基于51单片机的lcd多功能数字音乐盒设计(毕业设计).doc
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1、毕业设计论文题目:基于51单片机的LCD多功能数字音乐盒设计学 校: 西 北 民 族 大 学 学 院: 电 气 工 程 学 院 专业班级:08电气工程及其自动化(1)班 学 号: P 0 8 1 6 1 3 3 1 6 姓 名: 苏 军 指导老师: 马 慧 兰 基于51单片机的LCD多功能数字音乐盒设计摘要:本设计是应用MCS-51单片机原理和控制理论设计音乐盒演奏控制器的硬件电路,并利用汇编语言进行程序设计。利用控制单片机内部的定时器来产生不同的频率的方波,驱动喇叭发出不一样的音乐,再通过延迟来控制发音时间的长短。把乐谱变成相应的定时常数就可以从发音设备中演奏出动听的音乐。这种控制电路结构简
2、单,可用性高,应运性强,软件程序适应范围广,对于不同的音乐只需要改变相应的定时常数即可。对单片机和音乐爱好者有不一样的借鉴价值。关键词:单片机,汇编语言,音乐盒Based on 51 single-chip LCD multifunction digital music box designAbstract: This design is the application of MCS-51 single-chip microcomputer principle and control theory design music box play hardware circuit, and use
3、assembly languages program design. Using single chip microcomputer control internal timer to produce a different frequency of square wave, drive speaker different music, again through the delay to control the length of time the pronunciation. The score into the corresponding time constant can play o
4、ut in pronunciation equipment from beautiful music. This control circuit structure is simple, usability is high, The Times the gender is strong, software program to adapt to the wide, for different music only need to change the timing of corresponding constant can. The SCM and music lovers have diff
5、erent reference value.Key words: a single-chip microcomputer, assembly language, music box目录摘要2关键词2Abstract2Key words2前言4第一章 原理及硬件介绍511 基本原理简述512 STC89C52RC 介绍6121主要特性6122 STC89C52RC的工作模式7123 STC89C52RC引脚功能说明713 LCD显示11第二章 软件仿真及测试12开机第一首歌12下一曲13上一曲13元件清单16参考文献16附录一 源程序17前言单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他
6、的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单
7、片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端
8、的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人
9、电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合,甚至比人类的数量还要多。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的
10、,一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影!它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,这也是和离线式计算机的(比如家用PC)的主要区别。 单片机是靠程序的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列,或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话,电路一定是
11、一块大PCB板!但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机,结果就会有天壤之别!只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性! 由于单片机对成本是敏感的,所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言,它是除了二进制机器码以上最低级的语言了,既然这么低级为什么还要用呢?很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢?原因很简单,就是单片机没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮,也会达到几十K的尺寸!对于家用PC的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必
12、须很高才行,所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理,如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行,家用PC的也是承受不了的。可以说,二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种
13、单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型”,如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。第一章 原理及硬件介绍11 基本原理简述声音是通过振动产生的。单片机对某一引脚以一定的频率循环置1置0,该引脚便产生一定频率的方波,方波通过放大,作用于一定的物理实件(蜂鸣器),就产生了一定频率的声音。若改变输出方波的频率,产生的声音随之改变。
14、通过控制输出方波的时间长短,声音的长短也可以得到控制,因此,根据乐谱,以类似的音及同样的节拍,单片机就可以产生电子音乐。音乐的播放选择可以通过按键的输入得以实现。为简便起见,以一定的频率方波产生的音在其每个周期内高低幅值得时间各占一半因此,输出引脚在每个方波周期内要动作两次:一次升高,一次降低。即输出引脚的频率是原音频率的两倍。方波的产生由定时器控制。定时器T0工作在定时方式1,改变TH0及TL0,产生不同的音频频率。必须考虑到中断响应时间的影响,尤其在高音部分,若忽略中断响应时间,会使音频频率比标准值低几十Hz,相当于1/4音程,很容易听出来,对低音部分影响不大。一般中断响应时间为36个机器
15、周期,经过反复试验取5个机器周期作为校正最为恰当,表1中所给的定时初值就是考虑中断响应后的定时常数。另外,为避免T1中断可能引起杂音,应将定时器T0中断设为高优先级。这样编写出来的程序播放的音与标准音叉进行差频校音,非常准确和谐。音乐播放器的基本硬件电路有六部分组成:单片机、时钟与复位电路、选择按键输入电路、音频发生器、音频放大器和扬声器。音乐播放器硬件电路设计框图如图2.1所示。LCD液晶显示屏显示时钟与复位电路单片机音频发生器按键输入歌曲选择电路蜂鸣器音频放大器图2.1 音乐播放器硬件电路设计框图利用单片机内部定时器/计数器T0与P1.1引脚配合,构成音频发生器,与外置电路组成音频放大器,
16、驱动扬声器输出。LCD液晶模块以并行方式与微控制器相连,15脚接高电平为并行方式,通过送入指令和数据,可对显示方式和显示内容做出选择。12 STC89C52RC 介绍STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。121主要特性1.增强型8051单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择,指令代码完全兼容传统8051.2.工作电压:5.5V3.3V(5V单片机)/3.8V2.0V(3V单片机)3.工作频率范围:040MHz,相当于普通8051的080MHz,实际
17、工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口(32个),复位后为:P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。7.ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.具有看门狗功能10.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211.外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down模式可由外部中断低
18、电平触发中断方式唤醒12.通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART13.工作温度范围:-40+85(工业级)/075(商业级)14.PDIP封装122 STC89C52RC的工作模式u 掉电模式:典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒,中断返回后,继续执行原程序u 空闲模式:典型功耗2mAu 正常工作模式:典型功耗4Ma7mAu 掉电模式可由外部中断唤醒,适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备123 STC89C52RC引脚功能说明STC89C52RC引脚图VCC(40引脚):电源电压VSS(20引脚):接地P0端口(P0.0P0.7,3932引脚):P0口是一个漏极开路的8
19、位双向I/O口。作为输出端口,每个引脚能驱动8个TTL负载,对端口P0写入“1”时,可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时,P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时,P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时,P0端口接收指令字节;而在校验程序时,则输出指令字节。验证时,要求外接上拉电阻。P1端口(P1.0P1.7,18引脚):P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动(吸收或者输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这是可用作输入口。P1口作输入口使用时,因为有内部上拉电阻,那些被外部拉低的引脚
20、会输出一个电流()。此外,P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体参见下表:在对Flash ROM编程和程序校验时,P1接收低8位地址。表1 P1.0和P1.1引脚复用功能引脚号功能特性P1.0T2(定时器/计数器2外部计数输入),时钟输出P1.1T2EX(定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制)P2端口(P2.0P2.7,2128引脚):P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,这
21、时可用作输入口。P2作为输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流()。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器(如执行“MOVX DPTR”指令)时,P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行“MOVX R1”指令)时,P2口引脚上的内容(就是专用寄存器(SFR)区中的P2寄存器的内容),在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间,P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口(P3.0P3.7,1017引脚):P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对
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