1、黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 1 页黄河科技学院课程设计任务书工学院 机械 系机械设计制造及其自动化专业 11 级 机电三 班学号 11 姓名 指导教师 朱煜钰 题目: 基于 AT89C51 单片机的电子音乐盒设计 课程: 单片机应用技术课程设计 课程设计时间 2014年 10 月 27 日 至 2014 年 11 月 10 日 共 2 周课程设计工作内容与基本要求(设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页）1设计要求利用 AT89C51 单片机作为微控制器，用 16 盏以上的 LED 小灯，实现至少 4 种彩灯灯光效果（不含全部点亮，全部熄灭）；可以用输入按
2、钮在几种灯光效果间切换；可以通过按钮暂停彩灯效果，使小灯全亮，再次按下相同按钮后继续之前的效果。创新设计： 2. 设计任务与要求2.1 系统硬件电路设计根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用 Proteus 绘制整个系统电路原理图。2.2 软件设计根据该系统要求的功能进行软件设计，绘制整个系统的软件流程黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 2 页图；根据流程图编写程序并汇编调试通过；列出软件清单，软件清单要求逐条加以注释。2.3 Proteus 仿真用 Proteus 对系统软硬件进行仿真调试并通过。2.4 编写设计说明书内容包括任务书、设计方案分析、硬件部分设计、
3、软件部分设计、调试结果整理分析、设计调试的心得体会等，字数不少于 5000 字；硬件部分设计要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明；软件设计部分要（用 visio2003 画图软件）绘制整个系统及各部分的软件流程图，列出程序清单，逐条加以注释，并注明各程序功能块的功能。3工作计划 序号 设计内容 所用时间1 布置任务及调研 天3 制作与调试 天4 撰写设计报告书 2天合 计 14天4主要参考资料单片机课程设计指导书 皮大能 北京理工大学出版社 2012.78051 单片机实践与应用 吴金戎 清华大学出版社 2003.8单片机技术基础教程与实践 夏路易 电子工业出版社 2008.
4、1单片机原理及应用 张毅刚 高等教育出版社 2012.11基于 Proteus 的单片机系统设计与仿真实例 蒋辉平 机械工业出版社 2007.7黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 3 页指导老师签字:日 期:摘要为了实现单片机控制音乐播放，在本次课程设计中尝试基于单片机 AT89C51 音乐盒的设计对这一思路进行验证。本设计采用了蜂鸣器发声来实现歌曲的播放，能够保持基本的音调不变，流畅播放歌曲。主要设计模块包括数码管显示部分，功能键盘部分，蜂鸣器发声部分，彩灯部分。数码管采用共阳极数码管，通过单片机 P1 接口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过 P3 接口控制，实现歌
5、曲播放顺序的调换和暂停功能；蜂鸣器由单片机的 P2 接口控制，实现歌曲播放；彩灯使用普通二极管，能实现单色常亮和闪烁的效果。主要工作过程是通过功能键实现上、下曲目的播放及暂停功能，同时有数码管显示当前播放曲目的序号，并会有不同的彩灯闪烁效果。本次设计要使用单片机及 KeilC51 编程软件编程和 Proteus 单片机仿真软件，电工学等方面的有关知识。用 KeilC51 编程软件编程，用 PROTEUS 单片机仿真软件仿真。最后制作实物，将程序下载到单片机中，利用 I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。关键字：AT89C51 单片机,音乐盒,方波,音调黄 河 科
6、 技 学 院 课 程 设 计 第 4 页AbstractIn order to achieve the single chip microcomputer control music playback, try in the curriculum design based on single chip microcomputer AT89C51 music box design on this train of thought for validation.This design USES the buzzer sound to realize the songs played, can ma
7、intain the basic tone is changeless, smooth play songs.Main design module includes digital tube display, keyboard function part, buzzer sound, the lights.Digital tube using a total of anode digital tube, controlled by single chip microcomputer P1 interface, realize song number display;Through P3 int
8、erface, keyboard switch with buttons, control, realize the order of the songs and pause switch function;Buzzer is controlled by a single-chip microcomputer P2 interface, realize the songs;Lights use normal diode, can realize monochrome normally on and flashing effect.Main working process is through
9、the function keys achieve the function of upper and lower the music play and pause, at the same time have digital tube display the current track number, and have different lights flashing effect.The design to use single chip microcomputer and KeilC51 and Proteus single-chip 黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 5 页
10、microcomputer simulation software, programming software programming on the knowledge of electrotechnics, etc.Use KeilC51 programming software programming, use PROTEUS single-chip microcomputer simulation software simulation.Finally make physical, download the program to MCU, using I/O mouth produce
11、certain frequency square wave, drive buzzer, a different tone, so as to play music.Keywords:AT89C51 Microcontroller,musical box,square wave,tone黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 6 页1设计方案分析1.1 设计功能要求1.利用 I/O 口处产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，产生不同的音调从而演奏乐曲，达到预期目标。2.采用七段数码管显示当前播放歌曲的序号数。3.通过功能键实现上、下及暂停曲目播放的功能。1.2 总体设计原理通过单片机的定时器产生
12、一定长度的方波，方波脉冲驱动蜂鸣器发声。要产生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时间定时。利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的 I/O 反相,然后重复计时此半周期时间再对 I/O 口反相,就可在 I/O 脚上得到此频率的脉冲。如中音 D0，频率为 523HZ,其周期T=1/523=1912 微秒，因此只要令计数器定时 1912/2=956，在每计数 956 次时将 I/O 口反相,就可得到中音 D0(523HZ)。当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器 T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1，在 LED 显示歌曲号，也可
13、使彩灯长亮和闪烁。数码管采用共阳极数码管，通过单片机 P1 口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过单片机 P3 口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；蜂鸣器由单片机的 P2 口控制，实现歌曲播放；彩灯是由普通发光二极管代替，通过键盘能实现单色长亮和闪烁效果。通过功能键可以实现播放上一曲、下一曲、暂停，同时可以通过数码管显示当前播放的曲目序号，蜂鸣器播放出音黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 7 页乐。当播放出最后一曲时伴有彩灯闪烁。1.3 总体设计框图单片机接 5V 电源供电，晶振电路产生单片机所需的时钟周期，通过功能键实现外部中断，控制音乐盒的上一曲、下一曲和
14、暂停功能的实现，再由 I/O 接口输出控制蜂鸣器发声，LED 显示，彩灯闪烁或暂停。另外，复位电路的功能在于使音乐盒的工作恢复到初始状态，在程序出错时，重新启动单片机工作。图 1.1 整体设计框图通过编程软件设定好程序后，由单片机 AT89C51 的定时器每秒钟通过 P1.0-P1.7 接口控制 LED 数码显示，复位信号由按钮控制，每按下一次系统恢复一次原设定状态。电源、晶振部分、复位电路、单片机、功能键、LED 及蜂鸣器部分将在后面的内容中做详尽说明，在此不再赘述。电源晶振部分复位电路AT89S51蜂鸣器LED 显示功能键黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 8 页2.系统硬件设计2
15、.1电源电路设计采用经市电变压，稳压的稳压电路如下图所示IN407 VI1 VO3GND27805FU11A C1100nF R150 47UFin out+_单片机采用的是 5V（+_0.2V）的电源，对稳压电路的要求较高，因此可以用 LM7805 来实现此功能。首先用交流变压器将 220V 的交流电变为大于 5V 的交流电，例如 7.5V 或 10.5V,然后使用桥式电路进行整流，电容进行整流滤波，将交流电处理为直流。然后使用 7805进行 5V 恒压输出，供给单片机电路使用。2.2单片机最小系统单片机的最小系统以 AT89C51 为核心，外加时钟电路和复位电路，电路结构简单，抗干扰能力强
16、，成本相对较低，比较符合本次课题的要求，89C51 系列单片机是在 MCS-51 的基础上发展起来的，是当前 8 位单片机的典型代表，采用CMOS 工艺，即互补金属氧化物的 CMOS 工艺，COOS 和 MOS 相结合的技术，具有 MOS 的高速度和高密度的特点，还具有CMOS 低功耗的特点。黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 9 页单片机的工作环境需要有一个时间基准来统一控制各部分的工作状态此电路为时钟电路，时钟电路分为外部时钟电路和内部时钟电路，如下图所示，从图示可以看出采用外部电路比较复杂，因此本次课题的时钟电路选择内部时钟电路，时钟电路在单片机外部采用 XTAL1 和 XTAL
17、2 这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。本系统采用的是 6MHz 的晶振，一个机器周期为 22us，C1,C2 分别为22pF。复位电路的基本功能是：系统的上电时提供复位信号，待系统电源稳定后撤销复位指令。为可靠起见，在电源稳定后需要经历一段时间后撤消复位信号，防止电源开关或电源插头插合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路分为上电自动复位和按键复位，电路图如下图所示，。其中 RST 是复位信号的输入端，复位信号是高电平段。本次采用手动复位设计，复位通过电容 C3,C4 和电阻R1,R2 来实现，按键复位通过复位键来实现。黄 河 科 技 学 院 课 程 设 计 第 10 页
18、单片机的最小系统电路设计如下图设计所示，以 AT89C51 为核心进行设计。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.6P2.7P3.2P3.3P3.4P3.5P2.5P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P1.01 P1.12 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C51X1CRYSTALC12pFC22pFC32uFC42uFR11k R21k+5V21单片机最小系统2.3数码管显示部分
