基于mcs-51單片機技術的簡易音樂發生器設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 是控制技術的一次革命，是一座重要的里程碑。 單片機的發展 單片機由于這種特殊的結構形式，在某些應用領域中承擔了大中型計算機和通用微型計算機無法完成的一些工作。總體來說，單片機的發展可分為三個階段： 第一階段（ 1976—— 1978 年）：以 Intel 公司的 MCS48系列單片機為代表，該系列單片機在片內集成了 8位 CPU、并行 I/O 接口、 8位定時 /計數器、 RAM 和 ROM等，片內 RAM和 ROM容量較小，尋址范圍不大于 4KB。 第二階段（ 1978—— 1983 年）：以 Intel 公司的 MCS51系列單片機為代表，該系列單片機均帶有串行 I/O 接口，具有多級中斷處理系統，定時 /計數器位 16 位，片內 RAM 和ROM 容量相對增大，有的片內還帶有 A/D 轉換接口。 第三階段（ 1983 年至今）：高檔 8位單片機鞏固發展及 16 位單片機推出階段。此階段主要特征是：一方面不斷完善高檔 8位單片機，改善其性能、結構，另一方面發展 16位單片機及專用單片機。 16 位單片機除 了 CPU 位 16位外，片內 RAM 和 ROM 的容量進一步增大，片內 RAM為 232 位， ROM 為 8KB，片內帶有高速輸入 /輸出部件，多通道 10 位 A/D轉換部件， 8 級中斷處理系統。近年來， 32位單片機已進入了實用階段。 MCS51 系列單片機的應用特性 （ 1）集成度高 MCS51 系列單片機代表產品為 8051， 8051 內部包含 4KB 的 ROM、 128B 的 RAM、四個 8位并行口、一個全雙工串行口、兩個 16 位定時器 /計數器以及一個處理功能強大的中央處理器。 （ 2）系統結構簡單 MCS51 系列單片機芯片內部采用模塊 化結構，增加或更換一個模塊就能獲得指令系統和引腳兼容的新產品。另一方面， MCS51 系列單片機具有 64KB 的外部程序存儲器尋址能力和 64KB 的外部 RAM 和 I/O 口尋址能力。 Intel 公司標準的 I/O 接口電路和存儲器電路都可以直接連到 MCS51 系列單片機上以擴展系統功能，應用非常靈活。 5 （ 3） 可靠性高 單片機產品和其他產品一樣，出廠指標有軍用品、工業品和商用品之分。其中軍用品要求絕對可靠，在任何惡劣的環境下都能可靠工作，主要用于武器系統、航空器等方面。單片機屬于工業品，能在常溫下工作，不需要在溫度恒定的機房 內工作。由于單片機總線大多在芯片內部不易受干擾，而且單片機應用系統體積小，易于屏蔽，所以單片機的可靠性較高。 （ 4）處理功能強，速度快 MCS51 系列單片機指令系統中具有加、減、乘、除指令，各種邏輯運算和轉移指令，還具有位操作功能。 CPU 時鐘頻率高達 12MHz，單字節乘法和除法僅需要 4μ s，而且具有特殊的多機通信功能，可作為多機系統中的子系統。 MCS51 系列 單片機 簡介 作為主流的單片機品種， MCS51 系列單片機市場份額占有量巨大， PHILIPS 公司、 ATMEL公司等紛紛開發了以 8051 為內 核的單片機產品，這些產品都歸屬于 MCS51單片機系列。 MCS51 單片機的內部組成 MCS51 單片機的引腳和內部組成如圖 所示。通常采用 DIP或 PLLD 封裝。 其內核是 8051CPU， CPU 的內部集成有運算器和控制器，運算器完成運算操作（包括數據運算、邏輯運算等），控制器完成取指令、對指令譯碼以及執行指令。 MCS51 單片機的片內資源有： 圖 MCS51單片機的內部組成 6 (1) 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8位數據寬度的處理器，能處理 8位二進制數據或代碼， CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 (2) 數據存儲器 (RAM)： 8051 內部有 128字節數據存儲器（ RAM）和 21 個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器有專門的用途，通常用于存放控制指令數據，不能用作用戶數據的存放，用戶能使用的 RAM 只有 128 個字節，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 (3) 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4K 字節程序存儲器（ ROM），用于存放用戶程序和數據表格。 (4) 定時 /計數器 (ROM)： 8051 有兩個 16位的可編程定時 /計數器，以實現定時或計數，當定時 /計數器產生溢出時，可用中斷方式控制程序轉向。 (5) 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4個 8位的并行 I/O 口 (P0、 P P P3)，用于對外部數據的傳輸。 (6) 全雙工串行口： 8051 內置一個全雙工異步串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發器，也可以當同步移位器使用。 (7) 中斷系統： 8051 具備較完善 的中斷功能，有五個中斷源（兩個外中斷、兩個定時 /計數器中斷和一個串行中斷），可基本滿足不同的控制要求，并具有 2級的優先級別選擇。 (8) 時鐘電路： 8051 內置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的時序脈沖，但需外接晶體振蕩器和振蕩電容。 MCS51 系列單片機的主要產品 自單片機誕生以來，其產品得到了迅猛的發展，形成了多公司、多系列、多型號的局面 。各種產品既有很多共性，又各具特色。其中以 MCS51 系列使用最為廣泛。 MCS51 系列單片機主要產品及性能如表 1 所示。 7 表 1 MCS51系列單片機的主要產品 型號 制造技術 片內程序存儲器 片內數據庫 8051AH HMOS ROM(4K) 128字節 8031AH AHMOS 無 128字節 8751H HMOS EPROM(4K) 128字節 AT89C51∕ AT89S51 CHMOS FLASHROM 128字節 80C31 CHMOS 無 128字節 8051 HMOS ROM(8K) 128字節 8031 HMOS 無 128字節 其中 AT89S51 單片機是一種新型的在線可編程的單片機，內部有： 4K 字節、 Flash 存儲器，它使得 單片機產品的軟件可在線升級，也使得單片機的學習開發、程序的下載比 過去方便許多。 單片機的應用領域 目前，單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。 ：電壓、頻率、溫度、濕度、流速、 元素、位移、壓力等測定。例如：微機多功能點位分析儀、微機溫度測控儀、智能電度表、智能流速儀等。 ：過程檢測、過程控制、工業控制器、機電一體化控制等。 ： 例如：洗衣機、電冰箱、彩色電視機、心率監護儀、空調、微波爐、電飯煲、銀行計息電腦、收音機、音響、電子稱等。 ： 例如：單片機控制的串行自動呼叫應答系統、列車無限通信系統、單片機的無限遙控系統等。 :除了以上方面的應用外，單 片機還廣泛應用于辦公自動化領域、汽車自動駕駛系統、計算機外部設備、航空航天器電子系統等。 8 第二 章 方案設計 設計方案論證 方案一 利用 AT89C5 74LS373 鎖存器和 27512 外部擴展組成的音樂 播放器 。 （ 1）功能特色 對內存進行了擴展，可以播放三首以上的歌曲。 （ 2）硬件設計 電路以 AT89C51 為主控制器， 74LS373 和 27512 進行外部程序存儲器的擴展，播放 /暫停鍵為播放 /暫停歌曲，下 一曲鍵和上一曲鍵分別為調整歌曲的下一曲和上一曲選擇鍵的按鈕。晶振采用 12MHz，音樂信號由 ，經喇叭發聲而播放歌曲如圖 框架圖。 （ 3）軟件設計 程序 根 據 音選取的是 C調三個 8 度內的音符，共 16 個音。每個音符對應頻率由定時器 T0產生。為了程序調用方便，每個音符都對應一個編碼，占用一個字節。在程序中以查表的方式加載計數初值。當值為 00H 時表示空拍，與節拍碼配合完成節拍發音。節拍碼也占一個字節，其總時間 長 度等于基本時間乘以節拍碼的值。節拍碼值為 01H 時，表示當前樂曲結束，為 00H時，表示全部樂曲結束。為了編碼簡單，一般節拍碼高半字節表示整拍，低半字節表示分數，只 要基 本延時設定恰當即可 并且在按開始按鈕后，可以播放歌曲。 揚聲電路 顯示電路 晶振 電路 更換歌曲電路 圖 方案一 框架圖 AT89C51單片機 復位電路 外部擴展電路 9 方案二 利用 AT89C52和 LM386(音頻功放 ) 組成的音樂 播放器 。 （ 1）功能特色。 本 播放器利用單片機技術、 ML386 音頻功放芯片、 4x4 鍵盤和 SPEARK 實現原理圖設計，并用 C51 高級語言進行鍵盤識別程序設計和音頻脈沖輸出程序的設計 實現音樂播放。 （ 2）硬件設計。 電路以 AT89C52 為主控制器， LM386(音頻功放 )來實現的。晶振采 12MHz， P1 口為鍵盤接口， 為 音頻脈沖的輸出腳， 音樂信號由 P3． 0口輸出，經喇叭發聲而播放歌曲，框架圖如圖 。 （ 3）軟件設計。 程序中根 據 每個音符對應頻率由定時器 T0 產生。為了 程序調用方便，每個音符都對應一個編碼，占用一個字節 。 方案比較 從以上兩種方案來看，方案 二能夠實現任意樂曲演奏，采用 4x4 矩陣鍵盤作為發生器的輸入設備．利用功率放大器 LM386 放大單片機 AT89C52產生的樂曲聲音，通過 SPEAKER進行發生。且設計與操作都比 方案一簡潔方便。 通過方案對比，最終選擇方案二。 AT89C52單片機 LM386 音頻功放 揚聲器 圖 方案二框架圖 10 第 三 章 硬件電路設計 AT89C52 的簡介 AT89C52 概述 AT89C52 是 51 系列單片機的一個型號，它是 ATMEL 公司生產的。 AT89C52 是一個低電壓 ，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可為您提供許多較復雜系統控制應用場合。 AT89C52 有 40個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2個外中斷口， 3個 16 位可編程定時計數器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， AT89C52 可以 按照常規方法進行編程 ,但不可以在線編程 (S 系列的才支持在線編程 )。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發成本。 AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。 AT89C52 的管腳圖 MCS51系列單片機采用 40 引腳雙列直插式封裝（ DIP），其引腳排列和邏輯符號如圖 ， 4個并行口共有 32 根引腳，可分別作地址線、數據線和 I/O 線； 2根電源線； 2根時鐘振蕩電路引腳和 4根控制。 AT89C52 單片機的引腳介紹 AT89C52 單片機是高性能單片機，因為受引腳數目的限制，所以有許多引腳具有第二功能，各引腳功能說明如下： 圖 AT89C52 管腳圖圖 11 （ 1）輸入 /輸出口線 A． ～ 0p 口 8位雙向口線 B． ～ 1p 口 8 位雙向口線 C． ～ 2p 口 8位雙向口線 D． ～ 3p 口 8位雙向口線 （ 2） ALE 地址鎖存控制信號 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖