声光音乐盒设计说明书讲解

1、湄洲湾职业技术学院声光音乐盒设计说明书系别：自动化工程系年级： 10级 专业：电气自动化技术姓 名： 潘 学 号： 1001020225导师姓名：宋进 职称： 讲师2012年5月28日1前言 12系统设计技术参数要求 23系统设计 33.1 系统设计总体框图 33.2 各模块原理说明 53.3 系统总原理图说明 73.4 系统印刷电路板的制作 83.5 系统的操作说明 83.6系统操作注意事项 8参考文献 9致谢词 10附录 11附录1系统总原理图 11附录2系统印刷电路板的制作图 12附录3元件清单 13附录4源程序 14湄洲湾职业技术学院2013届毕业设计产品说明1 .前言随着人类社会的发

2、展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不 能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以 AT89C51单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻,能演奏和弦音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。 因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。电子式音乐盒是现代电子科技

3、与音乐结合的产物，它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用STC89C51单片机为核心控制元件，设计一个电子式音乐盒。以单片机作为主控核心，与 键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块。本文主要对使用单片机设计简易电子式音乐盒进行了分析，并介绍了基于单片机电子式音乐盒系统统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，可以播放事先保存的三首优美的曲目。本文分别从原理图， 主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。通过设计本系统有助于增进了解单片机的基本功能，使制作者对单片机的原

4、理的理解和应用能力显著提高。42 .系统设计技术参数要求1 .利用按键切换演奏出不同的乐曲。扬声器发出乐曲，按键可以切换LED闪烁的样式。使用个按键，两个用来切换歌曲，一个切换八路LED的变化花样。一个用来启动，一个用来停止，另一个是复位。2 .用PROTEL 99 SE设计电路图，PCB图等。3 .歌曲可以自己随意的写进音乐盒中。4 .由于歌曲占用内存比较大，单片机内存小，将两块单片机一同使用，两者可以通讯。5 .数码管显示当前播放的是哪一首歌曲。3.系统设计3.1 系统设计总体框图1 .单片机的选择方案一。采用 AVR单片机，AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/

5、输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性；片内具备多种独立的时 钟分频器，分别供 URAT、I2C、SPI使用；但是AVR单片机的硬件设计方面本人熟悉。方案二。采用 STC89C51单片机，这款单片机是 51内核的传统八位单片机，该款单片机采用5V供电，与绝大部分数字和模拟芯片电平兼容；同时STC89C51单片机具有比较强的运算能力和较快的处理速度；其片内硬件资源相对丰富，有五个中断（包括外部中断0、外部中断1、定时器中断0、定时器中断1和串行中断）和三十二个 I/O 口，能满足此次设计的要求。方案三。采用 MSP430F149单片机，MSP430F149单片机是德

6、州仪器推出的一款16位超低功耗微处理器，单片机有四种低功耗模式，对于手持式设备有很大优势。除此之外，MSP430F149单片机还有很丰富的片内外设，如硬件乘法器、AD等等；同时，MSP430F149单片机的时钟配置也相当方便，可以通过程序配置各个模块的时钟源和时钟分频，以达到对片内硬件资源合理配置并且降低了系统整体的功耗，但是MSP430F149单片机价格昂贵，外部硬件设计难度大，同时1款单片机供电电压是+3.3V,与大部分的模拟和数字芯片不兼容。综上所述，本次设计采用方案二，因为这款单片机自身的硬件资源完全可以胜任此次设计的要求， 外部电路设计也相当简单，同时这款单片机的价格也很便宜，性价比

7、优于上述的另外两款单片机。2 .通信方式的选择方案一。采用 RS-232通信。RS-232通信是串行通信，规定最大的负载电容为2500pF,这个电容限制了传输距离和传输速率，由于 RS-232的发送器和接收器之间具有公共信号地( GND),属于非平 衡电压型传输电路，不使用差分信号传输，因此不具备抗共模干扰的能力，共模噪声会耦合到信号中， 在不使用调制解调器(MODEM )时，RS-232能够可靠进行数据传输的最大通信距离为15米通信速度慢。方案二。采用并行通信。八位并口通信各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快 速的场合。并行传递的信息不要求固定的格式，通常是 8位、16位或3

8、2位为传输单位，一次传送一个 字长的数据，适合于进行近距离、大量和快速的信息交换。并行数据传输只适用于近距离的通信，通常传输距离小于30米。并行传输的数据宽度可以是1128位，甚至更宽，但是有多少数据位就需要多少根数据线，因此传输的成本较高。方案三。采用 RS-485通信。逻辑“ 1”以两线间的电压差为 +(26)V表示；逻辑“ 0”以两线间的 电压差为-(26)V表示。接口信号电平比 RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与 TTL电路连接。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力

9、增强，即抗噪声干扰性好；但是RS-485通信需要专用芯片来完成。综上所述，本次设计采用方案二，一方面由于单片机自身的I/O 口完全足够用，并且可以留出并口通信的接口；另一方面，串行通信的程序设计方面相对复杂，会降低系统的稳定性，因此采用八位并口通信方式。3 .音乐播放模块的选择方案一。使用扬声器。单片机自身不能驱动扬声器，需要外接功率放大模块，硬件电路相对复杂。 但是扬声器的音质好，使音乐播放出来更有质感，听起来不至于刺耳，使音乐品质得到提升。方案二。使用蜂鸣器。蜂鸣器驱动电路简单， 只需一个三极管即可， 但是蜂鸣器的声音刺耳、干涩，听起来很不舒服。综上所述，本次设计采用方案一。湄洲湾职业技术

10、学院2013届毕业设计产品说明3.2 各模块原理说明1.STC89C51 单片机STC89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统及80C51弓I脚结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C51具有如下特点：40个引脚（引脚图如图1所示），4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）, 32个外部双向输入/输出（I/O） 口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2

11、个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。CPU暂停工作，而 RAM定时计数器,RAM的数据，停止芯片其它功能直至外此外，STC89C51可通过软件设置省电模式。空闲模式下, 串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 中断激活或硬件复位。口VCC-1-PO C ADO-JCTAL1P0.1 .AD1XTAL2P0.2.AD2一P0.4 AD+1P0.5 .AD5P0.6 AD6PO.7.AD7RSTEAVPPPLOT?PSENP1JT2EXiALE PROGPL工EC1P13CEX0-PL4CEX1 P3.0RxDP1.5CEX2 P3.1TxDPL6CEX3P

12、3.21NT0P1.7CEX4P3.3 INTIP3.4T0P；.O,AS P3 5T1P2.1/A9P36WRP2.2A10P3.7 RDP2.3 AUP2.4A12P2.5；A13P2.6 A14V3SP2.7/A15 图1 STC89C51单片机引脚图复位是单片机的初始化操作，只要给 RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，就可使AT89C51单片机复位。复位白主要功能是把PC初始化为0000H ,使AT89C51单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态， 为摆脱死锁状态，也需按复位键重新启动。2.3上电复位

13、电路.上电1ms,就可以实现自动时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。但是高速对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频

14、率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，本次设计选取12.000M无源晶振接入 XTAL1和XTAL2弓I脚，并联2个30pF陶瓷电容帮助起振。3.3 系统总原理图说明原理图参见附录一。1 .要产生音频脉冲，只要计算某一音频的周期，然后将此周期除以2,即为半周期的时间。利用定时器记时这个半周期时间，每当记时到后就输出脉冲的 I/O反相，然后重复记时此半周期的时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。2 .利用8051的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，例如频率为 523HZ,其周期T=1/523=1912us ,因此只要令计数

15、器记时956us/1us=956,在每次计数956次时将I/O反相，就可得到中音 DO(523HZ)。计数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi/2/Fr,其中N是计数值，Fi是8051内部频率，一般用的是1MHZ (因为8051内部记时一次时间为 1us), Fr 为要产生的频率。3 .计数初值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi/2/Fr例如：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=65536-50000/Fr低音 DO 的丁= 65536-50

16、000/262=65345中音 DO 的丁= 65536-50000/523=65440高音 DO 的丁= 65536-50000/1047=654883.4 系统印刷电路板的制作见附录23.5 系统的操作说明开机后，电子音乐盒默认不播放音乐，按一下播放键之后，开始播放第一首音乐。 按下下一首按键,播放下一首音乐；按下上一首按键，播放上一首音乐；按下停止按键，停止播放音乐；按下彩灯按键， 彩灯闪烁。从上到下的按键的作用：1播放键，2上一首按键，3下一首按键，4停止按键，5彩灯按键。彩灯切换键：提供了三种彩灯闪烁模式。3.6 系统操作注意事项1 .严禁在系统连接错的情况下通电。2 .通电前先检查

17、电路板有没有短路或开路。3 .通电前要把电路放在绝缘物体上，避免短路烧坏元件。4 .调试电路时应小心操作，避免万用表表笔或其他工具造成短路。5 .更换元件时，应注意焊接时断开电源再进行焊接，避免元器件击穿或造成短路现象。9参考文献1谭浩强C语言程序设计（第二版） 北京：清华大学出版社19912康华光 模拟电子技术基础（第四版）武汉：华中理工大学出版社 19993李广弟 朱月秀 王秀山 单片机基础 北京：北京航空航天大学出版社2001.74罗亚非凌阳16位单片机应用基础北京：北京航空航天大学出版社20035欧伟明周春临瞿遂春电子信息系统设计西安电子科技大学出版社2005.92006.66黄智伟全

18、国大学生电子设计竞赛系统设计北京：北京航空航天大学出版社7黄智伟 凌阳单片机课程设计指导 北京：北京航空航天大学出版社 2006.118贾立新王涌电子系统设计与实践 北京：清华大学出版社 20079李建忠单片机原理及应用西安电子科技大学出版社 2008.2湄洲湾职业技术学院2013届毕业设计产品说明致谢词三年时间，不觉中就要过去了。 在此，我衷心感谢这三年来辛勤培育我的老师。在以后 的工作岗位上，我会不断努力，用自己的辛勤工作和不懈奋斗来回报学院和老师们！感谢我的毕业设计指导老师一一宋进老师的谆谆教诲，这一段日子以来的教导， 您的不辞辛苦、悉心教诲。没有你的指导，就没我所得到的结果，我在此表示

19、深深的感谢！感谢系主任余明辉， 系书记蔡明雄，和翁娟钗辅导员。感谢所有教过我的老师们，你们课堂上的指导和课外的交流，让我学习到很多知识和做人的道理。你们的言传身教、你们的精彩授课、你们的严厉换了我们今后的成功。你们就像那花园里的园丁，不辞辛苦、任劳任怨的培养我们，教导我们，为我们今后的人生点亮一盏灯，指明一条路。衷心的感谢各位老 师，你们就像我们的父母亲一样。谢谢！感谢所有的同学，时间是飞快的，转眼间三年就这样过去了， 但我们的友谊是一辈子的， 脑海中还回映这课前前后的一幕幕， 那份纯真的感情，深厚的友谊。希望每个同学都能事业 有成、前途似锦。感谢所有的舍友，谢谢你们的鼓励和支持，没有你们，我

20、不会过的那么好，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，大学报名的第一天的情景还深印脑海，仿佛就在昨天，时间就这么快流逝了。不过我很高兴能和你们成为舍友， 很荣幸作为你们的舍长。感谢学校、感谢系部为我们提供环境优雅、气氛和谐的学习场所和锻炼的舞台，还记得学生干部的那段生涯，这也是我一辈子的财富。因为他见证了我的成长，也使我成长，我学到了很多，不管是做人做事还是交际，都让我往前大步的跨越。学校、 系部课余丰富多彩的 活动，也让我充实了自己，锻炼了自己。感谢学校、感谢系部。感谢所有人和事，是你们，让我成长。在设计即将完成之际， 我的心情无法平静， 从开始进入课题到

21、设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢含辛茹苦培养我长大的父母，谢谢你们！23附录附录1系统总原理图*丽Rrl'la呷 FFTIT可川£T<Ji 仃3gMUR 如说 外班Hm-usti外FJ.5IJ! nc；ii11%白 比中*Ti*t淅O幅Fld-'W 尤点&PI 141 FtukncrH皿1 *i MH 加YBi PIKER piym Pl <ETri酎翻* nidiPt-Midi Ptldll *13” niMii PI-SMM K-MIFPJd?； P：，斑H IBMPl Jh

22、VfiUPI吊jgs统dMd向1glVI I'TIEX Pi -ICOPI甯班 hn meg H tEAl nP2I由 匿Mil 的 Will gWLIq t2 *1 RliH 战WU3vwr>M3 ATBIWRK13,31vC1附录2系统印刷电路板的制作图附录3元件清单在舁 厅P元件名称数量1STC89C52RO 片机2212MH磊振2330pf电容4410uf电解电容35LED灯96共阳数码管17电角单电容18四脚按键79带锁开关110喇叭111LM38611210k电阻21310欧姆电阻114510欧姆电阻1715104电容116250uf电解电容1170.05uf电容1附

23、录4源程序主机程序：#include<reg52.h>#include<intrins.h>以下是端口定义#define Port P1sbit K1=P3A0;/ 开始播放sbit K2=P3A1;/ 上一曲sbit K3=P3A2;/ 下一曲sbit K4=P3A3;/ 停止sbit K5=P3A4;/切换灯的闪烁模式sbit SIG4=P2A3;sbit SIG1=P2A0;sbit SIG2=P2A1;sbit SIG3=P2A2;以下是数据的定义unsigned char code date=0xfe,0xef,0x55;unsigned char temp;

24、unsigned char n=0;函数名：delayms函数功能：延时z个毫秒void delayms(unsigned char z)unsigned char x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);函数 名：LED_dislay函数功能：LED闪烁void LED_dislay()switch(n)case 1:delayms(120);temp=_crol_(temp,1);Port=temp;break;case 2:delayms(120);temp=_crol_(temp,-1);Port=temp;break;case 3:Por

25、t=0x55;delayms(120);Port=Port;delayms(120);break;函数 名：keyscan函数功能：按键检测程序void keyscan()unsigned char m=0;if(K1=0)delayms(10);if(K1=0)SIG1=0;while(!K1);SIG1=1;if(K2=0)delayms(10);if(K2=0)SIG2=0;while(!K2);SIG2=1;if(K3=0)delayms(10);if(K3=0)SIG3=0;while(!K3);SIG3=1;if(K4=0)delayms(10);if(K4=0)SIG4=0;wh

26、ile(!K4);SIG4=1;if(K5=0)delayms(10);if(K5=0)while(!K5);n+;if(n=4) n=1;void main() 主函数SIG1=1;SIG2=1;SIG3=1;SIG4=1;temp=daten;Port=temp;while(1)keyscan();LED_dislay();从机程序：#include<reg52.h>以下是端口定义sbit SIG4=P3A4;sbit SIG3=P3A5;sbit SIG2=P3A6;sbit SIG1=P3A7;sbit SPK=P2A4;unsigned char code * data

27、song;指向具体歌的指针unsigned int data j;取码指针unsigned char data i;用于循环unsigned char data k;几个 1/4 拍unsigned char data l; 第几个码unsigned char code table尸0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90;void delay(void);unsigned char code yin30=0xFF,0xFF,0xFB,0x90,0xFC,0x0C,0xFC,0x44,0xFC,0xAC,0xFD,0x09,0xFD,0

28、x34,0xFD,0x82,0xFD,0xC8,0xFE,0x06,0xFE,0x22,0xFA,0X15,0XFB,0x04,0xFA,0x67,0xFE,0x85;/C调各音符频率与计数初值T的对照表/两只蝴蝶unsigned char code song1131=0x52,0x42,0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,0x38,0x04,0x12,0x32,0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x12,0xC8,0x04,0x52,0x42,0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,0x38,0x04,0x12,0x32,0x44,0x42,

29、0x52,0x42,0x32,0x12,0x32,0x48,0x04,0x52,0x42,0x58,0x02,0x42,0x52,0x42,0x38,0x04,0x12,0x32,0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x11,0x31,0xC8,0x04,0x52,0x72,0x78,0x02,0x72,0x82,0x72,0x58,0x04,0x42,0x42,0x44,0x42,0x52,0x42,0x32,0x12,0x12,0x32,0x32,0x3C,0x09,0x72,0x72,0x82,0xA2,0x92,0x92,0x82,0x52,0x42,0x42,

30、0x42,0x58,0x02,0x52,0x52,0x72,0x84,0x84,0x02,0x12,0x52,0x42,0x48,0x04,0x52,0x72,0x72,0x52,0x74,0x02,0xA4,0x92, 0x82,0x92,0x54,0x02,0x82,0x82,0x92, 0x82,0x72,0x52,0x42,0x02,0xC4,0x12,0x3C,0xFF;偏偏喜欢你unsigned char code song2=0XC2,0XB2,0X36,0X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0XB2,0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,0X76,0XA

31、2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,0X4C,0X42,0X32,0X74,0X82,0X74,0X82,0X72,0X52,0X41,0X38,0X32,0X42, 0X16,0XC2,0X72,0X52,0X42,0X42,0X3C,0XC2,0XB2,0X36,0X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0XB2,0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,0X76,0XA2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,0X4C,0X42,0X32,0X76,0X82,0X74,0X82,0X72,0X53,0X41,0X38,0X32,0X42,0X

32、16,0XC2,0X72,0X52,0X41,0X51,0X12,0XCC,0XC2,0XB2,0X16,0XC2,0X72,0X52,0X42,0X42,0X3C,0X32,0X32,0X26,0X22,0X24,0X42,0X32,0x22,0x12,0x18,0x02,0x52,0X46,0X12,0X44,0X72,0X82,0X5C,0X52,0X52,0X46,0X42,0X74,0X42,0X32,0X36,0X42,0X58,0X82,0X72,0X62,0X52,0X46,0X32,0X3C,0X12,0XB2,0X36,0X52,0X42,0X32,0X11,0XC1,0X

33、B2,0XC6,0X12,0XC4,0X12,0XC2,0X76,0XA2,0X82,0X72,0X51,0X41,0X32,0X48,0X02,0X42,0X52,0X62,0X76,0X82,0X74,0X82,0X72,0X56,0X41,0X38,0X32,0X22,0X16,0XC2,0X72,0X52,0X42,0X42,0X3C,0X04,0X04,0X04,0X04,0xFF;兰花草unsigned char code song3=0x12,0x52,0x52,0x52,0x56,0x42,0x32,0x42,0x32,0x22,0x18,0x82,0x82,0x82,0x82

34、,0x86,0x72,0xB2,0x72,0x72,0x62,0x58,0x52,0x82,0x82,0x72,0x56,0x42,0x32,0x42,0x32,0x22,0x16,0xB2,0xB2,0x32,0x32,0x22,0x16,0x52,0x42,0x32,0x22,0xC2,0x88,0xFF;函数名：delayms函数功能：延时函数，延时 z毫秒void delayms(unsigned char z)unsigned char x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);函数名：Sys_Init函数功能：系统初始化函数void Sys_Init()TMOD=0x01;/tim