电子工艺学报告

1、评分 电子工艺学考试作品报告作品名称： 音乐播放器 姓 名： 专业班级： 学 号： 中南大学物理与电子学院2015年上学期目 录（四号宋体）摘 要3 引 言 4第一章 系统整体概述 6第二章 硬件设计 7第三章 软件设计 14第四章 调试与分析 25第五章 制作感受 26摘 要在电子音乐领域，电子音调作为现代电子科技与音乐结合的产物，它在现代音乐中扮演着重要的角色。目前，由于电子音乐的普及，电子音调合成器（合成器实际上就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。现当今，单片机的应用无处不在。利用单片机控制音乐播放也多不胜举，音乐芯片也相当

2、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、外部电路简单的特点，深受音乐爱好者及音乐芯片制造商的青睐，用STC89C52单片机及少数外部电路控制音乐播放，。 音乐播放器的设计以STC89C52单片机作为系统的核心控制部分，通过制作硬件电路和软件的设计编写，然后进行软硬件的调试运行，最终达到设计电路的乐器演奏、点歌、存储及显示功能。设计中应用中断系统和定时/计数原理控制演奏器发声，对音乐发生所必须确定的音符和节拍分别用程序语言实现。可以用它来播放乐曲。特点是设计思路简单、清晰，成本低。 对于单片机产生音乐，关键是控制频率的输出。我们知道，不同的声音对应不同的频率，

3、产生有规律的频率输出就可以得到响相应规律的声音。音乐中，有8个基本音符：do、re、mi、fa、so、la、xi、do，8个不同的音符对应着不同的频率。只要我们找最与音符输出相应的频率，就可以产生美妙的音乐了。本章中采用了T0中断的方法产生不同的频率，并用两键控制播放和停止。关键词： 单片机 STC89C52引言随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。基于当前市场上的音乐市场需求量大，其中音乐播放器就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件实现播放器的功能，从而实现。基于单片机的音乐播放器可应用于MP

4、3，MP4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能。 本文是以AT89C51单片机为核心，运用汇编语言，设计出基于单片机的音乐播放器，使之能够播放音乐。该设计具有以下优点：(1)可以随意播放想要播放的音乐；(2)制作简单，成本低。由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。其次，在这次设计可行性上进行分析如下：1、经济可行性：所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于毕业设计是没有项目资金，没有开发经费，因此在经济上必须能够承受，比较理想化的项目对于我们毕业设计来说是不可行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。2、技术可行性：技术

5、可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成开发工作，硬件、软件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。单片机是电子信息科学与技术专业的实践性环节，是对所学的电子技术基本理论知识的综合运用。课程设计是根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求，进行电路的独立设计，实验安装和调试，在实验板上进行电子产品的制作和写出实验总结报告。根据这次课程设计的内容和要求，我首先进行了整体方案的构思，通过在图书馆和上网查阅资料，并分析和比较，选取了一种简单而且可行性高的方案。此方案主要由延时电路、定时计数电路、主控电路、程序译码驱动电路等组成。通过查阅有关书籍、上网和综合已学机以及

6、电子技术的知识，并考虑到电路的工作稳定性，设计成本低，电路简单，功耗低等因素，同时还留有余地用于电路的功能扩展，鉴于此选用了比较常见的元器件来构成各单元电路，选取所须的元件后，对各电路元件的参数进行了计算，然后进实验室进行电路的安装和调试。经过几天紧张的电路安装和调试，期间还进行了部分方案的的单片修改和改进，实现了课程设计的主要任务和具体要求。第1章 系统整体概述1.1电源模块的概述 为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此选用通过USB端口提供的5V的电压来作为单片机的电源模块。1.2单片机最小系统模块 通过接入40脚和31脚来实现最小系统功能特性：STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、

7、高性能CMOS7位微控制器，具有 7K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-41内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统41单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的7 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。  7k字节Flash，412字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX710复位电路，3个15 位定时器/计数器，4个外部中断，一个6向量4级中断结构（兼容传统41的4向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静

8、态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率34MHz，5T/12T可选 。管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个7位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收7TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

9、0;  P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的7位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的7位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或15位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给

10、出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是7个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT78C41的一些特殊功能口，如下表所示：管脚备选功能:P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0

11、外部输入）P3.4T1（记时器1外部输入）P3.5/WR（外部数据存储器写选通）P3.6/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/5。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR7EH地址上

12、置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器

13、的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。1.4显示电路本次毕业设计的显示电路采用LED数码管显示，由于 LED是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。通过单片机查表得出数码管显示编码，传送给数码管显示，以此来实现按键与显示程序的一致性。第2章 硬件设计2.1 各功能模块原理图2.1.1 STC89C52模块电路原理图单片机主程序模块通过对键盘扫描程序信号的读取，在通过对应的表，取出数码管显示编码和定时器初始值以产生不同的声音信号。在这一过程中，对数码管编码是直接赋值，对声音信号则是通过中断程序进行控制。主程序模块2.1.2键盘检测模块电路原理图图3-7 键盘扫描模块

14、电路原理图2.1.3音频处理模块电路原理图 由于单片机驱动能力不够，在处理音符信号时，需加功率放大装置，因LM375芯片具有低功耗、高增益的特点，这合适单片机低功耗输出，所以加装三极管音频信号放大器对信号进行放大。图3-10 音频处理模块电路原理图2.1.5电源模块电路原理图由于本次设计的芯片的工作电压都为4V，为了排除因为电压不稳定或者不准确影响电路的工作和软件的调试，本次设计采用USB供电（下载）：电源电路第3章 软件设计本软件设计关键是要实现一种由单片机控制的简单音乐发生器，音乐发生器会根据用户的程序设置，通过扬声器将音乐播放出来。3.1音乐相关知识乐音听起来有的高，有的低，这就叫音高，

15、音高是由发音物体振动频率的高低决定的，频率高声音就高，频率低，声音就低，不同音调的乐音是用C、D、E、F、G、A、B表示的，这6个字母就是乐音的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，这是唱曲时乐音的发音，所以叫唱名。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示，休止符表示暂停发音。一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。3.2如何用单片机实现音乐的节拍除了音符以外，节拍也是音乐的关键组成部分。节拍实际上就是音持续时间的长短，在单片机系统中可以用延时来实现，如果1/4拍的延时是0.4秒，则1拍

16、的延时是1.5秒，只要知道1/4拍的延时时间，其余的节拍延时时间就是它的陪数。如果单片机要自己播放音乐，那么必须在程序设计中考虑到节拍的设置，由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的，所以节拍由用户掌握，不由程序控制。对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）具体如下表：表4-1 音乐节拍表曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4124ms调4/452ms调3/4176ms调3/484ms调2/4240ms调2/4124ms3.3如何用单片机产生音频脉冲了解音乐的一些基本知识后可知，产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐，对于单片

17、机而言，产生不同频率有脉冲非常方便，可以利用它的定时/计数器来产生这样的方波频率信号，因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。在本实验中，单片机工作于12MHZ时钟频率，使用其定时/计数器T0，工作模式为1，改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号，在此情况下，C调的各音符频率与计数值T的对照如下表：表4-2 音符频率与计数值T的对照表音符频率（HZ）计数值（T值）音符频率（HZ）计数值（T值）低1DO25253527#4FA#64054750#1DO#26653636中4SO67454787低2RE28453734#4SO#73184834#2RE#31

18、153827中5LA77054857低3MI33054021#5LA#83254884低4FA34854103中6SI85754030#4FA#36054174低1DO104554047低SO38254250#1DO#110854074#4SO#41454331高2RE116454110低5LA44054400#2RE#124454134#5LA#45554453高3MI131754146低6SI48454424高4FA138654167中1DO42354470#4FA#148054187#1DO#44454533高4SO145754216中2RE47654533#4SO#155154234#

19、2RE#52254774高5LA165054242中3MI54854632#5LA#175454257中4FA58754720高6SI185654273T的值决定了TH0和TL0的值，其关系为：TH0=T/245，TL0=T%245第4章 调试与分析4.1 ISIS软件介绍Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：(1)实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2

20、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。(2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：57000系列、7041系列、AVR系列、PIC12系列、PIC15系列、PIC17系列、Z70系列、HC11系列以及各种外围芯片。(3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C41 uVision2等软件。(4)具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPI

21、CE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍Proteus ISIS软件的工作环境和一些基本操作。4.2仿真图介绍单片机：P0 口对应数码管编码输出端； P1.0 口做音乐信号输出端；数码管显示：在使用时一要接上拉电阻（这是有单片机P0口的物理特性决定的），二是要加限流电阻以使流进单片机的小于单片机所能承受的电流。音乐处理：三极管将单片机P1.0口送过来的信号功率放大并送扬声器进行音乐的播出。4.3 仿真图图4.1 仿真图4.4 PCB印制板制作4.4.1 印制板制作的要求（1）电源线、地线应各设置一条总线；（2）线宽尽可能的宽；（3）应减少软线跳线的使用；（4）元器件排版要均匀，按模块排

22、版，防止各模块信号干扰；（4）铜箔线不可以产生锐角。4.4.2 印制电路板图图5-2 电路图5.3 走线4.5 系统调试电路调试是整个系统功能否实现的关键步骤，我们将整个调试过程分为三大部分：硬件调试、软件调试和综合调试。4.5.1软件仿真调试软件仿真调试主要是针对单片机部分进行调试。在软件运行前，先确保电路中连线正确，这一工作是整个调试工作的第一步，也是非常重要的一个步骤。在这部分调试中主要通过目测，用来完成检测电路中是否存在断路或者短路情况等。在确保软件仿真电路正常，无异常情况(断路或短路)方可进行软件运行，在本次设计中，软件运行主要是测试单片机键盘控制部分、数码管点亮部分、和音频功放电路

23、调试。1、数码管LED电路调试：软件运行，随机按下按钮可以看到数码管显示数字；2、单片机键盘控制部分调试：软件运行，随机按动键盘可以发现各个按键对应的音正确。4.5.2 软件调试调试主要方法和技巧：通常一个调试程序应该具备至少四种性能：跟踪、断点、查看变量、更改数值。整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序模块进行分别调试。第5章 制作感受通过这几天的设计和实际操作，我发现自己很多动手能力和知识上的不足，真正的去动手实践了就会出现许多新的问题。虽然有时这些问题小，但是有

24、时候足以让你的作品一直无法完成停滞不前，而你却束手无策。但是，通过老师、学长、同学们的帮助，自己也渐渐的克服了这些困难，第一次的作品成功了，但是由于疏忽不小心弄坏了板子使得无奈在检查前一天重新做了一个新的，但是由于画图着急供电模块的正负极不小心颠倒导致没能成功运行，虽然很遗憾，但很大程度上提高了我思考问题的全面性。在这个过程里将以前所学的知识进行了综合的运用，理论知识与实际应用之间的距离也充分的体现了出来。而且学到了很多的东西，为以后打好基础。首先在画PCB板的时候由于导线间距太近导致洗出来后不该连在一起的节点连接在了一起，结果只能通过小刀来划开。然后就是在封装的时候没有考虑过实物的大小随便的

25、胡乱封装，弄到最后元器件靠得太近插不进去。在硬件的制作过程中、还没有设计很有把握就开始焊元器件了。后来发现与设计的要求还有偏差，反复的改过了很多次，连续熬了3天夜才终于有了进展。深深的感受到设计人员在研究中要有认真的精神。软件的编写过程中不能粗心大意，一个程序的完成的速度和质量高低与细心与否有着很大联系。编程时，我充分使用了结构化的思想。这样因为语句较少，程序调试比较方便，功能模块可以逐一的调试，充分体现了结构化编程的优势。在完成这次作品之后我认为任何一门学科都是注入了很多的精神能让我们学习的，不仅仅处在学习知识上，并且在亲自动手后获得的比他人讲解的要理解的更加深入。附录1：主要电路原理图：附

26、录2：程序文件 /*文件名 C51音乐程序(八月桂花)功能 通过单片机演奏音乐/*/#include <REG52.H>#include <INTRINS.H>sbit Beep = P37 ;unsigned char n=0; /n为节拍常数变量unsigned char code music_tab =0x18, 0x30, 0x1C , 0x10, /格式为: 频率常数, 节拍常数, 频率常数, 节拍常数,0x20, 0x40, 0x1C , 0x10,0x18, 0x10, 0x20 , 0x10,0x1C, 0x10, 0x18 , 0x40,0x1C, 0

27、x20, 0x20 , 0x20,0x1C, 0x20, 0x18 , 0x20,0x20, 0x80, 0xFF , 0x20,0x30, 0x1C, 0x10 , 0x18,0x20, 0x15, 0x20 , 0x1C,0x20, 0x20, 0x20 , 0x26,0x40, 0x20, 0x20 , 0x2B,0x20, 0x26, 0x20 , 0x20,0x20, 0x30, 0x80 , 0xFF,0x20, 0x20, 0x1C , 0x10,0x18, 0x10, 0x20 , 0x20,0x26, 0x20, 0x2B , 0x20,0x30, 0x20, 0x2B ,

28、0x40,0x20, 0x20, 0x1C , 0x10,0x18, 0x10, 0x20 , 0x20,0x26, 0x20, 0x2B , 0x20,0x30, 0x20, 0x2B , 0x40,0x20, 0x30, 0x1C , 0x10,0x18, 0x20, 0x15 , 0x20,0x1C, 0x20, 0x20 , 0x20,0x26, 0x40, 0x20 , 0x20,0x2B, 0x20, 0x26 , 0x20,0x20, 0x20, 0x30 , 0x80,0x20, 0x30, 0x1C , 0x10,0x20, 0x10, 0x1C , 0x10,0x20, 0x20, 0x26 , 0x20,0x2B, 0x20, 0x30 , 0x20,0x2B, 0x40, 0x20 , 0x15,0x1F, 0x05, 0x20 , 0x10,0x1C, 0x10, 0x20 , 0x20,0x26, 0x20, 0x2B , 0x20