) l P3.2 INTO(外中断0) l P3.3 INT1(外中断1) l P3.4 TO(定时/计数器0) l P3.5 T1(定时/计数器1) l P3.6 WR(外部数据存储器写选通) l P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。2.3 电源模块对于一个电子系统来说，电源部分的设计越发重要。对于一个实际的电子系统，要认真的分析它的电源需求。不仅仅是关心输入电压，输出电压和电流，还要考虑到总的功率，电源实现的效率，电源部分对负载变化的瞬态响应能力，关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的允许的电源纹波，还有散热问题等等。本次设计基于AT89C51功率因数测量系统中使用到咯+5V的电源，电源设计的原理图如下。电路中使用到的芯片是7805，7805是稳压芯片，好处是应用比较简单，只需要接上几个电容就可以使用了。第3章 硬件设计图3-3 电源电路图2.4 控制电路控制电路，键1与P3.2相连、键2与P3.3相连、键3与P3.5相连。当电键按下时接口接低电平，实现对音乐播放器的控制。键1连通实现上一曲更换，键二连通实现下一曲更换，键三连通实现开始暂停操作。2.5 复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路采用RC充电电路组成上电复位单片机电路，当系统上电时，在上电初期，电容C充电，使复位脚持续高电平，当C充电到达一定程度复位脚电位会慢慢变低，最后被电阻R完全拉低，高电平复位的时间由充电的时间决定，充电时间又由R与C的阻值和容值之积决定。一旦单片机复位脚拉低后就一直都低电平，只有下电后再上电才重新开始复位过程。电路图如下所示：图3-4 复位电路图2.6 电路设计所需要的器件表3-1 电路设计器件表类别序号型号数量（单位）用途电源178051个系统电源IC芯片2AT89c511片CPU3LM3861片实时时钟日历芯片电容430pF2个单片机时钟震荡电路510F1个复位电路60.1F1个7470F1个822F1个947F1个100.047F1个11100F1个晶振1212MHz1支电阻134.5K1支141K2支复位电路1510K1支限压保护164701支喇叭1774F3781个扬声器硬质板18焊接性1块基础电路二极管191N40011个电源部分20发光二极管1个检测电源第4章 软件设计第3章 软件设计3.1 音乐发声设计原理3.1.1 发声原理一首乐曲是由多个音符构成的。每个音符都对应着一个确定的频率，乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音；另外每个音符会根据乐曲的要求设定一个确定的节拍。可以控制单片机产生不同频率不同节拍的脉冲信号，由蜂鸣器发出就产生了美妙和谐的乐曲。 3.1.2 单片机产生不同频率脉冲信号的原理1、要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（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的时间，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的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。 2、利用单片机内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法如下： 例如：频率为523Hz，其周期天/523 S=1912uS，因此只要令计数器计时956uS/1us=956，在每计数956次时就将I/O反接，就可得到中音DO（532Hz）。 计数脉冲值与频率的关系公式如下： N=Fi/2/Fr (4-1)其中N表示计数值；Fi表示内部计时一次为1uS，故其频率为1MHz；Fr表示要产生的频率。 3、其计数值的求法如下： T=65536-N=65536-Fi/2/Fr (4-2)计算举例： 设K=65536,F=1000000=Fi=1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、 高音DO（1046Hz）的计数值。 T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-500000/Fr