基于12864液晶顯示單片機音樂播放器的設計學士學位論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故 。 P3 口也可作為 AT89S51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數據存 儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許 端 的輸出電平用于鎖存地址的地 址 字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖 14 信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 端 。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端 保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環 數據保留時間： 10 年 全靜態工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內部 RAM 32 可編程 I/O 線 15 兩個 16 位定時器 /計數器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電 路 振蕩器特性 （ 1） XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器 ，如圖 35 所示 。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 圖 35 晶體振蕩器電路圖及出腿連接示意圖 （ 2） 芯片擦除 整個 EPROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯 片擦除操作中， 16 代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。 此外， AT89C51 設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 AT89S51 單片機的工作周期 單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發出，為了定時計算機內 部必須有一個準確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產生的，并組成下面幾種工作周期，如圖 36 所示。 圖 36 振蕩周期、狀態周期、機器周期和指令周期 振蕩周期：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機的晶體振蕩器產生的時鐘脈沖的周期。 狀態周期：每個狀態周期為振蕩周期的 2 倍 , 是振蕩周期經二分頻后得到的。在一個狀態周期中有兩個時鐘脈沖，通常稱它為 P P2。 17 機器周期：一個機器周期包含 6 個狀態周期 S1~S6, 也就是 12 個振蕩周期。在一個機器周期內 , CPU 可以完成一 個獨立的操作。 指令周期：它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。 控制部件是單片機的神經中樞，以主振頻率為基準（主振周期即為振蕩周期），控制器控制 CPU 的時序，對指令進行譯碼，然后發出各種控制信號，它將各個硬件環節組織在一起。 一般情況下，算術邏輯操作發生在時相 P1 期間，而內部寄存器之間的傳送發生在時相 P2 期間，這些內部時鐘信號無法從外部觀察，故用 XTAL2 引腳振蕩信號作參考。 AT89S51 單片機的工作過程和工作方式 單片機工作過程遵循現代計算機的工作原理（馮 諾依曼原理），即程序存儲和程 序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機的執行步驟序列（即程序）及運行中所需的數據 , 通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令，加以分析并執行規定的操作。 單片機的工作方式有：復位、程序執行、掉電保護和低功耗、編程、校驗與加密等方式。 1．復位方式 通過某種方式 , 使單片機內各寄存器的值變為初始狀態的操作稱為復位。復位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統處于死循環時，也需要按復位鍵重啟機器。 MCS—51 單片機復位后 , 程序計數器 PC 和特殊 18 功能寄存器復位的狀態如圖 37 所示。 復位不影響片內 RAM 存放的內容 , 而 ALE、 PSEN 在復位期間將輸出高電平。由圖 37 可以看出，復位后： (1)（ PC） =0000H 表示復位后程序的入口地址為 0000H，即單片機復位后從 0000H 單元開始執行程序； (2)（ PSW） =00H， 其中 RS1()=0， RS0()=0，表示復位后單片機選擇工作寄存器 0 組； (3)（ SP） =07H 表示復位后堆棧在片內 RAM 的 08H 單元處建立； (4) P0 口～ P3 口鎖存器為 全 1 狀態，說明復位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫 1。 定時器 /計數器、串行口、中斷系統等特殊功能寄存器復位后的狀態對各功能部件工作狀態的影響。 能部件工作狀態的影響。 圖 37 PC 與 SFR 復位狀態表 單片機在時鐘電路工作以后 , 在 RST/VPD 端持續給出 2 個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時，則復位信號持續時間應不小于 2us。 復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位以及 “看門狗 ” 19 復位三種類型。前兩種見 圖 38 所示。 “看門狗 ”電路則是一種 集成有單片機的電源監測、按鍵復位以及對程序運行進行監控，防止程序 “跑飛 ”而出現死機而設計的電路。 圖 38 （ a）上電復位電路 。 （ b）上電 /外部復位電路 2．程序執行方式 程序執行方式是單片機的基本工作方式。由于復位后 PC=0000H，因此程序執行總是從地址 0000H 開始，為此就得在 0000H 處開始的存儲單元安放一條無條件轉移指令，以便跳轉到實際程序的入口去執行。 3．待機方式 待機方式也稱空閑方式，是一種節電工作方式。在待機工作方式中，振蕩器保持工作，時鐘脈沖繼續輸出到中斷、串 行口、定時器等功能部件，使它們繼續工作，但時鐘脈沖不再送到 CPU，因而 CPU停止工作。 4．掉電方式 掉電方式，也被稱為停機方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設計的節電工作方式。 待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設計的節電工作方式，它們特別適合于電源功耗要求很低的應用場合。這類系統往往 20 是直流供電或停電時依靠備用電源供電，以維持系統的持續工作。CHMOS 型單片機的節電方式是由特殊功能寄存器 PCON 控制，其具體使用可參考相關書籍和手冊。空閑和掉 電模式外部引腳狀態 如下圖 39 所示： 圖 39 空閑和掉電模式外部引腳狀態 5. 編程和校驗方式 對于內部集成有 EPROM 可以進入編程或校驗方式。 （ 1）內部 EPROM 編程 編程時，時鐘頻率應定在 36MHz 的范圍內，其余各有關引腳的接法和用法如下： P1 口和 P2 口的 ~ 為 EPROM 的 4k 地址輸入， P1 為8 位地址； ~ 以及 PSEN 應為低電平； P0 口為編程數據輸入； 和 RST 應為高電平； RST 的高電平可為 ，其余的都以 TTL 的高低電平為準； EA/VPP 端加 +21V 的編程脈沖，此電壓要求穩定，不能大于 ，否則會損壞 EPROM 在出現正脈沖期間， ALE/PROG 端加上 50ms 的負脈，完成一次寫入。 21 （ 2） EPROM 程序校驗 在程序的保險位未設置前，無論在寫入的當時或寫入以后，均可將片上程序存貯器的內容讀出進行檢驗，在讀出時，除 腳保持為TTL 低電平之外，其他引腳與寫入 EPROM 的連接方式相同。要讀出的程序存貯器單元地址由 P1 口和 P2 口的 ~ 送入， P2 口的其他引腳及 PSEN 保持低電平， ALE、 EA 和 RST 接高電平，檢驗的單元內容由 P0 口送出。在檢驗操作時，需在 P0 的各位外部加上電阻10k?。 （ 3）程序存貯器的保險位 AT89S51 內部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內程序存貯器進行讀寫。將保險位寫入以建立保險位的過程與正常寫入的過程相似，僅只 腳要加TTL 高電平而不是像正常寫入時加低電平，而 P0、 P1 和 P2 的~ 的狀態隨意，加上編程脈沖后就可使保險位寫入。 保險位一旦寫入，內部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執行外部存貯器的程序。只有將 EPROM 全部擦除 時，保險位才能被一起擦除，也才可以再次寫入。 通過以上對單片機硬件系統的簡單介紹，應該已經掌握了單片機的內部結構及工作的原理和過程，但是單片機要實現它的強大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發揮單片機的強大作用。下面介紹單片機的指令系統。 22 STC12C5616AD 此單片機不僅具有 AT89S51 單片機的所有功能，而且還具有 1 個時鐘 /機器周期 ,飛思卡爾芯片解密，增強型 8051 內核，速度比普通 8051快 8～ 12 倍 ，本系統使用其做設計，不僅因為它只有 28 腳所占空間較小，而且其內 部 FLASH 為 16K，非常適合設計所需。以下為STC12C5616AD 引腳圖。 圖 310 STC12C5616AD 引腳圖。 系統概述 本系統采用功放作為發生裝置，其聲音效果是蜂鳴器無法相比的，而用 12864 是為了操作者更能直觀的對自己所喜歡的音樂進行播放。 23 該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為 LCD 顯示、按鍵控制、播放音樂和 LED 顯示等模塊子函數。電路結構做成可劃分為：12864 液晶控制電路 、單片機控制電路、 LED 控制電路，功放放大電路及相關的控制管理軟件 組成。用戶終端完成按鍵處理、音樂播放、音樂存儲、本地顯示等功能。 就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統也是單片機應用系統的一種應用。單片機應用系統也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入 /輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計、在線調試等幾個階段，就本設計來說也包括這些過程。它們的進程框圖如 圖 41 所示。 圖 41 單片機應用系統研制過程框圖 24 總體設計 從設計的要求來分析該設計須包 含如下結構： 功放驅動電路 、 LCD顯示電路、單片機、晶振電路、復位電路、 LED 顯示控制電路按鍵控制及相關的控制管理軟件組成 ；它們之間的構成框圖如 圖 42 總體設計框圖所示： 圖 42 總體設計框圖 處理器采用 51 系列單片機 STC12C5616AD。整個系統是在系統軟件控制下工作的。本系統硬件電路先對來說較簡單，這樣節約了設計成本，主要還是靠軟件來實現，通過模塊化編程，把每一個部分都通過模塊化來實現，這樣在調用時相對簡單，更方便音樂的修改。 系統硬件選擇 從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件： STC12C5616AD、12864 液晶驅動、 LED、按