基于单片机的音乐播放器的设计

1、引 言对于我们电子信息工程专业而言，单片机原理与应用是一门实用性很强的课程!在该课程的学习过程中!让我们最感兴趣的就是自己动手设计单片机控制系统。但是，要将单片机的硬件知识与软件知识融会贯通，设计出实用的系统却是让我们颇感困难的环节。许多同学对此感到无从下手。其实，对于单片机应用系统的设计还是有章可循的。单片机多用于实时工业控制、通信设备和智能仪表中。但在某些方面,如有些教学实验中,加进一些音乐,一定会趣味横生。本文介绍了笔者利用AT89C52型单片机和LM386型音频功率放大器构成了自动音乐播放器。设计音乐的思想是,选一个输出位,如P1。0端让其按音乐的变化节奏产生音频脉冲。要产生音频脉冲,

2、就要算出某一音频的周期(1/频率),将此周期除以2,即半周期的时间,然后利用单片机计时器计此半周期的时间。每当计时到后就将输出脉冲的P1。0位反相,然后重复计此半周期时间再对P1。0反相,如此就可以在口端得到此频率的脉冲。计数器工作在模式MODE1下,改变计数值TH0及TL0以产生不同的音频声响。据网络调查公司Jupiter Media Metrix的统计数据显示：使用音乐播放器(不论是离线播放器还是网络播放器)的家庭用户从2000年1月的3320万猛增到2001年1月的4170万。在工作中使用音乐播放器的专业用户数量也较去年同期上升了34.9%，从2000年1月的1160万增加到2001年1

3、月的1570万。以单片机为基础的本设计成本低，效果好，值得推广。而如车载音乐播放器、能够播放流式音乐的播放器更是我们要深入的领域。引 言- 1 -第1章 绪 论- 3 -1.1 单片机的发展状况- 3 -1.2 设计的内容- 5 -第2章 方案比较- 6 -2.1 设计要求- 6 -2.2 方案的提出- 7 -2.3 方案比较- 10 -2.4 设计的思路- 11 -第3章 硬件电路设计- 13 -3.1 单片机的选择- 13 -3.1.1 引脚排列及功能- 14 -3.1.2 编程与效验方式- 15 -3.2 晶振电路部分- 16 -3.3 LED 显示电路- 18 -3.3.1 LED显示

4、的原理6- 18 -3.3.2 LED显示模块- 20 -3.3.3 LED显示电路的设计8- 21 -3.4 电源部分- 23 -3.4.1 概述- 24 -3.4.2 引脚图- 25 -3.4.3 工作原理- 25 -3.4.4 电源电路的设计- 26 -3.5 音频功率放大电路- 28 -3.5.1 功率放大原理15- 28 -3.5.2 LM386芯片16- 31 -3.5.3 功率放大电路的设计- 32 -第4章 软件部分的设计- 35 -4.1 主程序模块设- 35 -4.2 显示程序模块设计- 37 -4.3 INT0中断模块设计- 39 -4.4 T1中断模块设计25- 40

5、-结论与展望- 42 -致 谢- 43 -参考文献- 44 -附录A：电气原理图- 47 -附录B：参考文献的题录及摘要- 48 -附录C：主要源程序- 53 -附录E 英文文献翻译- 65 -第1章 绪 论本设计系统是基于单片机的音乐播放器的设计，具有一定的实际意义。因此在设计过程中，设计的系统应该考虑到播放器便捷性和稳定性，使设计的系统能够使人们的生活更加丰富多彩。系统的设计是先是通过第2章，方案的论证，确定系统的元器件。第3章，硬件电路的设计，硬件的设计是通过元器件的功能和使用方法进行的。第4章，软件程序的设计，系统的软件设计是根据单片机对其它元器件的控制进行设计的。以实现系统的采集功能

6、。1.1 单片机的发展状况21世纪，电子技术进入了突飞猛进的发展阶段。随着集成电子技术的迅速发展，特别是微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫无夸张的说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来一次新的技术命。目前，单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已进入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一，单片机的发展阶段可分为：第一阶段（19711974年）：1971年11月美

7、国Intel公司首先设计成集为2000只晶体管的4位微处理器Intel 4004，并且配有随机存储器ROM和移位寄存器等芯片，构成第一台MCS-4微型计算机。1972年4月Intel公司又研发成了功能较强的8位微处理器Intel 8008，这些微处理器虽说不是单片机，但从此拉开了研发单片机的序幕。 第二阶段（19741978年）：初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU、并行IO串口、8位定时器计数器，寻址范围不大于4K，且无串行口。 第三阶段（19781983年）：高性能单片机阶段。这一阶段单片机普遍带有串口、多级中断处理系统、16位定时器计数

8、器。片内ROM、RAM容量加大，寻址范围到了64K，有的还带有AD转换接口。比如Intel公司的MCS-51,Motorola公司的6801等。这类单片机的应用领域已经及其广泛，这类系列的各类产品是目前国内外产品的主流。其中MCS-51系列产品，由于其优良的性能价格比，特别适合我国的国情，MCS-51系列单片机有可能稳定相当一段时期。现在国内的MCS-51热正在继续升温，随着我国经济建设步伐的加大，MCS-51系列单片机必将在各个领域大显身手。 第四阶段（1983）：8位单片机巩固发展到16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改

9、善其结构，以满足不同的用户需要。 MCS-51系列属高档单片机，近年来，Intel公司在提高该系列产品性能方面做了不少工作，相继推出了不少新产品： （1）805287528032：将原来805187518031单片机进行了扩展，片内数据存储器增至256字节，程序存储器增至8K，定时器计数器增至3个16位计数器，有6个中断源。 （2）低功耗看的CHMOS工艺芯片80C5187C5180C31：这种芯片允许电源波动范围大，为5V20%，并有三种功耗控制方式。 （3）具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC.该芯片在片内固化有MCS-BASIC52解释程序，软件开发比较方便。此外还能实现BCD

10、码的浮点运算以及16进制数和十进制数的转换。 （4）高性能的C52系列：在8052的基础上，采用CHMOS工艺，并将MCS-96系列中的一些高速输出、脉宽调制、上下定时器计数器移植进来，构成新一代MCS-51产品80C25287C25283C252，他们是MCS-51系列中的新产品。1.2 设计的内容设计的课题是“基于单片机的音乐播放器设计”，它是以单片机AT89C52作为硬件核心控制部件，结合负脉冲电路和LM386功率放大器，数码管构成典型的显示电路，以及其他外围设备组成的音乐播放系统。根据音乐演奏控制器所要实现的显示与选曲及音乐产生功能原理，系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。其中

11、，S1开关用来选曲，通过显示器显示歌曲序号。S2按钮用作播放。所设计的单片机乐曲播放控制器不仅能够播放悦耳的歌曲，同时设置按钮使所设计的程序能在五首歌曲之间进行选曲，并通过显示器使其显示歌曲序号。本文设计的音乐演奏控制器是通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音节的声音，再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍。同时设置按钮使所设计的程序能在五首歌曲之间进行选曲、设计显示器使其显示歌曲序号。第2章 方案比较设计的课题是“基于单片机的音乐播放器设计”，播放器要求方便快捷地进行音乐的播放。2.1 设计要求具体的设计应该满足以下功能：硬件方面：（1） 可以通过按键

12、进行曲目的选择；（2） 可以通过按键进行曲目的播放和停止；（3） CPU可以控制声音的音节和长短；（4） 音频数据信息记录需要大量非易失性数据存储器实时快速地记录数据。因此需要具有掉电保护功能的大容量存储器；（5） 可以通过显示器知道曲目的序号；软件方面：（1） 系统中外扩的各器件的初始化工作均在主程序中完成，其次，要设计如何调用显示子程序以及乐曲播放程序。（2） 在实际的控制过程，常要求有实时时钟，以实现定时或延时控制，所以需要此类中断服务程序。（3） 由于按键为机械开关结构，机械触点的弹性及电压突跳等原因，往往在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下

13、不能进行状态的输入。为此需要进行去抖动处理的中断服务程序。（当然这种问题也可以通过硬件方案解决。）2.2 方案的提出方案一：基于C8051F350 单片机和AT45DB642D 存储器的音频播放器 音频播放器系统结构如图2-1所示, 它主要由C8051F350 单片机、PC 机、AT45DB642D 存储器、RS232 串行通信接口、显示电路、键盘电路以及信号放大电路等组成。系统中单片机是控制核心, 通过UART串口与PC 机通讯, SPI 串口对存储器进行读、写操作。写操作就是数据下载过程, 即写入存储器的音频文件经PC 机里的Lab Windows/CVI 软件处理, 通过RS232 串行

14、通信接口传输到单片机, 由单片机通过SPI 串口写入存储器。1读操作就是音频信号播放过程, 即由键盘选择播放曲目, 单片机通过SPI 串口读取存储器中的音频代码, 以单片机的电流模式DAC 输出, 再经信号放大电路后音频输出。键盘用来调节信号频率、控制音量和选择曲目, 单片机通过扫描方式读取键盘接口命令, 并根据查表程序选择相应的控制命令, 执行相应的操作。液晶显示模块显示曲目序号和相应的播放时间。该系统突出特点是合理应用了Flash 存储器AT45DB642D,可以根据需要由PC 机将音频文件转换为适合音频播放器播放的文本文件, 并下载到存储器。存储在AT45DB642D 中的音频信息由单片

15、机读取后播放,用户可以根据爱好调节播放频率和音量。图2-1 C51F350单片机播放器系统结构图 系统控制核心器件选用美国Cygnal 公司的C8051F350 单片机, C8051F350的CIP-8051 结构, 流水作业执行指令, 大大提高指令的运行速度AT45DB642D 存储器( Flash RAM) 具有宽电源电压、大容量、接口简单、读写速度快等特点。设计应用中, 由于AT45DB642D 同时有EPROM的掉电数据不丢失和E2PROM 的电可擦写功能, 又能像SRAM进行随机快高密度、高可靠性的存储器。液晶显示屏采用定制的段位式液晶, 采用HT1620 驱动器驱动, 单片机和液晶

16、屏的接口只需3条数据线。方案二：基于SPCE061A 16位单片机的音乐播放器音乐播放器的硬件结构如图2-2所示,选用SPCE061A单片机作为嵌入式系统的微处图2-2SPCE061A 16位单片机音乐播放器硬件结构框理器,SPCE061A是一款资源丰富、功能强大、集成度高的16位结构微控制器,数字信号处理功能是其特色.它功耗小,系统处于备用状态(睡眠状态)时的耗电仅为2A/3.6 V;内置2K字SRAM和32K的FLASH;2个16位可编程定时器/计数器;2个10位DAC(数/模转换)输出通道;2个16位通用可编程输入/输出端口IOA和IOB;丰富的中断资源:定时器A/B中断、时基中断、2个

17、外部中断以及触键唤醒中断;7通道10位电压模/数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器;具备串行设备接口(SIO);低电压复位功能和低电压检测功能;WatchDog功能等。2该系统集成了存储器、高速数/模转换器和原驱鸟器芯片功率放大器、键盘4个功能模块,具有对语音信号压缩、存储、解码和播放的功能,以及数字滤波语音信号实时数/模转换和定时播放,并将语音信号输出到功率放大电路。2.3 方案比较从以上两种方案中可以看出不同的设计方法各有优缺点：方案一：基于C8051F350 单片机和AT45DB642D 存储器的音频播放器采用AT45DB642D 存储器解决了嵌入式系统中大容量数据存储的问题, 采

18、用功能强大的C8051F350 单片机作为控制核心, 减少了系统的外围器件, 简化了硬件设计, 提高了可靠性, 降低了成本。缺点在于信号放大及音频输出系统比较复杂，成本较高。播放器模式较多，不够简化。方案二：基于SPCE061A 16位单片机的音乐播放器使用常用的音频形式和压缩算法,波形编码:sub-band即SACM-A2000 ,其特点是高质量、高码率,适于高保真语音/音乐。声音播放模块决定对存储在语音芯片中的驱鸟声音的调用方式,并调用定时模块进行间隔播放和随机播放。.高速和高精度保证了转换后的信号的质量和平滑性。缺点是存储器容量不大，声音采集通道单一。对于C51单片机，它抗干扰性较强，且

19、集成度高、功能强、指令丰富等，可以应用的地方较数字电路更多些，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。而且单片机已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等，都含有C51单片机控制器。通过综合比较我们不采用上面的两种方案，我采用的是基于C51单片机的音乐播放器的设计，该系统控制性能良好，硬件电路简单、经济实惠，能得到更好的效果。该系统设计将在下文做详细介绍。2.4 设计的思路在硬件上是基于单片机AT89C52为核心器件进行控制及信号的产生，共有两个按键S1和S2，S1开

20、关用来选曲，通过显示器显示歌曲序号。S2按钮用作播放。本设计图2-3 C52音乐播放器组成框图的音乐演奏控制器是通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音节的声音。再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍。3同时设置按钮使所设计的程序能在几首歌曲之间进行选曲，设计显示器使其显示歌曲序号。对于电路抖动，论文决定用软件方案解决。而为了不丢失外部中断，笔者选择边沿触发。第3章 硬件电路设计3.1 单片机的选择在设计中文章选择单片机AT89C52作为播放器的核心控制部件，原因是因为AT89C52的功能全部兼容MCS-51，并且还有程序加密等功能，相比而言更加实用。AT

21、89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器和256字节的随机存取存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，其强大的功能更适合较为复杂的控制应用场合。其主要工作特性是：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线；具有3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的结构；串行口是具有一个

22、全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；AT89C52工作电源电压位5（10.2）V，且典型值为5V。AT89C52最高工作频率为24MHZ，编程频率为324HZ，编程启动电流为1mA。43.1.1 引脚排列及功能 AT89C52的引脚排列如图3-1所示：首先对于I/O口线做一介绍：P0口8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；在校验时，P0口可输出指令字节（须外加上拉电阻）。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻，

23、变为准双向口。当作为普通输入时，应将输出锁存器置1。P0口可驱动8个TTL负载。P1口8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P1口是为用户准备的I/O口双向口。在编程和校验时，可用做输入低8位地址。用做输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。P2口8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。当使用片外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程/校验时，P2口可接收高字节地址和某些控制信号。 图3-1 AT89C52引脚排列图P2口也可做普通I/O口使用。用做输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。P3口8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口可

24、做普通I/O口使用。用做输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。3.1.2 编程与效验方式AT89C52的编程、校验、程序锁定位的编程和片擦除等操作与AT89C51相同只是地址空间为0000H1FFFH。表3-1 AT89C52编程电标志 顶端标志型号编程电压VPP=5V编程电压VPP=12VAT89C52AT89C52AT89C52XXXX-5XXXXYYWWYYWWAT89C52的编程电压VPP为12V或5V，在产品封装的顶部印有编程电压标志，如表3-1所列： 3.2 晶振电路部分单片机要想工作必须要在XTAL1和XTAL2端口加晶振电

25、路，单片机工作速度也是由晶振电路决定的。5典型的晶振电路如图3-2所示：图3-2 晶振电路在晶振电路中，电路中电容C3和C4对振荡频率有微调作用，通常的取值范围3010pF；石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响记数器的记数初值和运算速度。单片机最小系统包括晶振电路、复位电路、电源、接地。晶振电路已经在上一节介绍了，下面简单介绍下复位电路、电源、接地。1.复位电路论文采用微分型复位电路，电路图如图3-3所示， 图3-3 微分型复位电路工作原理：高电平为例，电源上电时，VCC可以认为一阶跃信号复位端电压是由于下拉电阻R1在CPU复位端引起的电压值，一般为0.3V

26、以下。但在实际应用中，VCC不可能为理想的阶跃信号。其主要原因有两点：（1）稳压电源的输出开关特性；（2）我们通常在设计电路时，为保证电源电压稳定性，往往在电源的输入端并联一个大电容，从而导致了VCC不可能为阶跃信号特征。从而影响了的复位电压的复位特性。2.电源、接地 单片机AT89C52所选用的是+5V的电源，可直接由稳压电源提供，接地直接接GND。3.单片机最小系统 由以上晶振电路、复位电路、电源、接地即可组成单片机最小系统如图3-4所示，图3-4 单片机最小系统3.3 LED 显示电路在播放器的设计中要显示曲目的序号，在这里就要用到显示电路。我们采用LED显示电路。LED显示电路有七段和

27、八段之分，也有共阳和共阴之分，下面笔者做具体的介绍。3.3.1 LED显示的原理6 LED数码管机构简单，价格便宜。八段LED显示管由八个发光二极管组成，编号为a,b,c,d,e,f,g和SP，分别与同名管脚相连。七段LED数码管显示比八段少一只发光管SP，其他与八段LED相同。八段LED数码显示管原理很简单，是通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮从而显示不同的字形的。例如，若在共阴LED管的SP,g,f,e,d,c,b,a管脚上分别加上7FH控制电平（即SP上为0伏，不亮；其余为TTL高电平，全亮），则LED显示管显示字符为“8”。7FH是按SP，g,f,e,d,c,b,a顺

28、序排列后的十六进制编码（0为TTL低电平，1为TTL高电平），长称为字形码。因此，LED显示的字形不同，相应的字形码也不同。由于B和8，D和0字形相同，故B和D均以小写字母B和d显示。对于八段LED管来书所有发光二极管阴极共连后接到引脚G上，G脚为控制端，用于控制LED是否点亮。若G脚接地，则LED被点亮；若G脚接TTL高电平，则它被熄灭。对于共阳八段LED数码显示管来说，若所有发光二极管阳极共连后接到G脚。正常显示时，G脚接+5V，个发光二极管是否点亮取决于aSP各引脚上是否是低电平0伏。因此，共阴共阳所需的字形码恰好相反。51系列单片机对LED管的显示分为静态和动态两种。静态显示的特点是各

29、LED管能够稳定地同时显示各字形；动态显示是指各LED管能够轮流一遍一遍地显示各自字符，人由于视觉器官惰性，从而看到的是LED似乎在同时显示不同字形。且动态显示是采用软件的办法把欲显示的十六进制数或BCD码转换成相应的形码地址和偏移量，故它通常需要在RAM区建立一个显示缓冲区。显示缓冲区内包含的存储单元个数常和系统中LED显示器个数相等。显示缓冲区的起始地址很重要，它决定了显示缓冲区在RAM中的位置。显示缓冲区中的每个存储单元用于存放相应的LED显示管欲显示字符的字形码的地址偏移量，故CPU可以根据这个地址偏移量通过查字形码表找出所显示字符的字形码，以便送到字形口显示。图a)为八段共阴LED显

30、示管原理图，图b)为八段共阳LED显示管原理图，八段LED数码管的原理图如图3-5所示：图a) 八段共阴LED显示管原理图 图b) 八段共阳LED显示管原理图 图3-5 八段LED显示管原理图73.3.2 LED显示模块在单片机系统中，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。这是本次系统设计选用它的原因。八段LED显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳

31、极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。八段LED显示器如图3-6所示：共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极hgfedcba各段为时，显示器显示P字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为（8CH）。图3-6 八段LED显示器3.3.3 LED显示电路的设计8作者选择的是共阳结构的LE

32、D显示器，这样只要在公共端接高电平就可以了，若用共阴结构的LED显示器还要加驱动芯片，这样不仅增加了成本，又降低了稳定性。LED显示有静态扫描和动态扫描两种，在方案比较中已经介绍过，由于论文要显示八位LED，所以选择的是动态扫描方式。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指采用分

33、时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。播放器显示电路模块设计的电路图如图3-7所示：设计选用的是八段共阳数码管，在电路中，P0口传送的是显示段码，P2口传送的是显示位码。设计的关键点：动态电流的计算，动态扫描周期的确定，所谓动态驱动实际就是分时点亮不同位置的数码管，由于人眼的惰性，当亮度熄灭的时间小于1/25秒时，给人们感觉是亮度没变。每位数码管点亮时间

34、T=25ms/数码管位数；T=25/8=3.25ms，在这取2ms。数码管每段平均电流I=段静态显示的驱动电流*数码管的位数；I=5mA*8位=40mA；每位数码管的平均电流Ia=每段的电流*数码管的段数；Ia=20mA*8段=160mA；R=(5-1.5-0.1)/0.04=0.085K。所以在此处R1R3取2K，组排选择每个电阻为4.7K。图3-7 音乐播放器LED显示电路设计3.4 电源部分系统工作需要电源，本设计所需电源电压为+5V，而所提供的为+24V电压，所以本文也要对电源电路进行设计，以满足系统的工作要求，LM2575产生的为+5V电压，以下作详细介绍。人们常用7805稳压块产生

35、5V电压。但7805的一个明显缺点，是当输入电压大于12伏时，发热会很厉害，最大的输入电压也只能到15伏左右。原因在于7805属于线性稳压。即如果输入 12V，就有7V电压是完全的发热浪费掉。解决这个问题的有效方法是改用开关式的电源IC。9LM2575的系统主要特性如下：1. 有3.3、5、12、15伏，及可以调整输出电压的版本可供选择。比如本文介绍的 LM2575 , 就是固定+5V的输出。2可调整输出的电压版本输出电压为1.37V到37V (HV版本可达到57V)。3最大输出电流为1A。4最大输出电压为40V （HV版本可达60V）。5只需要4只外围原件。6内部振荡频率为52K。7TTL关

36、闭功能，待机状态极低功耗。8使用高可靠的标准电感 (330uH)。9温度及电流限制保护。10版本提供增加的测试功能。3.4.1 概述LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片；内部有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚。是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。10 该系列分为LM1575、LM2575及LM2575HV三个系列，其中LM1575为军品级产品，LM2575为标准电压产品，LM2575HV为高电压

37、输入产品。每一种产品系列均提供3.3V、5V、12V、15V及可调（ADJ）等多个电压档次产品。除军品级产品外，其余两个系列均提供TO-200直脚、TO-220弯脚、塑封DIP-16脚、表面安装DIP-24脚、表面安装T）-263-5脚等多种封装形式，并分别用后缀T、Flow LB3、N、M、S表示。对于5V输出的LM2575产品，不同的封装形式，其完整表示分别为LM2575T-5.0、LM2575T-5.0 Flow LB03、LM2575N-5、M2575M-5.0、 M2575S-5.0。3.4.2 引脚图图3-8是LM2575集成稳压器的两种引脚图：其引脚功能如下：1. VIN 稳压电

38、压输入端。2. OUTPUT 开关电压输出端接电感或快速恢复二极管。3. GND 公共端。4. FEEDBACK 反馈输入端。图3-8 LM2575集成稳压器的两种引脚图115. ONOFF 控制输入端，接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压路停止。3.4.3 工作原理 LM2575的内部框图如图3-9所示，该框图对应于TO-220封装的引脚。其中R1=1k（ADJ时开路），R2分别为1.7k（3.3V）、3.1k（5V）、8.8k（12V）、11.3k（15V）和0（ADJ），可以看出LM2575内含52kHz振荡器、基准电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压等电路。将

39、稳压输出的电压接到反馈输入端的目的是同内部电压基准比较，若电压偏低，则用放大器来控制内部振荡器以提高输出占空比，从而提高输出电压。12图3-9 LM2575内部框图3.4.4 电源电路的设计LM2575的设计电路如图3-10所示：(备注：图中的1N5819是最高耐压40V的肖特基二极管)此电路图为LM2575应用的经典电路图，未经过处理的电压由Vin端口接入，基准电压从Fb口输出，给系统各个部分供电。内部结构图如图3-11所示：图3-10 电源电路的设计电路图13 图3-11 内部结构图从上面的结构图可以看出，不同输出版本的区别，只是电阻R1与R2的区别。以下对照表：3.5 音频功率放大电路由

40、于C52芯片输出的音频信号很微弱,不能直接去驱动扬声器,因此需要一个音频放大电路对输出的音频信号进行放大,然后再去驱动扬声器。我们采用由集成功率放大器LM386组成的音频功率放大器。14表3-2 音频功率放大器R1R23.3V1.0K1.7K5V1.0K3.1K12V1.0K8.84K15V1.0K11.3K输出电压可调Open03.5.1 功率放大原理15一、数字功放与D类功放的区别 常见D类功放（PWM功放）的工作原理：PWM功放只能接受模拟音频信号，用内部三角波发生器产生的三角波和它进行比较，其结果就是一个脉宽调制信号（PWM），然后将PWM信号放大并还原成模拟音频信号。因此，PWM功放

41、是用脉冲宽度对模拟音频幅度进行模拟的，其信息的传递过程是模拟的、非量化的、非代码性的。并且由于目前器件性能的限制，PWM功放不可能采用太高的采样频率，在性能指标上尚达不到Hi-Fi级的水平。而数字功放采用一些宽度固定的脉冲来数字地量化、编码模拟音频信号，使音频信号的还原更为真实。二、数字功放和模拟功放的区别数字功放由于工作方式与传统模拟功放完全不同，因此克服了模拟功放固有的一些缺点，并且具备了一些独有的特点。1过载能力与功率储备数字功放电路的过载能力远远高于模拟功放。模拟功放电路分为A类、B类或AB类功率放大电路，正常工作时功放管工作在线性区；当过载后，功放管工作在饱和区，出现谐波失真，失真程

42、度呈指数级增加，音质迅速变坏。而数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区，只要功放管不损坏，失真度不会迅速增加，如图3-12所示。由于数字功放采用开关放大电路，效率极高，可达75%90%（模拟功放效率仅为30%50%），在工作时基本不发热。因此它没有模拟功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之前后无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特性，瞬态响应好，“爆棚感”极强。图3-12全数字功放与普通功放过载失真度比较 2交越失真和失配失真模拟B类功放在过零失真，这是由于晶体管在小电流时的非线性特性而引起的在输出波形正负交叉处的失真（小信号时晶体管会工作在截止区，无电流通

43、过，导致输出严重失真）。而数字功放只工作在开关状态，不会产生交越失真。 模拟功放存在推挽对管特性不一致而造成输出波形上下不对称的失配失真，因此在设计推挽放大电路时，对功放管的要求非常严格。而数字功放对开关管的配对无特殊要求，基本上不需要严格的挑选即可使用。 3. 功放和扬声器的匹配由于模拟功放中的功放管内阻较大，所以在匹配不同阻值的扬声器时，模拟功放电路的工作状态会受到负载（扬声器）大小的影响。而数字功放内阻不超过0.2(开关管的内阻加滤波器内阻)，相对于负载（扬声器）的阻值（48）完全可以忽略不计，因此不存在与扬声器的匹配问题。 4. 瞬态互调失真模拟功放几乎全部采用负反馈电路，以保证其电声

44、指标，在负反馈电路中，为了抑制寄生振荡，采用相位补偿电路，从而会产生瞬态互调失真。数字功放在功率转换上没有采用任何模拟放大反馈电路，从而避免了瞬态互调失真。 5. 声像定位对模拟功放来说，输出信号和输入信号之间一般都存在着相位差，而且在输出功率不同时，相位失真亦不同。而数字功放采用数字信号放大，使输出信号与输入信号相位完全一致，相移为零，因此声像定位准确。 6. 升级换代数字功放通过简单地更换开关放大模块即可获得大功率。大功率开关放大模块成本较低，在专业领域发展前景广阔。 7. 生产调试模拟功放存在着各级工作点的调试问题，不利于大批量生产。而数字功放大部分为数字电路，一般不需调试即可正常工作，

45、特别适合于大规模生产。3.5.2 LM386芯片16LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386是专为低损耗电源所设计的功率放大器。它的内建增益为20，透过pin 1 和pin8脚位间电容的搭配，增益最高可达200。LM386可使用电池为供应电源，输入电压范围可由4V12V，无动作是仅消耗4mA电流，且失真低。LM386的引脚图及内部方块图如图3-13、图3-14所示，表3-2为其电子特性。图3-13 LM386引脚图图3-14 LM386方块图3.5.3 功率放大电路的设计由于CPLD芯

46、片输出的电压很微弱,不能直接去驱动扬声器,因此我设计了一个基于LM386芯片的功放电路对输出的音频信号进行放大,然后再去驱动扬声器。我们采用由集成功率放大器LM386组成的音频功率放大器,如图3-15所示。其中,C2的规格为220UF，是交流耦合电容,将功率放大器的交流输出送到负载上,输出信号通过Rw接到LM386的同相端。C1是退耦电容,规格为100nf。R1-C3网络起到消除高频自激振荡作用。17表3-3 LM386电子特性表图3-15 音频功率放大器18第4章 软件部分的设计软件部分的设计包括主程序模块设计、显示程序模块设计、T1中断模块设计和INT0中断模块设计。4.1 主程序模块设主

47、程序中所要安排的任务较多。首先，系统中外扩的各器件的初始化工作均在主程序中完成。其次，要设计如何调用显示子程序以及乐曲播放程序。19计算出C调各音符频率与计数值T的对应值，利用8051CPU的P3.3脚接收到的信号，判断是否有键按下。若有，通过查表将歌曲首址放入内存缓冲区，然后再判断查表所取到的定时值是否为零以确定是否播放乐曲；若键未释放，则等待。图如4-1所示。图4-1 主程序流程图204.2 显示程序模块设计如图4-2所示为显示子程序的流程图：图4-2 显示子程序的流程图214.3 INT0中断模块设计中断服务程序由于按键为机械开关结构，机械触点的弹性及电压突跳等原因，往往在触点闭合或断开

48、的瞬间会出现电压抖动。22为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下不能进行状态的输入，为此需要进行去抖动处理。23去抖动有硬件和软件两种方法。硬件方法就是加去抖动电路，从根本上避免抖动的产生。软件方法则采用时间延迟以避开抖动，待信号稳定之后，再进行键扫描。在本设计中，为简单起见，采用的是软件延迟去抖动的方法。这一方法体现在INT0中断服务程序中。该部分还要利用中断完成播放曲目的选曲工作。INT0中断服务程序流程图如图4-3所示。图4-3 INT0中断模块流程 244.4 T1中断模块设计25在实际的控制过程，常要求有实时时钟，以实现定时或延时控制。8051机内部带有两个定时!计数器T0和T1

49、，两者均可作为定时器或计数器使用。这里，采用8051CPU片内定时计数器T1作为中断产生源。T1中断服务程序是利用8051CPU的P1.7实现方波的输出!驱动扬声器播放乐曲，T1中断服务程序流程图如图4-4所示图4-4 T1中断模块程序流程图结论与展望三个月的毕业设计即将结束了，我深刻感受到专业知识的缺乏，同时，在整个设计过程中我也感受到自身知识的进步，特别是在单片机控制系统方面。本文课题是基于单片机的音乐播放器的设计, 我选用的器材是AT89C52单片机和LM386功率放大芯片。因为用单片机来控制音乐播放器有以下几点优点：（1）控制电路简单易懂（2）附加其它功能简单、方便（3）成本低廉,功能

50、强大。但是在设计过程中，却遇到很多困难。比如说参考到的许多芯片的资料都是英文的,自己专业知识的匮乏,缺少动手能力等等。设计的困难重重，常常遇到自己不止到怎么下手的地方，让我意识到了自己的不足之处，也明白了必须深入实践才能获取真知的道理。但是通过这次的毕业设计，我感觉收获很大。刚刚拿到课题时自己的无措,到后来通过交流系统理解框架。首先指定了计划, 设计所要求控制达到的具体的技术指标，再通过谈论和实践来检验计划的可实施性, 进而对整个设计系统经过深入的方案论证、计算以及联系具体的情况，确立自己的设计方案。以及后来的工作对我来说的确是笔宝贵的财富,它将会对我今后的人生有着重要的参考意义。做为单片机控

51、制音乐播放,具有低成本,高效率,多功能的优点,有着广阔的市场。同时由于我水平有限，而且时间比较紧迫，所以在设计音乐播放器时难免会有很多漏洞和不足之处，同时也有部分功能模块不够完善，希望各位指导老师给予宝贵的意见和指导。致 谢难忘的大学生涯即将结束，在这珍贵的四年当中我不仅用知识充实了自己，同时在学习和生活中也得到了各位老师和同学的无私帮助，在论文即将完成之际，首先对我的导师刘丙友老师表示衷心的感谢。在毕业设计中我取得的每一点进步无不倾注了刘老师的心血，刘老师不仅在专业知识上给予我悉心的指导，在学习态度上也给予了我宝贵的指导。导师渊博的知识、严谨的治学态度以及对学生、对教学认真负责的工作态度将对

52、我终生的学习和工作态度产生深刻影响，从而成为我人生宝贵的精神财富。同时，在论文的完成的时候,我也要对在学习和生活上帮助过我的老师和同学表示衷心的感谢。你们使我学习到了专业知识和许多生活上珍贵的经验,我定会不辜负你们的期望,努力为社会作出自己的贡献。参考文献1 张鑫.单片机原理及应用M 北京：电子工业出版社,20052 高鹏.Protel入门与提高M 北京：人民邮电出版社，20003 广弟.单片机基础M 北京：北京航空航天大学出版社，20014 何宏.单片机原理与接口技术M 北京：国防工业出版社，20065 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M 北京：北京航空航天大学出版社，20036 李玉梅.

53、基于MCS-51系列单片机原理的应用设计M 北京：国防工业出版社，20067 童诗白.模拟电子技术基础M 北京：高等教育出版社.20008 阎石.数字电子技术基础M 北京：高等教育出版社.19979 沈红卫编.基于单片机结构的智能系统设计与实现M 北京：电子工业出版社,200510 雷思孝.单片机系统设计及工程应用M 陕西：西安电子科技大学出版社.200511 王晓君，安国臣MCS-51及兼容单片机原理与选型M 北京：电子工业出版社，200312 潘永雄新编单片机原理与应用M 西安：西安电子科技大学出版社，200313 杨振江 流行单片机实用子程序及应用实例M西安：西安电子科技大学出版社，20

54、0214 郭凌EEPROM芯片X25045与MCS-51单片机的接口及应用J 电子与自动化，1999，4，38-4115 唐俊翟单片机原理与应用M 北京：冶金工业出版社，200316 朱定华单片微机原理与应用M 北京：清华大学出版社，200317 何立民IC总线应用系统设计M 北京：北京航空航天大学出版社，199518 余永权ATMEL89系列单片机应用技术M 北京：北京航空航天大学出版社，200119 高峰单片微机应用系统设计及实用技术M 北京：机械工业出版社，200420 宗光华多单片机系统应用技术M 北京：国防工业出版社，200321 张毅刚新编MCS-51单片机应用设计M 哈尔滨：哈尔

55、滨工业大学出版社，200322 刘光斌单片机系统实用抗干扰技术M 北京：人民邮电出版社，200323 E.Musson Electric motor protector development J International Journal of Production Research,1998.06,24 Kazuhiko Hashimoto, Tomohiro Tsuruta, Katsuya, Morinaka, Nobuyuki Yoshiike.High performance human information senor J. Sensors and Actuators. VOL79.No1.2000.25Texas Instruments Incorporated，ULN2803A DARLINGTON TRANSISTOR