基于单片机的电子音乐盒资料.docx
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基于单片机的电子音乐盒资料.docx
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基于单片机的电子音乐盒资料
课程设计任务书
1.设计目的:
在学习专业基础课和专业课的基础上,主要在电子仪器、微机综合设计与实践、单片机与A/D和D/A和光、计、电综合应用等几个方面开展实践活动,巩固所学知识、培养动手能力。
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
1.查阅资料,了解单片机控制单音喇叭发声原理。
2.设计基于单片机的电子音乐盒。
3.通过按钮可选择不同的音乐。
4.其他创新功能。
每位同学分工不同
3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕:
1)设计说明书符合要求;
2)相应器件的工作原理及应用;
3)系统的硬件原理图和制版图;
4)基于实验箱调试成功的系统软件程序和界面;
5)仿真结果
6)参考文献原文不少于15篇。
课程设计任务书
4.主要参考文献:
●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写,例:
1傅承义,陈运泰,祁贵中.地球物理学基础.北京:
科学出版社,1985
(5篇以上)
5.设计成果形式及要求:
设计说明书及相关电路图
6.工作计划及进度:
2016年6月12日~2016年6月14日:
查相关的资料,熟悉单片机(或者FPGA、DSP、ARM)开发环境;
6月15日~6月18日:
在教师指导下完成系统方案和电路设计;
6月19日~6月28日:
完成程序的调试,仿真,系统的优化;
6月29日~6月30日:
:
完成课程设计说明书的纂写和修改;
7月1日:
答辩
系主任审查意见:
签字:
年月日
1引言3
2系统总体设计3
2.1系统组成框图3
2.2音乐盒的功能结构图及说明4
2.3电子琴的功能结构图及说明4
2.4设计软件5
2.4.1proteus5
2.4.2keil5
3硬件设计6
3.1AT89C51简介6
3.2复位电路和时钟电路7
3.2.1复位电路8
3.2.2时钟电路8
3.3按键电路9
3.44*4矩阵键盘电子琴9
3.5数码管10
4软件设计10
5.1硬件电路的仿真19
5.2软件电路的仿真19
5.3联调20
5.4仿真结果20
6课设心得21
7参考文献21
附录1:
源程序代码21
附录2:
PCB图20
1引言
音乐盒又称八音盒。
音乐盒的起源,可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。
当时为使教会的的钟塔报时,而将大小的钟表上机械装置,被称为“可发出声音的组钟”。
1796年由瑞士钟表匠安托•法布尔发明,转动盒内的链环,可自动演奏音乐。
这是最古老的音乐盒。
1992年,中国第一台具有知识产权的八音琴在韵升诞生。
现代科技的发展为我们提供了更方便快捷的制作音乐盒的方式,不用经过繁琐的工艺,可以利用单片机自己制作一个简单的电子音乐盒,很有意义。
本文设计的电子音乐盒,就是基于单片机芯片设计制作的电子音乐盒。
体积小巧,音质优美且能演奏和弦音乐。
电子音乐盒以点为动力,制作工艺简单,且可批量生产,因此价格便宜。
基于单片机芯片制作的电子式音乐盒,控制功能很强大,可根据需要选歌,使用方便。
根据存储容量的大小,可以尽可能多的存储歌曲。
另外,可以设计彩灯外观效果,使小小的音乐盒达到愉悦身心的目的。
2系统总体设计
2.1系统组成框图
音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心,4*4矩阵键盘,加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、数码管6模块组成。
单片机负责接收按键的输入,根据的输入按键所对应的音符蜂由鸣器发音。
系统组成框图如图2.1所示。
图2.1系统组成框图
2.2音乐盒的功能结构图及说明
本次设计主要设计了两个标志位,count1、count2,对应按键电路的key1、key2,key1用来暂停歌曲,并实现4*4矩阵键盘电子琴弹奏功能,key2用于切换本音乐盒内的四首歌曲。
功能结构图如下图2.2所示。
图2.2电子音乐盒功能框图
2.3电子琴的功能结构图及说明
电子琴的功能结构如图2.3所示。
4*4键盘按下获取相应的键值和音符有DO到XI高低音共16个音。
并在数码管上显示。
图2.3电子琴功能结构图
2.4设计软件
本设计主要使用两个软件,proteus、keil。
用proteus进行硬件电路设计,用keil进行软件设计,使用proteus和keil进行联调,等程序功能都实现且调试好了之后,实现电子音乐盒的设计与制作。
2.4.1proteus
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。
且在编译方面,它支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
可以与他们进行联调,结合使用。
2.4.2keil
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。
使用C语言编程,Keil是很好的选择。
Keil公司是一家业界领先的微控制器(MCU)软件开发工具的独立供应商。
Keil公司由德国慕尼黑的KeilElektronikGmbH和美国德克萨斯的KeilSoftwareInc公司联合运营。
Keil公司制造和销售种类广泛的开发工具,包括ANSIC编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作系统核心(real-timekernel)。
KeilC51编译器自1988年引入市场以来成为事实上的行业标准,并支持超过500种8051变种。
Keil公司在2005年被ARM公司收购。
而后ARMKeil推出基于uVision界面,用于调试ARM7,ARM9,Cortex-M内核的MDK-ARM开发工具,用于为控制领域的开发。
在使用单片机C语言开发时,大多使用keil编程,与proteus进行联调,达到软硬件结合的目的。
3硬件设计
本设计主要是以单片机AT89C51芯片为核心,由复位电路,时钟电路,按键电路,蜂鸣器,LED流水灯,LCD1602和数码管电路组成的,实现的功能如下,电路图如图3.1所示。
a)P3.2,P3.3控制按键
b)P1.0-P1.7控制4*4矩阵键盘
c)P3.7控制蜂鸣器
d)P2..0~P2.7数码管显示
e)电路为11.0592MHZ晶振频率工作,起振电路中C1、C2均为30PF
图3.1电路图
3.1AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8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和闪速存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C51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。
管脚图如图3.2所示。
图3.2AT89C51管脚
AT89C51的主要特性
a)与MCS-51兼容
b)4K字节可编程FLASH存储器
c)寿命:
1000写/擦循环
d)数据保留时间:
10年
e)全静态工作:
0Hz-24MHz
f)三级程序存储器锁定
g)128×8位内部RAM
h)32可编程I/O线
i)两个16位定时器/计数器
j)5个中断源
k)可编程串行通道
l)低功耗的闲置和掉电模式
m)片内振荡器和时钟电路
3.2复位电路和时钟电路
时钟电路和复位电路共同组成了单片机的最小系统,即最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
是单片机应用中不可缺少的一部分,若没有最小系统,好多的设计将不能完美运行。
图3.3为本设计的复位电路和时钟电路。
图3.3复位电路和时钟电路
3.2.1复位电路
复位电路我们本来在方案选择的时候有两种选择的,上电复位和按扭复位,上电复位是利用电容充电来实现的,而按扭复位是电源对外节电容的充电使RST为高电平,复位松开后,电容通过下拉电阻放电,使RST恢复低电平。
为了制作软件的方便我们还是选择用按扭复位,因为它比较直观。
3.2.2时钟电路
单片机晶振的作用是为单片机系统提供基本的时钟信号,单片机晶振提供的时钟频率越高,单片机的运行速度就越快,单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
没有晶振,就没有时钟周期,没有时钟周期,就无法执行程序代码,单片机就无法工作。
89系列的时钟信号由两种方式产生,一种是利用芯片内部的震荡电路,产生时钟信号的内部方式,一种是时钟信号有外部引入的外部方式。
内部时钟方式为:
89系列单片机内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端,其频率范围为1.2~12MHz,这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。
89系列单片机虽然有内部震荡电路,但要形成时钟,必须外接元件.外接晶振以及电容C2,C3构成并联谐振电路,接在放大器的反馈回路中,这种方式称为内部时钟方式。
对外接电容C2,C3没有严格的要求,石英晶体的电容值一般使用30PF10PF,陶瓷振荡器一般选择40PF10PF。
若采用外部时钟,外部时钟脉冲接到XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端,XTAL2则悬空。
3.3按键电路
AT89C51系列单片机有五个中断源,引脚与中断源的对应关系如表3.1所示
表3.1AT89C51中断源与引脚的对应关系
中断源
对应的管脚
外部中断0
P3.2/INT0
外部中断1
P3.3/INT1
定时/计数器T0中断
P3.4T0
定时/计数器T1中断
P3.5T1
串口中断
P3.6/WR
串口中断
P3.7/RD
本设计按键电路有两个按键key1,key2组成,分别接单片机的P3.2,P3.3口。
key1用来暂停歌曲,并实现4*4矩阵键盘电子琴弹奏功能,key2用于切换本音乐盒内的四首歌曲。
按键电路如图3.4所示
图3.4按键电路
3.44*4矩阵键盘电子琴
利用P1口为按键接入口,形成4×4组成16个按键矩阵,设计成16个音,4*4矩阵键盘电路如图3.5所示。
图3.54*4矩阵键盘电路图
3.5数码管
由一个共阳极7段数码管与单片机P0口并联,并加上上拉电阻使其有足够的电流,随着弹奏音符的变换,数码管会显示音符相对应的数值。
数码管电路图如3.6所示。
图3.6数码管电路
4软件设计
在本程序中设置了个标志——count2,分别初始化为1和0。
按键Key2使得count2在1~4之间切换。
程序检测count2的值,count2等于1时播放第一首
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