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单片机电子音乐盒的设计13.doc
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单片机电子音乐盒的设计13
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摘 要
I
摘 要
单片机的易用性与多功能性使它广泛应用于各种微控制系统。本文介绍了一
种基于单片机的电子音乐盒的设计,它是以 AT89C2051 单片机为控制核心,辅
以一些外围器件,采用汇编语言编写程序,实现音乐播放功能。并在音乐盒基础
上利用单片机闲置 P1 口拓展了 LED 点阵移位显示功能。整个系统电路结构简单,
可靠性能高,测试结果满足设计要求。本文着重介绍了该系统的设计原理,硬件
设计方法与软件编程思路。
关键字:单片机、AT89C2051、音乐盒、LED 移位显示
ABSTRACT
II
ABSTRACT
The ease of use and versatility make SCM widely used in various micro-control
system. This paper introduces a SCM-based electronic music box design, which is
based on AT89C2051 single chip microcomputer as control core, supplemented by
some peripheral elements, using assembly language programming to realize music
playing functions. Utilizing the residuary port P1 on the SCM, it extends the function
of this music box, which could make LED lattice shift display. The electric circuit
construction of the whole system is simple, the function has high reliability and the
experiment test results satisfy the request. This paper emphasize introduces the design
principle of the system, hardware design and software programming ideas.
Key words: SCM, AT89C2051, music box, LED shift display
目 录
III
目 录
第 1 章 引言................................................................................................................1
1.1 单片机介绍.................................................................................................1
1.2 单片机音乐.................................................................................................2
第 2 章 设计要求及理论基础 ....................................................................................3
2.1 设计要求.....................................................................................................3
2.1.1 基本要求...........................................................................................3
2.1.2 创新部分...........................................................................................3
2.1.3 成果形式...........................................................................................3
2.2 相关音乐知识.............................................................................................3
2.3 单片机产生音频脉冲原理 .........................................................................4
2.3.1 音符频率...........................................................................................4
2.3.2 定时/计数器 0 产生音符频率 ..........................................................5
2.4 单片机实现音乐的节拍 .............................................................................6
2.5 音频功放.....................................................................................................7
2.6 小结.............................................................................................................8
第 3 章 硬件设计 ........................................................................................................9
3.1 方案选取.....................................................................................................9
3.1.1 单片机的选取...................................................................................9
3.1.2 音频放大电路的选择 .....................................................................10
3.1.3 中断方式.........................................................................................12
3.1.4 LED 显示方式 ................................................................................12
3.1.5 LED 驱动电路 ................................................................................13
3.2 硬件电路的实现.......................................................................................13
3.2.1 AT89C2051 单片机硬件结构 ........................................................13
3.2.2 时钟与复位电路 .............................................................................17
3.2.3 选择按键输入电路 .........................................................................19
3.2.4 音频发生器.....................................................................................19
3.2.5 音频放大器.....................................................................................19
3.2.6 LED 点阵电路 ................................................................................23
3.2.7 LED 点阵驱动电路 ........................................................................24
目 录
IV
3.3 小结...........................................................................................................28
第 4 章 软件设计 ......................................................................................................29
4.1 LED 移位显示程序 ..................................................................................30
4.2 音乐盒功能程序.......................................................................................34
4.3 小结...........................................................................................................38
第 5 章 软硬件调试 ..................................................................................................39
5.1 硬件调试...................................................................................................39
5.2 软件调试...................................................................................................39
5.3 性能测试...................................................................................................40
5.3.1 LED 显示画面 ................................................................................40
5.3.2 单片机输出乐曲音频图 .................................................................40
5.3.3 可靠性分析.....................................................................................42
5.4 小结...........................................................................................................42
第 6 章 结束语 ..........................................................................................................43
参考文献......................................................................................................................45
致谢..............................................................................................................................46
附录..............................................................................................................................47
附录一:电路原理图 ..................................................................................47
附录二:PCB 电路图..................................................................................49
附录三:电路板实图 ..................................................................................49
附录四:音乐盒内存三首歌曲简谱 ..........................................................50
附录五:程序清单 ......................................................................................51
外文资料原文..............................................................................................................59
外文资料译文..............................................................................................................62
第 1 章 引言
1
第 1 章 引言
1.1 单片机介绍
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处
理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中
断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟
多路转换器、A/D 转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算
机系统。
单片机也被称为微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写
MCU 表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU
的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成
在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的
控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以
后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031,因为
简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列
单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控
制领域要求的提高,开始出现了 16 位单片机,但因为性价比不理想并未得到
很广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大
提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用,32 位单片
机迅速取代 16 位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的 8 位单片
机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前,高
端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz,性能直追 90 年代中期的专用处理器,
而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元,最高端的型号也只有 10 美元。当代单
片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被
广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片
机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。
由于单片机具有控制功能强,体积小,成本低,功耗小等一系列的特点,使
它在工业控制,智能仪器,节能技术改造,通信系统,信号处理及家用电器产品
中都得到广泛的应用,随着数字技术的发展及单片机在电子系统中的广泛应用,
在很大程度上改变了传统的设计方法。以往采用模拟电路,数字电路实现的电路
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