畢業論文-基于stc89c52單片機的智能音樂演奏器設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 息學院本科畢業設計（論文） 9 效果而且很靈活的解決方 法 。 單片機管腳及功能說明 圖 7 STC89C52 引腳圖 單片機如 圖 所示。單片機引腳功能說明如下。 VCC： 5V供電電壓。 GND：接地。 P0 口： 雙向 IO 口，內部無上拉，可以做數據和地址總線。數據總線時，需要上拉電阻。 P1 口： P1 口 與 P0 口的主要區別是 具有內部上拉電阻 。 主控芯片引腳復用功能的簡單介紹： T2（外部計數輸入 端口，計數時使用 ）， 主頻率 時鐘 分頻 輸出 T2EX（ 功能控制器的 控制 端口，通過不同的配置達到不同的輸入檢測 ） 智能音樂演奏器設計 10 MOSI（在系統編程用） MISO（在系統編程用） SCK（在系統編程用） P2 口： 功能同 P1 口。 P3 口： P3 口 的驅動能力和其他口一樣。不同之處是 P3 口也能成為 89C52的特殊功能 （ 復用 第二功能） 來 使用，如下表所示。 P3 口含有單片機的特殊功能，如燒錄及中斷。描述如表 1 所示： 表 1 P3口引腳功能表 RST：復位輸入。 XTAL1： 振蕩時鐘 輸入端。 XTAL2： 振蕩時鐘 輸 入 端。 單片機最小系統設計 單片機最小的組成單位是由復位電路、電源電路、時鐘電路所組成的。而 時鐘信號 是單片機運行的基礎。時鐘相當于是整個系統運行的時間準則，只有當時間安排精準，程序才能有條不絮的運 行，才能各司其職。復位操作使它內部所有程序全部重新開始。 當單片機的復位引腳 檢測到 2 個機器周期 （ 1us 左右） 以上的高電平 以后 ，單片機就 會 執行復位操作。 STC89C52 的最小系統設計圖如 錯誤 !未找到引用源。 所示： P3口引腳 P3口第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0 輸入） INT1（外部中斷 1 輸入） T0（定時器 /計數器 0） T1（定時器 /計數器 1） WR（寫信號輸入） RD（讀信號輸出） 寧波大學信息學院本科畢業設計（論文） 11 圖 8 STC89C52 的最小系統設計圖 LCD 顯示電路設計 相關數據的顯示是智能音樂演奏器的一項重要功能，是整個系統的主要組成部分，所以對顯示電路的設計，也必須著重考慮。顯示的設計功能是：將主控讀取到的歌曲按鍵等相關數據 經過器處理后直觀的顯示出來。 LCD1602 操作時序及引腳定義 對 LCD1602 的讀寫有嚴格的時序要求。讀時序如圖 9 所示，寫時序如圖 10所示。 圖 9 LCD1602 讀時序 (引自《 LCD1602 數據手冊》） 智能音樂演奏器設計 12 圖 10 LCD1602 寫時序 （引自《 LCD1602 數據手冊》） 引腳號 引腳名 稱 引腳功能定義 1 VSS 地引腳（ GND） 2 VDD +5V電源引腳（ VCC） 3 VO 液晶背光電壓（ 0~5V），可接電位器調節 4 RS 數據狀態控制端端， RS=0 時命令或狀態； RS=1 時數據 5 R/W 讀寫控制，高為讀，低為寫 6 E 數據讀寫操作使能端 7~14 DB0DB7 數據線，可以用 8 位連接，也可以只用高四位連接，其目的是為了節約資源 15 A 背光控制正電源 16 K 背光控制地 表 2 LCD1602 引腳定義 LCD1602 的讀操作，主要是讀取 LCD 的狀態，判斷 LCD 是否在轉換及合成顯示狀態。 LCD1602 的寫操作，主要是對 LCD1602 進行控制操作，包括清除指令，控制指令及相關的數據接收。 LCD1602 的硬件設計 根據上面的分析，我設計出了如圖 11 所示 LCD1602 顯示電路。其中 V0 通過 R1 變阻器分壓得到電壓，通過對該電壓的修改可以達到不同對比度的顯示效果。數據口我們選用 P0 外接上拉電阻實現，控制口我們選用 P2 口實現。 寧波大學信息學院本科畢業設計（論文） 13 圖 11 LCD1602 顯示電路 語音轉換模塊設 計 語音模塊概述 根據以上的方案對比，我們可以知道 NV的確是個有著非常強大的可編程語音芯片。它的音頻輸出方式可選為 PWM 和 DAC。多樣的輸出方式選擇，使它的運用場合也越來越大。 NV芯片內通過串口控制字的輸入，用戶可以選擇高分辨率的 DA 音頻輸出方式，而且 NV芯片內部濾波功率的放大，致使模塊后可以自動驅動 的喇叭響動。該芯片內部還集成 PSG 可編程語音合成技術，這種效果使得音樂的音質極好，發出的噪聲極低。 此芯片設計時就考慮了眾多的外圍搭配電路，配合其有的極強的可編程能力， NV解碼模塊不僅能實 現標準的控制方式，亦可根據不同的控制需求，做出各種不同功能的音樂解碼器件。 功能特點 用戶靈活且多變的 操作模式 供選擇 （ 串口數據命令 操作 、并口數據命令操作、按鍵操作）； 20 秒語音長度（在 6KHz 采樣率） ； 有 忙狀態輸出指示供主控查詢，并且主控可以通過軟件調節音量大小 ； 音質好，性能高，物美價廉； 多樣的封裝可供選擇， 使用 更 方便， 開發 應用 更 靈活； 智能音樂演奏器設計 14 極簡的外圍電路，配合芯片內部豐富的資源，能夠輕松實現用戶提出的各種功能要求； 靜態 工作 電流： 2uA； 有音頻輸出時的 Ia 在 20mA~120mA 之間； 語音模塊芯片引腳定義與功能 封裝引腳 引腳標號 簡述 功能描述 1 P01 K1/A0/CS 控制方式 1 選擇端 2 GND GND 地 3 EQI OPI 芯片內部的功率放大電路的反饋輸入端 4 EQO OPO 內部功放反饋輸出 5 VCC VCC 芯片模擬電源 ~ 6 SPKP SPKP DAC 及 PWM 輸出 7 SPKN SPKN DAC 及 PWM 輸出 8 P06 BUSY 語音播放忙信號 9 P05 K3/A2/DI/RXD 控制方式 2 選擇端 10 P04 K2/A1/SCK 控制方式 3 選擇端 11 VPP VPP 芯片編程電源 12 VDD VDD 芯片數字電源 ~ 13 P10 A3 按鍵口 14 P11 D5 按鍵口 15 RESETB RESETB 芯片復位端 ,低有效 表 3 語音模塊引腳及相關功能描述 語音模塊觸發時序 語音模塊可分為：一線制和三線制。 一線串口控制方式，很特殊，它只有一條數據通信線，芯片確定不同的數據位是根據分辨電平占空比。這一點很特別，數據解調的方法同脈寬調制方法，即通過判斷脈沖高低電平的時間不同，來確定是高電平還是低電平。低電平在后，高電平在前，這種規定是脈沖時間所具有 的。 三條 通信控制線組成了三線串口控制，線程分別是 SS， DI， SCK。 控制的時序仿照標準 SPI 通信格式。通信的準則是：復位信號線在發碼之前先將數據線拉低 1ms～ 5ms 左右，然后再拉高并等待 5ms 以上。時序圖如圖 12 所示。 寧波大學信息學院本科畢業設計（論文） 15 通過該三線串口即可以實現對 NV020 芯片的命令控制、語音播放。 D0 位為語音測試口。根據智能音樂演奏器的設計要求，我們選用三線制對語音模塊進行控制。 r a m p u p 3 5 0 u s r a m p d o w n 3 0 u S 2 m SSSS CKS D IB U S YV O IC ER S T1 ~ 5 m S 5m S 圖 12 三線串口控制時序圖 （引自《語音模塊數據手冊》） 4 智能音樂演奏器的軟 件設計 開發軟件簡介 系統的軟件部分主要是利用 C 語言編程來完成程序的設計，進一步設計帶來了便利。匯編語言和 C 語言組成了單片機開發語言，由于匯編語言的冗長及復雜，所以智能音樂演奏器選用 C 語言為開發語言。對單片機進行編程， Keil軟件當仁不讓的是最好的工具，它有利于程序更好的設計實現。 Keil 的 C51 系列軟件是該公司獨自設計的，面向 51 單片機系列并且可以兼容國產單片機的軟件開發系統。 C 和其他編程語言相比較，它的優點還是有很多的，而且該單片機的平臺提供大量的、可操作性強的調試工具，有利于集成開發。 應用程序設計 那些設計類軟件，如果大腦中沒有很清楚的思路和很好的方案，那么設計東西是非常困難的。程序設計真的很繁瑣，很乏味但是它的重要性不言而喻。為了枯燥乏味的設計工作條理化，就必須要有相應的步驟和方法。通過系統的分析，智能音樂演奏器設計 16 其設計流程可以簡單的分為以下若干種： （ 1）整體分析系統控制要求：什么要被控制，什么要被顯示，什么要被讀取。然后在根據處理值得不同，確定算法。 （ 2）然后根據它的算法來畫流程：第一步是什么，第二步是什么，再者又是什么。畫框圖的優點可以把算法和程序設計的流程方法更加具體化（ 3）最后再編寫程序：可以通過框圖的算法和步驟，選取合適的指令實現功能，然后把它們組成一個有機的整體，就構成了整體程序。 下面給出各個模塊的軟件設計，最終來達到設計的要求，實現其功能。 主程序的設計 智能音樂演奏器的軟件設計構成主要有如下幾種：由按鍵檢測及控制發出的主程序、系統 LCD 及解碼模塊的初始化程序、 1602 的數據顯示程序、控制解碼程序等。主程序設計流程 錯誤 !未找到引用源。 3 所示。 圖 13 主程序設計流程圖 是 否 是 是 開始 初始化 LCD1602 初始化 NV020 模塊 是否有 TF 卡插 入？ 初始化文件系統 查找音樂文件 數據送至 NV020 目錄循環播放音樂 是否有鍵按下？ 執行相應功能 結束 否 是 寧波大學信息學院本科畢業設計（論文） 17 LCD 顯示程序設計 顯示程序設計流程圖，如 是其他需要調用的程序之一，所以它的設計重要性不言而喻。 是 否 智能音樂演奏器設計 18 圖 4 所示。顯示的目的是直觀的向用戶提供用戶想要的信息，并且在設計時，應該充分考慮設計顯示的內容，和顯示的時間。因為LCD1602 顯示子程序 是其他需要調用的程序之一，所以它的設計重要性不言而喻。 是 否 入口 對 1602 初始化寫入顯示設置命令 延時一段時間 檢查忙標志 BF=7? 設置字符顯示位置 延時一段時間 向 1602 中寫入數據 LCD 顯示內容 返回主程序 寧波大學信息學院本科畢業設計（論文） 19 圖 14 顯示子程序流程圖 顯示程序如下所示： static void delayms(unsigned int n) { unsigned int x,y。 for(x=n。x0。x) for(y=110。y0。y)。 } void lcd_w(unsigned char ) //lcd1602 寫命令函數 { rs=0。 //選擇指令寄存器 rw=0。 //選擇寫 P0=。 //把命令字送入 P2 delayms(5)。 en=1。 e