基于單片機的音樂播放器畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發展趨勢將是進一步向著 CMOS化、低功耗、小體 積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發展。單片機應用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命 。 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。 隨 著科學技術的進步和社會的發展，人類所接觸的信息也在不斷增加并且日益復雜。面對浩如煙海的信息，人們已經能夠利用計算機等工具高效準確地對之進行處理，但要想將處理完的信息及時，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術來實現。 單片機技術與液晶顯示技術的結合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發展。 隨著人類社會的發展，人們對視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。音樂播放器是一種用于播放各種音樂文件的 多媒體 播放軟件。它涵蓋了各種 音樂格式 的播放工具，比如： MP3 播放器 ， WMA 播放器， MP4 播放器 等 ， 它們不僅界面美觀，而且操作簡單 ，成為人們追捧的新寵兒。 西北工業大學明德學院畢業設計論文 2 研究內容 隨著科技的發展市場上出現了許許多多的音樂播放器。人們對播放器的要求也越來越廣泛，要求也越來越廣泛，越來越高。 本文設計的音樂 播放器 ，是基于單片機 AT89C51 作為硬件核心控制部分、結合三極管作為放大器、數碼管構成典型的顯示器的顯示電路 設計制作的電子式音樂 播放器 。 通過控制定時器的定時時間來產生不同頻率的方波，驅動喇叭發出不同音階的聲音，再利 用延遲來控制發音時間的長短，即可控制音調中的節拍。把樂譜中的音符和相應的節拍變換為定常數和延遲數，作為數據表格存放在存儲器中。由程序查表得到定時常數和延遲常數，分別用于控制定時產生器產生波的頻率和發出該頻率方波的持續時間。當延遲時間到時。再查下一個音符的定時常數和延遲常數。依次下去，就可以自動演奏樂曲。 本畢業設計的主要目的是提高實踐 能力，包括提高匯編等語言的編程能力及對接口等硬件的理解分析能力和設計接口電路 的能力，在進行畢業設計的過程中，可以讓學生體驗分析問題、提出解決方案、通過編 程等手段實現解決方案、不斷調試最終達到設計要求的全過程，從而幫助學生系統地掌 握微機原理的接口技術的相關知識，達到將知識融會貫通的目的。 本文結構安排 第一章 緒論 介紹本文研究背景、意義及內容 。 第二章 系統總體設計 介紹 AT89C51 單片機基本知識， 音樂播放器系統的總體方案、功能結構圖以及主要設計軟件。 第三章 硬件設計 介紹音樂播放器系統硬件設計原理及電路設計。 第四章 軟件設計 介紹系統的軟件編程實現。 第五章 結論 西北工業大學明德學院畢業設計論文 3 總結本文所做工作并指出所存在的問題。 西北工業大學明德學院畢業設計論文 4 第二章 系統總體介紹 AT89C51 單片 機基礎知識 AT89C51 包括：一個 8 位的 80C51 微處理器，片內 256 字節數據存儲器 RAM/SFR，用以存放可以讀寫的數據，如運算的中間結果，最終結果以及欲顯示的數據；片內 4kb 程序存儲器 Flash ROM，用以存放程序，一些原始數據和表格； 4 個 8 位并行 I/O 口 P0~P3，每個端口既可用作輸入，也可用作輸出；兩個 16 位的定時器 /計數器，每個定時器 /計數器都可設置 成計數方式，用以對外部事件進行計數，也可設置成定時方式，并可以根據計數或者定 時的結果實現計算機控制；具有 5 個中斷源，兩個中斷 優先級的中斷控制系統；一個全雙工 UART（通用異步接受發送器）的串行 I/O 口，用于實現單片機之間或者單片機與 PC 機之間的串行通信；片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接， 最高允許震蕩頻率 24MHz； AT89C51 與 AT80C51 相比具有節電工作方式，即休閑方式及掉電方式。 AT 89C51 單片機引腳及其功能 西北工業大學明德學院畢業設計論文 5 圖 AT89C51 單片機示意圖 圖 為 AT89C51 單片機的引腳示意圖。 （ 1） 電源引腳 Vcc（ 40 腳）： 典型值＋ 5V。 Vss/GND（ 20 腳）： 接低電平。 （ 2） 外部晶振 X X2 分別與晶體兩端相連接。當使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而 XTAL2 懸空 。 （ 3） 輸入輸出口引腳 P0 口： I/O 雙向口。 在 CPU 訪問片外存貯器時， P0 口為分時復用的低 8位地址總線和數據總線 。 P1 口： I/O 雙向口。 帶內部上拉電阻的 8 位準方向 I/O 端口，每位能驅動 4個 LS 型 TTL 負載。 P2 口： I/O 雙向口。 帶內部上拉電阻的 8 位準方向 I/O 端口，每位能驅動 4個 LS 型 TTL 負載。在 CPU 訪問片外存儲器時，它輸出高 8 位地址 。 P3 口： I/O 雙向口。 帶內部上拉電阻的 8 位 準方向 I/O 端口，每位能驅動 4個 LS 型 TTL 負載。 P3 口除了作為一般 I/O 口外，每個引腳都有第二功能，如表 所示。 表 P3 端口引腳與復用功能表 口線 第二功能 RXD(串行口輸入 ) TXD(串行口輸出 ) 0INT????? (外部中斷 0 輸入 ) 1INT????? (外部中斷 1 輸入 ) T0 定時器 0 的外部輸入 T1(定時器 1 的外部輸入 WR???? （寫選通控制輸入） /RD???? (讀選通控制輸入 ) 西北工業大學明德學院畢業設計論文 6 （ 4） 控制引腳 RST/Vpd、 ALE/PROG、 PSEN、 EA/Vpp 組成了 MSC51 的控制總線。 RST/Vpd（ 9 腳）：復位信號輸入端（高電平有效）。 第二功能：加 +5V 備用電源，可以實現掉電保護 RAM 信息不丟失 。 ALE/PROG(30 腳）：地址鎖存信號輸出端。 第二功能：編程脈沖輸入 。 PSEN（ 29 腳）：外部程序存儲器讀選通信號。 EA/Vpp(31 腳）：外部程序存儲器使能端。 第二功能：編程電壓輸入端（ +21V）。 中央處理器（ CPU） CPU 是單片機內部的核心部件， 是一個 8 位二進制數的中央處理單元， 主要由運算器、控制器和寄存器陣列構成。 運算器 用來完成算術運算和邏輯運算功能，它是 AT89C51 內部處理各種信息的主要部件。運算器主要由算術邏輯單元 (ALU)、累加器 (ACC)、暫存寄存器(TMP TMP2)和狀態寄存器 (PSW)組成。 控制器是單片機內部按一定時序協調工作的控制核心，是分析和執行指令的部件。 控制器主 要由程序計數器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID 和定時控制邏輯電路等構成。程序計數器 PC 是專門用于存放現行指令的 16 位地址的。 CPU 就是根據 PC 中的地址 到 ROM 中去讀取程序指令碼和數據，并送給指令寄存器 IR 進行分析。指令寄存器 IR用于存放 CPU根據 PC地址從 ROM 中讀出的指令操作碼。指令譯碼器 ID 是用于分析指令操 作的部件，指令操作碼經譯碼后產生相應于某一特定操作的信號。定時控制邏輯中定時 部件用來產生脈沖序列和多種節拍脈沖。 寄存器陣列是單片機內部的臨時存儲單元或固定用途單元，包括通用寄存器 組和專用寄存器組。通用寄存器組用來存放過渡性的數據和地址，提高 CPU的運行速度。專用寄存器組主要用來指示當前要執行指令的內存地址，存放特定的操作數，指示指令運行的狀態等。 西北工業大學明德學院畢業設計論文 7 定時器 /計數器 AT89C5 內部有兩個 16 位可編程定時器 /計數器，簡稱為定時器 0(T0)和定時器 1(T1)， T0 和 T1 分別由兩個 8 位寄存器構成，其中 T0 由 TH0(高 8 位 )和TL0(低 8 位 )構成， T1 由 TH1(高 8 位 )和 TL1(低 8 位 )構成。 TH0、 TL0、 THTL1 都是 SFR 中的特殊功能寄存器。 T0 和 T1 在 TCON 和 TMOD 的控制下可工作在定時器模式或計數器模式下，每種模式下又有不同的工作方式。當定時或計數溢出時還可申請中斷。 中斷系統 單片機中的中斷是指 CPU 暫停正在執行的原程序轉而為中斷源服務 (執行中斷服務 程序 )，在執行完中斷服務程序后再回到原程序繼續執行。中斷系統是指能夠處理上述中斷過程所需要的部分電路。 AT89C51 的中斷系統由中斷源、中斷允許控制器 IE、中斷優先級控制器 IP、定時器控制器 TCON(中斷標志寄存器 )等構成， IP、 IE、 TCON 均為 SFR 特殊功能寄存器 (見表 )。 內 部總線 總線是用于傳送信息的公共途徑。總線可分為數據總線、地址總線和控制總線。單 片機內的 CPU、存儲器、 I/O 接口等單元部件都是通過總線連接到一起的。采用總線結構可以減少信息傳輸線的根數，提高系統可靠性，增強系統靈活性。 89C51 單片機內部總線是單總線結構，即數據總線和地址總線是公用的。 其他硬件模塊 時鐘與復位模塊 由電容，電位器，按鍵組成復位電路部分，該電路接于單片機的 RESET 端可以通過按鍵達到手動復位的效果，也可以通過電位器和電容組成上電復位電路。通過復位電路使單片機回到初始 狀態。 西北工業大學明德學院畢業設計論文 8 圖 復位電路圖 晶振時鐘電路 按鍵選擇模 塊 利用 到 與 構成按鍵陣列，可以掃描十六個按鍵，但本次設計只用到十個按鍵。 音頻發生及放大器模塊 由非門（ 74LS04），三極管（ 9014），揚聲器，電阻組成的外部驅動發音電路。該電路部分接于 端引出，經過外部非門和三極管的驅動，通過揚聲器發出音樂。 設計軟件介紹 本設計利用 KEIL 編程軟件對音樂盒源程序進行編程并調試，配合PROTEUS 仿真軟 件對硬件進行仿真調試 。 PROTEUS 軟件簡介 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿 真，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世西北工業大學明德學院畢業設計論文 9 界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、ARM、 8086 和 MSP430 等， 2020 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯 器。 KEIL簡介 單片機開發中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源 程序要變為 CPU 可以執行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變為機器碼，用于 MCS51 單片機的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機開發技術的不斷發展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發，單片機的開發軟件也在不斷發展， Keil 軟件是目前最流行開發 MCS51 系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案 ，通過一個集成開發環境（ uVision）將這些部份組合在一起。運行 Keil軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統。掌握這一軟件的使用對于使用 51 系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。 第三章 硬件設計 總體設計框圖 圖 總體設計框圖 各部分硬件設計及其原理 AT89C51 簡介 AT89C51 是 一 種 帶 4K 字節閃存可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節閃存可編 程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖 所示 西北工業大學明德學院畢業設計論文 11 圖 AT89C51 系列單片機 LED 顯示電路設計與原理 LED 顯示電路是由 8 個 LED 發光二極管組成，連接方式為共陽極， LED 接到單片機的 P1 口，若為低電平，可使 LED 亮起。發光二極管的亮、滅由內部程序控制， 8 個 LED 發光二極管分別對應不同的音階，所以 LED 會隨著音階的變化按規律亮、滅。 時鐘振蕩電路 AT89C51 中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構成自然振蕩器。外接石英晶體及電容 C C2接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。對外接電容 C1， C2 雖然沒有什么嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩定性、起振的難易程序及溫度穩定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30PF? 10PF，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40PF? 10PF。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1 端，即內部時鐘發生器的輸入端， XTAL2 則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發器后作為內部時鐘信號的，所以對 外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續時間和最大的低電平持續時間應符合產品技術條件的要求。振蕩器電路圖如下： 西北工業大學明德學院畢業設計論文 12 圖 單片機內部、外部振蕩電路 系統 硬件電路圖及功能 總體硬件電路實現功能如下，如圖 所示 1） 電路中用 、 控制按鍵。 2） ~ 控制 LED。 3） 控制蜂鳴器。 4） 電路為 12MHZ 晶振頻率工作，起振電路中 C C2 均為 30PF。 西北工業大學明德學院畢業設計論文 13 圖 硬件電路圖 西北工業大學明德學院畢業設計論文 14 第四章 軟件設計 硬件電路和軟件程序是組成一個系統不可缺少的兩部分，二者的正確與否將直接影響 整個程序的可實現性。在上一章中已經將整個系統的硬件部分作了介紹，在這一章中將就系統的軟件部分加以分析說明。 音樂播放編碼理論 音調的確定 不同音高的樂音是用 C、 D、 E、 F、 G、 A、 B 來表示，這