北华航天工业学院电子系毕业设计论文—基于单片机的音乐播放器.pdf

毕业设计报告（论文） 报告（论文）题目：基于单片机的音乐播放器 作者所在系部：电子工程系 作者所在专业：电气自动化技术 作者所在班级：08242 作 者 姓 名 ：陈勇胜 作 者 学 号 ：20083024207 指导教师姓名：王晓 完 成 时 间 ：2011 年 6 月 10 号 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院电子工程系 毕业设计（论文）任务书 姓姓名名： 陈勇胜专专 业业： 电气自动化技 术 班班级：级：08242学号学号： 20083024207 指导教师指导教师：王晓职职 称称：副教授完成时间：完成时间：2011 年 6 月 10 号 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 基于单片机的音乐播放器 设计目标：设计目标： 利用89C51单片机和LM016L设计一个至少能播放三首歌曲以及能显示歌曲曲号和播放时 间的音乐播放器 技术要求：技术要求： 1 至少能播放三首歌曲 2 能对正在播放中的歌曲曲号进行调整和选择歌曲进行播放 3 利用LM016L显示正在播放中的歌曲曲号以及播放时间 4 具有开机画面，开机时显示英文字符欢迎 5 播放的歌曲应该比较动听，和谐，圆润 所需仪器设备：所需仪器设备： 计算机一台、proteus 以及 keil 软件 成果验收形式：成果验收形式： 原理图、仿真结果 参考文献：参考文献： 模拟电子技术基础 、 数字电子技术基础 、 MCS-51 单片机应用教程 音乐基础理论教程 、 51 单片机高级实例开发指南 、 单片机原理与应用系统设计 基于 proteus 的单片机应用技术 时间时间 安排安排 15 周-6 周立题论证39 周-13 周仿真调试 27 周-8 周方案设计414 周-16 周成果验收 指导教师指导教师：教研室主任教研室主任：系主任系主任： 北华航天工业学院毕业论文 I 摘 要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统 控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是 作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以 及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。 当今，利用单片机控制音乐播放多不胜举，音乐芯片也相当之多，而利用单片机 存储音乐，控制播放最为广泛。它有功能多价格优外围电路简单的特点，很受音 乐爱好者及音乐芯片制造商的青昧。本文中，用单片机芯片及少数外围电路控制音乐 播放。 本设计是以单片机 AT89C51 为核心数据处理器件，由 LCD 液晶显示屏 LM016L 显示歌曲的曲号、播放时间、开机画面以及键号，开机画面为交替显示 WELCOM HERE 和作者姓名，采用 4*4 行列式键盘实现曲号的选择，其中 1A 号按键用来选 择曲号，C 键控制下一曲，D 键控制上一曲，E 键控制播放/暂停，F 键为开机画面显 示，元件以低耗、高能、耐用、精确、易于操作等为优先考虑因素。采当键盘有键按 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。 AT89C51 单片机的内存较小，就用了一个 74LS373 锁存器和 27512 外部扩展芯片对 该单片机进行了内存的扩充，增大了它的存储空间，让他可以存储足够多的歌曲。 该音乐发生器的论文详细介绍了其硬件结构和设计方法，整个设计简单实用，功 能完整。 关键词：关键词：音乐；AT89C51；单片机；LCD LM016L； 北华航天工业学院毕业论文 II 目录 第 1 章 绪 论. 1 1.1 电子音乐概述.1 1.2 国内外电子音乐的发展.1 1.3 音乐发生器的扩展.2 第 2 章 设计方案. 3 2.1 设计方案论证3 2.1.1 方案一. 3 2.1.2 方案二 4 2.1.2 方案三 5 2.1.3 方案比较 6 第 3 章 硬件设计. 7 3.1 电路组成及工作原理7 3.1.1 电路组成 7 3.1.2 电路工作原理 7 3.2 AT89C51 的简介.8 3.2.1 AT89C51 功能概述. 8 3.2.2 AT89C51 的管脚图. 9 3.2.3 AT89C51 单片机的引脚介绍 9 3.3 晶振电路10 3.4 扬声器电路10 3.5 显示电路11 3.6 更换歌曲电路12 3.7 复位电路12 3.8 程序存储器外部扩展电路13 第 4 章液晶显示原理及 LM016L 简介. 14 4.1液晶显示原理及分类14 4.1.1 液晶显示原理. 14 4.1.2 液晶显示器的分类. 14 4.1.3 液晶显示器各种图形的显示原理:. 14 北华航天工业学院毕业论文 III 4.2LCD1602 简介.15 第 5 章 稳压电源. 17 5.1 稳压电源的功能17 5.2 直流稳压电源. 17 5.3 v 交流电转v 直流电的电源设计18 5.3.1 电路工作原理. 18 5.3.2 电路原理图. 19 第 6 章 软件系统设计. 20 6.1 软件流程设计20 6.2 性能分析.22 结论. 23 致谢. 24 参考文献. 25 附 录. 26 北华航天工业学院毕业论文 1 基于单片机的音乐播放器 第 1 章 绪 论 1.1 电子音乐概述 电子音乐是现代音乐的一种形式，是一种与古典截然不同的音乐形式。而今， 越来越多钟情于电子音乐的音乐家们相信，通过电流产生的声音打破音乐的结构及 人们习惯的听觉经验，人与人之间的情感是可以沟通的。电子音乐是一种科技的见 证。也就是说，借助电子音乐，技术可以见证音乐，音乐可以见证技术。电子音乐 是对传统音乐的延承和背叛，它紧密地依偎着这个“科技与信息”的时代。 音乐电声的一个重要内容就是电子音乐。电子琴的出现，开辟了音乐的一个新 天地。但是自从电子合成器问世以来，电子音乐就又进入了一个更高的阶段。 目 前，由于电子音乐的普及，电子合成器（合成器实际上是一台声音的频率合成仪， 可以制作各种声音， 改变各种音色） 可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题。 可以事先制作伴奏音乐或背景音乐，而不需要乐队，或者部分代替乐队。由于音乐 合成器制作和修改方便，成本低，音乐丰满，所以市场需求量很大，因此，世界许 多国家的厂商都不断地在发展并推出新的型号，每年都要更新换代。当前的发展趋 势是不断的采用先进技术，例如有的合成器有“跟随”功能，即经预置，每一个音 后可以跟随一个二度或三度音， “重叠”功能，轻奏或重奏时可以发不同音调或音 色；另外，合成器还向轻便、使用操作方便等方向发展。 1.2 国内外电子音乐的发展 早期“电子音乐”靠模拟电路产生声音的，它的主要功能是产生电子音频和对人 耳所能听到的所有泛音列进行编辑。“电子音乐”向人们展现出了混合新音色、非常 规音色制作方式的优势，大大提高了制作和创作音乐的效率，带动了新的音乐风格 的发展。 60 多年来， “电子音乐”主要经历了从“录音机音乐”到“合成器音乐”再到“电 脑音乐”这三个阶段的演变。 电子乐器的发展在“电子音乐”的诞生后， 使人们充分认 识到了“电子乐器”运用到“电子音乐”中的可行性。这必将为“电子音乐”渲染上一片 神话色彩，映照着人类生生不息的智慧。没有这个发展就不可能有当代电脑音乐的 出现。电子音乐在我国的发展 北华航天工业学院毕业论文 2 “电子音乐”最初是 70 年代末到 80 年代初的“改革开放”以来，西方现代音乐思 潮与实践在中国的传播。90 年代以来，“电子音乐”创作与教育已经开始逐步广泛开 展。1993 年，中央音乐学院作曲家张小夫教授创建了中国现代电子音乐中心，有力 的推动了中国电子音乐的发展。并于此开始开设关于此项技术一些相关领域的研究 生、本科生。 以 MIDI 为代表的音乐数码技术从 20 世纪 80 年代中期开始逐步进入我国的音 乐生活，并以惊人的速度从多方面影响着专业音乐。尤其是作曲与作曲技术理论专 业的思想观念、表现手法与工作程序，社会生产和消费也因此引发了急切的用人需 求。 现在随着计算机的兼容性越来越好，多媒体计算机进入千家万户，计算机进行 综合音乐制作能力更强，音乐作品可以把它储存成一定的格式，通过软盘或网络进 行传播，听众直接在计算机上听音乐。它容声音、图形、文字于一体，极富有刺激 性，比现场演出还精彩，更明白。除了网络中的应接不暇的应用，技术也逐步普及 到了大众手机铃音领域。可以自行剪切编辑、录制喜欢的音乐或声音作为个性手机 铃音。 综合上述，从“电子音乐”的过去、现在、未来发展的进程中可以看出，它给音 乐制作能普及至社会个人便携操作的影响，是不可磨灭的功绩。它的统治地位趋势 已成不可逆转的状态。 电子音乐已经深入地影响到了现代人的音乐审美观念,并有继 续发展的强烈趋势。在这个趋势中，电脑音乐也许不会成为今后音乐的主流，但它 在整个人类音乐史上的地位已经不容置疑地确立了，相信它会越来越深入地浸透到 音乐创作和欣赏的领域中，并且将在一定程度上影响人们对音乐的理解和诠释。用 单片机制作的音乐发生器也会越来越多，这将必然成为一种趋势。 1.3 音乐发生器的扩展 熟练的运用 89C51 单片机定时器产生固定频率的方波信号，推动喇叭发出旋 律，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律，最重要的是自己还可以通过程序设计 输入自己喜欢的歌曲来演奏中，本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方便设计音 乐旋律，可以扩充其功能如下： （1）可以显示歌曲的名称 （2）可以设置睡眠关机时间 （3）可以设置歌曲的播放模式，单曲循环还是顺序播放 （4）可以存储多首歌曲 北华航天工业学院毕业论文 3 第 2 章 设计方案 2.1 设计方案论证 2. .1. .1 方案一 利用 AT89C51、74LS373 锁存器和 27512 外部扩展组成的音乐播放器 （1）硬件设计 电路以 AT89C51 为主控制器，74LS373 和 27512 进行外部程序存储器的扩展， 播放/暂停键为播放/暂停歌曲，下一曲键和上一曲键分别为调整歌曲的下一曲和上 一曲选择键的按钮。晶振采用 12MHz，音乐信号由 P30 口输出，经喇叭发声而播 放歌曲如图 2-1 所示框架图。 扬声电路 数码管 晶振电路 更换歌曲电路 （2）软件设计 程序中根据音选取的是 C 调三个 8 度内的音符，共 24 个音阶。每个音符对应 频率由定时器 T0 产生。为了程序调用方便，每个音符都对应一个编码，占用一个 字节。在程序中以查表的方式加载计数初值。当值为 00H 时表示空拍，与节拍码配 合完成节拍发音。节拍码也占一个字节，每个音符的时间长度等于基本时间乘以节 拍码的值，由定时器产生。当节拍码值为 01H 时，表示当前乐曲结束，为 00H 时， 表示全部乐曲结束。为了编码简单，一般节拍码高半字节表示整拍，低半字节表示 分数，只要基本延时设定恰当即可并且在按开始按钮后，可以播放歌曲。在播放程 序中设置三个变量，分别用于用于存放时、分、秒，每次定时中断发生时，对基准 时间计数，当达到一秒时，把秒加一，达到一分时，将分加一同时调用数码管 AT89C51单片机 复位电路 存储器扩展电路 图 2-1 方案一框架图 北华航天工业学院毕业论文 4 显示子程序，将时分秒分别拆分为个位、十位进行显示。利用外部中断 1、2 实现 上一曲、 下一曲以及暂停功能， 设置一个计数变量， 检测到上一曲或下一曲按下时， 分别对计数变量加一或减一，检测到暂停被按下时，等待按键再一次按下后，继续 播放，方案中歌曲的循环模式为列表循环 2. .1. .2 方案二 （1）硬件设计 电路以 AT89C51 为主控制器，74LS373 和 27512 进行外部程序存储器的扩展， 采用利用 4X4 组成的 16 个按钮矩阵键盘来实现对播放的控制，其中包括下一曲、 上一曲、暂停按钮（分别为 C、D、E 键） ，当按下 1A 其中的一个时，跳到相应的 曲谱进行演奏，显示电路采用六个共阴极数码管进行显示，晶振采用 12MHz，音乐 信号由 P30 口输出，经喇叭发声而播放歌曲，如图 2-2 所示。 （2）软件设计 程序中音选取的是 C 调三个 8 度内的音符，共 24 个音阶。每个音符对应频率 由定时器 T0 产生。为了程序调用方便，演奏时时每个音符都对应一个编码，占用 一个字节。在程序中以查表的方式加载计数初值,为了编码简单，一般节拍高半字节 表示整拍，低半字节表示分数，只要基本延时设定恰当即可，为了及时响应键盘操 作，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫描按键，在按键模块中调 用其他功能模块）,按键每按下一次，按键扫描模块计算出键值，并储存键值，根据 键值跳转至响应的标号执行程序，播放相应的歌曲，歌曲循环模式为单曲循环，其 他功能的实现与方案一类同 晶振电路 4*4 矩阵 键盘 扬声器电路 复位电路 数码管存储器扩 展电路 AT89C51 单片机 图 2-2 方案二框架图 北华航天工业学院毕业论文 5 2. .1. .2 方案三 （1）硬件设计 电路以 AT89C51 为主控制器， 采用利用 4X4 组成的 16 个按钮矩阵键盘来上实 现对播放的控制，其中 C、D、E 分别为功能键上一曲、下一曲以及暂停。F 键为开 机画面显示，1A 号按键中每按一个键，跳到相应的曲谱进行演奏，显示电路采用 液晶显示器 LM016L 进行显示，晶振采用 12MHz，音乐信号由 P30 口输出，经 喇叭发声而播放歌曲，如图 2-3 所示。 （2）软件设计 程序中音选取的是 C 调一个 8 度内的音符， 共 7 个音阶。 根据十二平均律， （即 将八度定义为 1200 音分，其中全因音符占 200 音分，半音占 100 音分，共十二个 半音）每个音符对应频率由定时器 T0 产生。为了程序调用方便，将十二个半音的 定时器初值放于表中，演奏时无需计算定时器初值，在程序中以查表的方式加载计 数初值,每个音符都对应一个编码，占用一个字节。由于人耳的分辨力有限，为了编 程简单，曲谱中的节拍码用延时来代替，每个音符发音 30MS。由于采用的是矩阵 式键盘，为了及时响应按键，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫 描按键，在按键模块中调用其他功能模块） 。按键每按下一次，按键扫描模块计算 出键值，并储存键值，跳转至响应的标号执行程序，并调用液晶显示子程序，将键 值在液晶显示器制定位置显示，如果检测到 F 键被按下，调用液晶显示模块，显英 文字符欢迎，以及作者信息，本程序中，由于音符的长度是固定的 30MS，T1 用于 更新剩余时间。剩余时间的显示同上。 AT89C51 单片机 晶振电路 4*4 矩阵 键盘 扬声器电路 图 2-3 方案三框架图 复位电路 液晶显示屏存储器扩展电路 北华航天工业学院毕业论文 6 2. .1. .3 方案比较 从以上三种方案，方案一采用的是独立式按键，按键太少，不能实现歌曲的快 速选择，几乎没有拓展功能的可能，而方案二虽然采用的是矩阵式键盘，无论从扩 展功能上将还是快速选择都优于方案一，但数码管显示不稳定，编程以及困难，占 用 CPU 时序太多，方案三显然不存在方案一、方案二的缺点，使用了液晶显示屏， 编程简单，显示稳定，占用 CPU 时序少，并且可以实现许多方案一、方案二无法 实现的功能，无论是矩阵式键盘，还是液晶显示器，都有许多可扩展的功能，并且 在播放音乐时简单实用，在使用上及其功能的实现上都优于前两种方案。更重要的 是液晶显示器是当今电子设计的主流，通过这次设计，我能够学习到许多东西。通 过方案对比，最终选择方案三，音乐发生器电路原理图见附录所示。 北华航天工业学院毕业论文 7 第 3 章 硬件设计 3.1 电路组成及工作原理 3. .1. .1 电路组成 音乐发生器的电路设计方框图如上图方案三所示，电路原理图见附录 1 所示， 主要由单片机控制系统、行列式键盘、液晶显示屏、内存外部扩充电路、复位电路 等组成。 单片机 AT89C51 是本系统的核心，它主要负责控制各个部分协调工作。在其 外围接上：复位电路、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振 X1、电容、电阻、 扬声器、4*4 行列式键盘、74LS373 锁存器、27512 外部程序存储器扩展、LM016L 液晶显示屏。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，用，P2.0P2.2 作为 LCD 的 RS,R/W,E 的控制信号。用 P0.0P0.7 作为 LCD 的 D0D7 的控制信号。用 P3.7 口控制蜂鸣器，电路为 12MHZ 晶振频率工作，起 振电路中 C1,C2 均为 30pf。将 P0 口作为 74LS373 锁存器的输入以及 27C512 的数 据输入口，锁存器输出至 27C512 的低八位地址口，将 P2 口作为 27C512 高八位地 址口，27C512 的控制信号 OE/VPP 接至单片机的 PSEN，实现片外 ROM 的读写控 制。 3. .1. .2 电路工作原理 本音乐发生器是用单片机来设计制作完成，其功能的实现主要通过软件编程来 完成， AT89C51 单片机片内带有 4KB 和外部程序存储器扩展的 256K 的内存，并 且允许在系统内改写或用编程器编程。该音乐发生器的效率较高，其误差主要由晶 振自身的误差所造成。存储歌曲是采用的外部扩展，4*4 行列式键盘来实现的，按 键将单片机 I/0 口的电平拉低，单片机检测到 I/O 口电平为 0 时，判断并存储键值。 并自动跳转至相应曲号的标号处执行代码。显示采用的是液晶显示屏 LM016L，显 示稳定清晰，并且能显示多个信息，当片内 4K 的程序存储器存满后，自动跳转到 片外 256K 程序存储器继续存储 北华航天工业学院毕业论文 8 3.2 AT89C51 的简介 3. .2. .1AT89C51 功能概述 自从 1971 年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的进一步发展， 导致微型计算机正向两个主要方向发展：一是高速度、高性能、大容量的高档微型 机及其系列化向大、中型计算机的挑战；另一个是稳定可靠、小而廉、能适应各种 控制领域需要的单片机。 MCS51 系列是 Intel 公司在 1980 年推出的高档 8 位单片机， 具有性能价格比 高、品种多、兼容性强、开发用的仿真机较完善等优点，所以在国际上和国内的占 有率相当高。它拥有 8 位微处理器和控制器，内含一个一位布尔运算处理器，可直 接对数据的位进行操作和运算，特别适用于逻辑控制。内部含有 4KB 的程序 ROM 并且在外部扩展了 256K 的存储空间，2 个 16 位的计数/定时器。本次采用的是 AT89C51 单片机，其电路如 3-1 所示，它的中断功能比较强，有 5 个中断源，即外 部中断 2 个，定时器中断 2 个，串行中断 1 个，有 2 个中断优先级。中断控制电路 主要包括用于中断控制的四个寄存器：定时器控制寄存器 TCON，串行口控制寄存 器 SCON，中断允许控制寄存器 IE，中断优先级控制寄存器 IP 等。内部时钟振荡 器，全双工方式的串行接口（UART） ，两极中断优先权的 6 个中断源/5 个中断矢量 的中断逻辑。哈佛结构的存储器组织，支持高达 64K 为单周期指令，支持六种寻址 方式。最高时钟振荡频率可达 12MHZ，大部分指令执行时间为 1s，乘、除指令为 4s。 北华航天工业学院毕业论文 9 3. .2. .2AT89C51 的管脚图 MCS-51 系列单片机采用 40 引脚双列直插式封装 （DIP） ， 其引脚排列和逻辑符 号如图 2-3 所示，4 个并行口共有 32 根引脚，可分别作地址线、数据线和 I/O 线； 2 根电源线；2 根时钟振荡电路引脚和 4 根控制线。 3. .2. .3AT89C51 单片机的引脚介绍 AT89C51 单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有许多引脚具 有第二功能，各引脚功能说明如下： （1）输入/输出口线 A 0 . 0 p 7 . 0 p 0 p 口 8 位双向口线 B 0 . 1 p 7 . 1 p 1 p 口 8 位双向口线 C 0 . 2 p 7 . 2 p 2 p 口 8 位双向口线 D 0 . 3 p 7 . 3 p 3 p 口 8 位双向口线 （2）ALE 地址锁存控制信号 在系统扩展时，ALE 用于控制把 0 p 口输出的底 8 位地址送入锁存器锁存起来， 以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于 ALE 是以六分之一晶振频率的固定 频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 （3）PSEN外部程序存储器读选通信号 在读外部 ROM 时PSEN有效（低电平） ，以实现外部 ROM 单元的读操作。 （4）EA访问程序存储器控制信号 当EA信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；而当EA信 EA/V XT AL1 XT AL2 R ST/V R D W R INT0 INT1 T0 T1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 PSEN ALE/PR OG TXD R XD PP PD 8031 8051 8751 EA/V XT AL1 XT AL2 R ST/V P3.7/R D P3.6/W R P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 PSEN ALE/PR OGP3.1/TXD P3.0/R XD Vss Vcc1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 P D P P 8031 8051 8751 a)b) 图 3-1AT89C51 芯片引脚图 北华航天工业学院毕业论文 10 号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序 存储器。 （5）RST 复位信号 当输入的复位信号延续 2 个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机 的复位操作。 （6）XTAL1 和 XTAL2 外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时，这两个引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用 外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 （7）电源、地线 GND VCC、GND。VCC 一般接+5V 电源，GND 接地。 3.3 晶振电路 MCS-51 片内有一个高增益的反相放大器， 其输入端为引脚 XTAL1 和输出端为 引脚为 XTAL2，用于外接石英晶体振荡器和微调电容，构成稳定的的自激振荡器， 其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，如图 3-2 所示。电容 C1 和 C2 对频率有微 调作用，电容一般取 20pF 左右。晶体振荡频率范围是 12Mz12MHz，一般情 况下，选用振荡频率为 12MHz 的石英晶体。振荡脉冲信号经过内部时钟发生器进 行二分频之后，才成为单片机的时钟信号。 图 3-2 晶振电路 3.4 扬声器电路 本设计是采用蜂鸣器用来发出声音，由于在实际应用中，单片机输出的标准高 电平为 5 伏，输出功率很有限，所以本设计中，理论联系实际，用一个 PNP 型三极 管驱动蜂鸣器， 由于三极管具有放大作用， 在实际应用中，输出功率将会提高很多。 北华航天工业学院毕业论文 11 3.5 显示电路 本设计显示是采用液晶显示器 LM016L 进行显示， LM016L 的功能、显示原 理以及使用方法将会在后文中介绍，P0 口是一个地址/数据复用的双向 I/O 口，当 使用 P0 口访问外部存储器和数据存储器时，P0 口内部已有上拉电阻，当 P0 口作 程序检验，输出指令字节时，必须外接上拉电阻。LM016L 的控制信号 RS、RW、 E 分别接到单片机的 P2.0、P2.1、P2.2。本设计中主要用 LM016L 显示开机画面、 作者信息、播放剩余时间、歌曲号/键号。电路如图 3-4 所示。 图 3-4 显示电路 图 3-3 扬声器电路 图 3-4 显示电路 北华航天工业学院毕业论文 12 3.6 更换歌曲电路 采用 4*4 行列式键盘来实现选择歌曲播放，以及对歌曲号做基本的操作，即上 一曲、 下一曲以及暂停/播放。 在本设计中 1-A 号按键用于选择歌曲的曲号播放， C、 D、E 分别为下一曲、上一曲、播放/暂停按钮，此外 F 键用于开机画面显示，0 号 按键在本设计中未使用， 留作扩展功能使用。 用 P1.0P1.7 控制按键， 其中 P1.0P1.3 扫描行，P1.4P1.7 扫描列。电路如图 3-5 所示。 3.7 复位电路 AT89C51 的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 RST 通过一个施密 特触发器用来抑制噪声，施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能 得到内部复位操作所需要的信号。 本设计是采用上电自动复位，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来 实现的。只要 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。时钟频率用 12MHZ 时 C 取 20PF。 图 3-5 选择及更换歌曲电路 北华航天工业学院毕业论文 13 3.8 程序存储器外部扩展电路 本设计是采用了一个 74LS373 锁存器和一个 27512 程序存储器外部扩展组成， 其主要的功能就是为了在外部扩展单片机内存，使它有足够的空间存放系统中的程 序，而达到使它实现所要得到的功能和应用的领域，其图如图 3-7 所示 图 3-6 复位电路 图 3-7 存储器扩展电路 北华航天工业学院毕业论文 14 第 4 章液晶显示原理及 LM016L 简介 4.1液晶显示原理及分类 4. .1. .1 液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有 电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成 电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、 数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。 4. .1. .2 液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵 式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式 来分，可以分为静态驱动（Static） 、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱 动（Active Matrix）三种。 4. .1. .3 液晶显示器各种图形的显示原理: (1) 线段的显示 点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏 上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应， 每一字节的内容和显示屏上 相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH， （001H）=00H， （002H）=00H，（00EH）=00H， （00FH）=00H 时，则在屏 幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原 理。 (2) 字符的显示 用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既 北华航天工业学院毕业论文 15 要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不 同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。 但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作 在文本方式， 根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的 地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 (3) 汉字的显示 汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码 （一般用字模提取软件） ，每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、3、 5右边为 2、4、6根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显 示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1， 送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到 32B 显示完就可以 LCD 上 得到一个完整汉字。 4.2LCD1602 简介 LM016l 与 LCD1602 原理是一样的，只不过 PROTEUS 中 016 没显示调 1602LCD 主要技术参数： 显示容量:162 个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm (1) 引脚功能说明: 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说 明如表 4-1 所示: 表 4-1：引脚接口说明表 引脚名称引脚说明引脚名称引脚说明 VSS电源地D2数据 VDD电源正极D3数据 VL液晶显示偏压D4数据 RS数据/命令选择D5数据 R/W读/写选择D6数据 E使能信号D7数据 D0数据LED+背光源正极 北华航天工业学院毕业论文 16 D1数据LED-背光源负极 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度 最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调 整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号， 当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 (2) 1602LCD 的指令说明及时序 1602 液晶模块的读写操作、 屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说 明：1 为高电平、0 为低电平） 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏 幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平 表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光 标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电 平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符， 高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8：DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接 收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据。 北华航天工业学院毕业论文 17 指令 11：读数据。 第 5 章 稳压电源 5.1 稳压电源的功能 1. 稳定电压：当电网电压出现瞬间波动时，稳压电源会以 10-30ms 的响应速度对电 压幅值进行补偿，使其稳定在2%以内。 2. 多功能综合保护： 稳压器除了最基本的稳定电压功能以外， 还应具有过压保护 （超 过输出电压的+10%） 、欠压保护（低于输出电压的-10%） 、缺相保护、短路过载 保护最基本的保护功能。 3. 尖脉冲抑制（可选） ：电网有时会出现幅值很高，脉宽很窄的尖脉冲，它会击穿 耐压较低的电子元件。稳压电源的抗浪涌组件能够对这样的尖脉冲起到很好的 抑制作用。 4. 隔离传导性 EMI 电磁干扰（可选） ：数控设备多采用 AC/DC 整流+PFC 高频功率 因数校正，自身有一定的干扰性同时对干扰源也有严格要求。稳压电源的滤波 组件能够有效隔离电网对设备的干扰同时也能有效隔离设备对电网的干扰。 5. 防雷（可选） ：应具有的防雷击能力。 5.2 直流稳压电源 又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压 或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电 压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。 纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压 或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关 式两类。 前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值， 然后经整流、 滤波， 获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。这种电源线路简单、 纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多，效率低(常低于 40%60%)。后者以改 变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。这类电源功耗 小，效率可达 85%左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。所以，80 年代以来发展迅 北华航天工业学院毕业论文 18 速。从工作方式上可分为： 可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。 斩波型。 输入是不稳定的直流电压， 以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流， 再经滤波后得到稳定直流电压。 变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电，再经变压、整流、滤 波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频率，达到稳定输出 直流电压的目的。 5.3 v 交流电转v 直流电的电源设计 平时对于 5v 的直流电源需求的情况比较多，在单片机，以及一些电路中应用 的较多，因此，为了更方便快捷的由 220v 的交流电得到这样的电源，故设计了一 个电路。 5. .3. .1 电路工作原理 从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路 发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。 变压器后面由 4 个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动 很大的直流电源，所以在这里接一个 330uF/25V 的电解电容。 变压器输出端的 9V 电压经桥式整流并电容滤波， 在电容 C1 两端大约会有 11V 多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波 动都会使 C1 两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压， 在这里接一个三端稳压器的元件。 三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电 路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内 的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就 能保持稳压器的输出电压保持基本不变。 因为我们要输出 5V 的电压，所以选用 7805，7805 前面的字母可能会因生产厂 家不同而不同。LM7805 最大可以输出 1A 的电流，内部有限流式短路保护，短时 间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2 脚）短路并不会使 7805 烧坏，当然如果 时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。 三端稳压器后面接一个 105 的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。 220V 交流电全桥整流稳压7805 稳压5V 直流电输出 北华航天工业学院毕业论文 19 最后在 C2 两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,比如 MP3 等。 虽然 7805 最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过 500mA,否则会发热很 大，容易烧坏。一般负载电有 200mA 以上时需要散热片。 5. .3. .2 电路原理图 图 5-1 稳压电源电路原理图 北华航天工业学院毕业