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基于單片機(jī)的自動(dòng)音樂播放器的設(shè)計(jì)(一)
摘 要
為方便人們的日常生活，優(yōu)化學(xué)校、機(jī)關(guān)等單位的計(jì)時(shí)系統(tǒng)，采用以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一種的自動(dòng)音樂播放器。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)89C58RD+的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，來(lái)完成時(shí)間的顯示和定時(shí)功能。并且，通過(guò)對(duì)定時(shí)器初值的設(shè)定來(lái)產(chǎn)生不同頻率的聲音，利用定時(shí)器中斷來(lái)完成對(duì)音樂節(jié)拍長(zhǎng)度的控制。通過(guò)LM386N1音頻功率放大器，將單片機(jī)輸出的信號(hào)放大，再通過(guò)喇叭播放樂曲。通過(guò)MAX232型芯片，可以轉(zhuǎn)換PC機(jī)上的電壓和單片機(jī)的電源電壓，再通過(guò)串口接入PC機(jī)，這樣就能從PC機(jī)上將用C語(yǔ)言編寫的程序下載到單片機(jī)上。最后可在數(shù)碼管上顯示時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，喇叭自動(dòng)播放一段連續(xù)的音樂。此設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)鬧鐘的刺耳聲音，取而代之的是美妙的音樂，能為人們的日常生活提供準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)，且成本低廉，值得推廣。
關(guān)鍵詞:單片機(jī)；自動(dòng)音樂播放；音頻轉(zhuǎn)換；時(shí)間顯示；LM386N1音頻功率放大器
The design of automatic music player based on monolithic integrated circuit
Abstract
In order to facilitate people's daily life, optimizes schools’, institutions’ timing system, used has designed one kind of automatic music player which based on monolithic integrated circuit. This design fixed time and counts the function using monolithic integrated circuit 89C58RD+, completes the time the demonstration and fixed time the function. And, Through hypothesis starting value of timer, product the different frequency sound. Severs using the timer completesthe control of music metre length.Through LM386N1 audio power amplifier, enlarges signal which the monolithic integrated circuit outputs,then broadcast music from loudspeaker. Through MAX232 chip,can transform PC machine on the voltage and the monolithic integrated circuit supply voltage.And then,turns on the computer though String mouth,then it can download procedure which compiles with the C language to monolithic integrated circuit from computer.At last,it can demonstrates the time on the digital tube.When time to after fixed time, the loudspeaker automatically broadcasts section of continual musics. This design get rid of the traditional alarm clock’s grating sound, displaces is the wonderful music,can provides the accurate time for people's daily life.The design cost very inexpensive,it is worth promoting.
Key word：Monolithic integrated circuit; Automatic music broadcast; Audio frequency transformation; Time demonstration; LM386N1 audio power amplifier
目 錄
論文總頁(yè)數(shù)：頁(yè)
引 言.......................................................................1
1 設(shè)計(jì)任務(wù)................................................................2
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 音樂編程原理及流程圖 ...............................................
2.1.1 聲音的產(chǎn)生 ......................................................
2.1.2 音頻轉(zhuǎn)換原理 ....................................................
2.1.3 音頻轉(zhuǎn)換流程圖 ..............................................
2.2 時(shí)間顯示程序設(shè)計(jì)..............................................
2.2.1 時(shí)間顯示模塊..............................................
2.2.2 時(shí)鐘流程圖 ..............................................
3 硬件電路的設(shè)計(jì)..............................................................2
3.1 硬件流程模塊（此節(jié)作為第1節(jié)---后面幾節(jié)就圍繞它來(lái)寫，并且要寫“連貫”）
3.2 主要模塊電路的設(shè)計(jì)..........................
3.2.1 89C58RD+型單片機(jī)介紹.........................................
3.2.2 LM386N及外圍電路的設(shè)計(jì)............. ...............
3.2.3 串行通信和MAX232芯片...........................................
3.2 4 AT89C52的定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述.........................................
3.2 5 LED顯示原理......................................................
4 KEIL仿真軟件及Protel 99 SE的應(yīng)用......................................
4.1 KEIL51的應(yīng)用..........................................................
4.2 Protel 99 SE的應(yīng)用.....................................................
4.3 PCB板制作.............................................................
5 仿真及調(diào)試過(guò)程..........................................................
5.1 硬件調(diào)試過(guò)程
5.2 軟件仿真及調(diào)試過(guò)程
6 結(jié)果分析................................................................ 結(jié) 論.....................................................................
參考文獻(xiàn).......................................................................
致 謝.....................................................................29
聲 明.....................................................................30
附 錄.....................................................................16
基于單片機(jī)的自動(dòng)音樂播放器的設(shè)計(jì)
引 言
單片機(jī)，更確切地說(shuō)應(yīng)稱為作微控制器，是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，其特點(diǎn)是功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、價(jià)格低廉。它一面世便在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表化、機(jī)電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，極大地提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。
本文將介紹一種以89C58RD+型單片機(jī)為基礎(chǔ)元件設(shè)計(jì)的自動(dòng)音樂播放器。在當(dāng)今這個(gè)科技高速發(fā)展的時(shí)代，時(shí)間對(duì)于每一個(gè)人都十分重要，時(shí)間就代表了金錢，代表了先機(jī)。所以，準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)和及時(shí)的時(shí)間提示就顯得相當(dāng)重要，各個(gè)公司、機(jī)關(guān)、院校日常作息都需要計(jì)時(shí)和號(hào)音提示，我們的日常生活也離不開時(shí)間。目前，此類音樂計(jì)時(shí)播放器在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始普及。校園里的上下課的鈴聲，宿舍內(nèi)早晨的起床號(hào)聲音，都由以前枯燥刺耳的鈴音轉(zhuǎn)變成了好聽的音樂，公路、廣場(chǎng)中的計(jì)時(shí)裝置也逐漸開始采用音樂來(lái)充當(dāng)鈴聲。此裝置不僅為人們?nèi)粘Ｉ畹挠?jì)時(shí)提供了方便，同時(shí)也為目前快節(jié)奏的生活帶來(lái)了樂趣。
本次設(shè)計(jì)以89C58RD+型單片機(jī)為基礎(chǔ)，利用單片機(jī)編成技術(shù)對(duì)芯片進(jìn)行功能設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的計(jì)時(shí)，并在四位共陰LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)。同時(shí)，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷，在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生所需要的音樂頻率，并通過(guò)LM386N1型音頻功率放大器將音頻信號(hào)放大。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，通過(guò)喇叭連續(xù)播放一段音樂。此設(shè)計(jì)通過(guò)多次測(cè)試，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，音樂聲音宏亮清晰，節(jié)拍正常，達(dá)到預(yù)期效果。
本文將圍繞基于單片機(jī)的自動(dòng)音樂播放器，介紹一些關(guān)于單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)、音樂播放器的制作原理及方法（其中包括了音樂編程原理）、定時(shí)器的設(shè)定、四位共陰LED數(shù)碼管的顯示、LM386N1型音頻功率放大器外圍電路的介紹，以及仿真軟件（Keil、Protel99 SE）的使用方法和相關(guān)PCB板的制作。
1 設(shè)計(jì)任務(wù)
在基于單片機(jī)的自動(dòng)音樂播放器中，采用89C58RD+型單片機(jī)為硬件基礎(chǔ)，通過(guò)C語(yǔ)言對(duì)芯片進(jìn)行編程。單片機(jī)需外接+5V穩(wěn)壓電源，并通過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片和串口接入PC機(jī)。單片機(jī)工作時(shí)，用軟件對(duì)定時(shí)器初值進(jìn)行設(shè)定，從而得到所需要的聲音頻率；通過(guò)四位共陰LED數(shù)碼管，可顯示時(shí)間，并可進(jìn)行定時(shí)設(shè)置；通過(guò)LM386N1芯片，將單片機(jī)輸出的信號(hào)放大，接入喇叭即可發(fā)聲。具體要求如下：
（1）對(duì)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，通過(guò)喇叭能連續(xù)播放一段音樂。要求播放出的音樂的音階準(zhǔn)確，不能有太大偏差，否則會(huì)造成音樂聲音刺耳難聽；音樂播放必須連貫，即音樂必須有節(jié)奏感；喇叭放出的音樂聲音響亮，不能太小，否則不能達(dá)到樂曲的提示作用。
（2）在四位共陰LED數(shù)碼管上顯示出時(shí)間（24小時(shí)制），包括小時(shí)、分鐘，當(dāng)定時(shí)1秒后，秒數(shù)加1；當(dāng)定時(shí)滿60秒后，秒數(shù)歸零，分鐘數(shù)加1；當(dāng)定時(shí)滿60分鐘后，分鐘數(shù)歸零，小時(shí)數(shù)加1；當(dāng)定時(shí)滿24小時(shí)后，小時(shí)數(shù)歸零。
軟件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的軟件部分包含了兩個(gè)重要組成部分:音樂編程和時(shí)間程序(注:也可以用下框圖來(lái)反映----具體自己畫和填寫!!!---便全面反映2.1和2.2等要寫的東西)
2．1音樂編程原理及其流程圖
2.1.1 聲音的產(chǎn)生
聲音是音頻振動(dòng)的結(jié)果，振動(dòng)的頻率高則為高音，頻率低則為低音。音頻范圍為20HZ-200KHZ之間，而人類耳朵比較容易辨識(shí)的聲音大概是200HZ-20KHZ。一般音響電路是以正弦波信號(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭，產(chǎn)生悅耳的音樂的；在數(shù)字電路里，則是以脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭以產(chǎn)生聲音。同樣的頻率，脈沖信號(hào)或正弦信號(hào)產(chǎn)生的音效，對(duì)于人類的耳朵來(lái)說(shuō)很難有所區(qū)別。
若用單片機(jī)產(chǎn)生聲音，可利用程序產(chǎn)生頻率，送到輸入/輸出端口，例如P1.0，再?gòu)脑擖c(diǎn)連接到喇叭的驅(qū)動(dòng)電路，即可驅(qū)動(dòng)喇叭。
2.1.2 音頻轉(zhuǎn)換原理
若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期，再將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)終止后就將P1.0反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。就可在P1.0引腳上得到此頻率的脈沖。
利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（MODEL1）下，改變其計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階。例如，頻率為523HZ，其周期T=1/523=1912us，因此只要令計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)956 us/1 us=956，每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相，就可得到中音DO（523HZ）。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：
N = F1/2/F2 （式3-2-1）
式3-2-1中，N是計(jì)數(shù)值；F1是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為12MHZ時(shí)，其頻率為1MHZ）；F2為想要產(chǎn)生的聲音頻率。
其計(jì)數(shù)初值T的求法如下：
T = 65536 –N = 65536 - F1/2/F2 （式3-2-2）
本次設(shè)計(jì)采用16位定時(shí)方式，晶體振蕩器頻率為6MHZ，根據(jù)式3-2-1和式3-2-2可以計(jì)算出各音樂頻率的計(jì)數(shù)器初值，再將十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器初值轉(zhuǎn)換為四位16進(jìn)制，將其制表寫入程序中，通過(guò)查表裝入要求的初值即可。音階與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-1所示。
表2-1
音符 DO RE ME FA SO LA SI
低音簡(jiǎn)譜碼 1 2 3 4 5 6 7
頻率/Hz 523 587 659 698 784 880 987
高音簡(jiǎn)譜碼 1 2 3 4 5 6 7
頻率/Hz 1046 1174 1318 1396 1567 1760 1975
2.1.3 節(jié)拍的產(chǎn)生
音階的頻率是固定的，而節(jié)拍有快有慢，拍子越短節(jié)奏越快，拍子越長(zhǎng)節(jié)奏越慢�？刂瓢l(fā)音的時(shí)間有兩種方法：調(diào)用延時(shí)子程序或采用定時(shí)器中斷。本次設(shè)計(jì)采用的是定時(shí)器終端方式。
首先在整首樂曲中找出最短的拍子，一般為1/4拍，拍子的時(shí)間約為0.125s。然后以1/4拍為基準(zhǔn)，然后設(shè)定每0.125s產(chǎn)生一次中斷，其定時(shí)器值為125000，定時(shí)常數(shù)為08F3H。若采用模式2，定時(shí)器值太小，不是很好用。所以采用模式1，將定時(shí)器值設(shè)為62500，即0CDCH，則只需要執(zhí)行2次定時(shí)器中斷就可以產(chǎn)生1/4拍的時(shí)間長(zhǎng)度。同樣，若要產(chǎn)生其它的拍子（如1/2拍，3/4拍……）,只需要定時(shí)器中斷N次，產(chǎn)生N*0.125s定時(shí)，使其滿足各個(gè)節(jié)拍的時(shí)間長(zhǎng)度即可。
設(shè)計(jì)的程序按如下方法編寫：
（1）將音符代碼裝入8位字節(jié)高4位，節(jié)拍代碼裝入低4位，組成一個(gè)字節(jié)，以此類推。將整段樂曲轉(zhuǎn)換成一定長(zhǎng)度的編碼表。具體編程方法如下：
1.首先，定義toneh[]和tonel[]兩個(gè)數(shù)組，將各個(gè)音樂頻率的定時(shí)器初值的16進(jìn)制數(shù)的高8位裝入toneh[]，低8位裝入tonel[]。
2.利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷，將toneh[]和tonel[]的數(shù)據(jù)分別裝入TH0和TL0，并且，收到信號(hào)P1.0就反相。
void timer0(void) interrupt 1 using 1
{
P1_0=!P1_0;
TH0=toneh[rti];
TL0=tonel[rti];
}
3.利用定時(shí)器1控制音樂節(jié)拍的時(shí)間長(zhǎng)度，將上文所述的定時(shí)器初值裝入定時(shí)器1。
void timer1(void) interrupt 3 using 2
{
TH1=0x0c;
TL1=0xdc;
m++;
}
（2）在程序執(zhí)行時(shí)順序查此表，取出音符代碼，查頻率表，置入T/C口，取出節(jié)拍代碼，供定時(shí)器使用，啟動(dòng)后即可發(fā)出聲音。
2.1.4 音頻轉(zhuǎn)換流程圖
設(shè)計(jì)的軟件流程如圖2-2所示。程序開始運(yùn)行時(shí)先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中包括定時(shí)器及其工作方式的選擇、外部中斷設(shè)定、定時(shí)器初值的設(shè)定。利用單片機(jī)，通過(guò)軟件的方式產(chǎn)生所需要的音樂頻率，并將收到的信號(hào)與音頻編碼表進(jìn)行對(duì)比。若信號(hào)在編碼表中，則將該頻率的定時(shí)器初值寫入定時(shí)器中，并讀取頻率的音階，再?gòu)膯纹瑱C(jī)的P1.0口輸出，經(jīng)過(guò)音頻放大器驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出聲音，利用驅(qū)動(dòng)喇叭演示程序即可控制音樂的節(jié)拍。若信號(hào)不在編碼表中，則返到初始化。
2.2 時(shí)間顯示程序設(shè)計(jì)
2.2.1設(shè)計(jì)思路
對(duì)于時(shí)間程序的設(shè)計(jì)，主要依靠單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘由秒針、分針和時(shí)針組成，在程序中分別由sdata，mdata，hdata表示各單位的數(shù)據(jù)。首先對(duì)sdata，mdata，hdata分別設(shè)定一個(gè)初值，其中sdata設(shè)為0，表示秒針初始為0。然后利用定時(shí)器對(duì)秒針計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到1秒的時(shí)間后產(chǎn)生定時(shí)器中斷，sdata的數(shù)據(jù)就加1。由于本次設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為6MHz，所以定時(shí)器取值為2500。將hdata的數(shù)據(jù)裝入第一和第二個(gè)數(shù)碼管，將mdata的數(shù)據(jù)裝入第三和第四個(gè)數(shù)碼管。當(dāng)sdata的數(shù)據(jù)為59時(shí)，若此時(shí)再來(lái)一個(gè)定時(shí)器中斷，則秒針重新歸零，而分針就加1。同樣，分針和時(shí)針的進(jìn)位也是同一道理。
當(dāng)設(shè)定的鬧鐘時(shí)間一到，程序即轉(zhuǎn)入音頻程序，驅(qū)動(dòng)喇叭放出音樂。
2.2.2 時(shí)鐘程序流程圖
時(shí)鐘程序流程圖如圖2-3所示。（應(yīng)有簡(jiǎn)單的文字?jǐn)⑹龌蚪忉專?br />
3 硬件電路的設(shè)計(jì)
3.1硬件流程模塊
設(shè)計(jì)的硬件流程模塊如圖3-1所示。首先，PC機(jī)通過(guò)串口及MAX232芯片將程序下載到單片機(jī)中，其中包括把一個(gè)個(gè)的單音寫入單片機(jī)的ROM存儲(chǔ)器中，程序運(yùn)行時(shí)再將音樂數(shù)據(jù)按順序讀出，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷控制音樂節(jié)拍的長(zhǎng)度，這樣就能形成一段樂曲。在單片機(jī)P1.0口接入音頻放大電路，將單片機(jī)輸出的信號(hào)放大，再通過(guò)喇叭播放音樂。單片機(jī)P2口接4位共陰LED數(shù)碼管，并外接1K歐的排阻，利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器中斷控制時(shí)間程序，然后在數(shù)碼管上顯示出時(shí)間。
3.2 模塊電路的設(shè)計(jì)
3.2.1 89C58RD+型單片機(jī)介紹
89C58RD+是一種帶32KB閃爍可編程/可擦除制度存儲(chǔ)器（EPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS的8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，因而ATMEL的89C58RD+是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。并且，比起跟它同種類型的89C51，它具有更大的Flash存儲(chǔ)器，可下載很大容量的程序代碼，因此功能更加強(qiáng)大，應(yīng)用范圍更廣泛。
89C58RD+有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，9個(gè)中斷源，內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,可編程UART串行通信口，SPI串行口，89C58RD+可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。89C58RD+有PDIP、TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同應(yīng)用系統(tǒng)的需求。
89C58RD+管腳如圖3-2所示,其中
時(shí)鐘引腳
XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)聲器的輸入端。
XTAL2：接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。
注意：如果采用片內(nèi)的振蕩電路，要在單片機(jī)的引腳XTAL1和XTAL2之間連接一個(gè)石英晶體或陶瓷諧振器，并接兩個(gè)電容到地。
控制線或其他電源的復(fù)位引腳
RST：復(fù)位輸入端。
ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部寄存器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在Flash編程期間，此管腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，次頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如果禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。
：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在有外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。
/Vpp：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意要加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)斷保持高電平時(shí)，此間訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在Flash編程期間，此管腳也用于施加12V編程電源（Vpp）。
輸入/輸出引腳
P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在Flash編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)Flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0口輸出原碼，此時(shí)，P0口外部必須被拉高。
P1口：P1口為一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口為第八位地址接收。
P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高。且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉底，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部8位地址數(shù)據(jù)校驗(yàn)時(shí)，P2口輸出其特殊功能起存器的內(nèi)容。P2口在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，接收高8位地址信號(hào)和控制信號(hào)。
P3口：P3口為一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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口也可作為一些特殊功能口，如表2-1所示。
表2-1
口 管腳 備選功能
P3.0 RXD 串行輸入口
P3.1 TXD 串行輸出口
P3.2 外部中斷0
P3.3 外部中斷1
P3.4 T0 計(jì)時(shí)器0外部輸入
P3.5 T1 計(jì)數(shù)器1外部輸入
P3.6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通
P3.7 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通
3.2.2 LM386N1及外圍電路的設(shè)計(jì)
LM386N1乃音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,加之封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，使LM386N1具有靜態(tài)功耗低（約為4mA），可用電池供電；工作電壓范圍寬（4-12V or 5-18V）；外圍元件少等特點(diǎn)。
LM386N1管腳示意圖如圖3-3。
LM386N 外圍電路如圖3-4所示意。其中R3為正相輸入電阻，取值為10K；R4、R5是分壓電阻，取值分別為0.5K和0.01K；C9、C10是旁路電容，取值分別為0.1uf、10uf；C11是一個(gè)耦合電容，取值為47uf；C12是旁路電容，取值為0.047uf。
3.2.3 串行通信和MAX232芯片
在單片機(jī)和PC機(jī)之間，要通過(guò)MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，MAX232芯片主要是完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。??EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。??MAX232電路具有的特點(diǎn)是：?jiǎn)?V電源工作；兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器；±30V輸入電平；低電源電流（典型值是8mA）；符合甚至優(yōu)于ANSII標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28。
MAX232的外圍電路如圖2-4所示。MAX232的13、14腳（Rli、Tlo）分別接串口的數(shù)據(jù)發(fā)送端、數(shù)據(jù)輸出端，11、12腳（Rlo、Tli）分別接單片機(jī)的11、10腳（TXD、RXD）。在1腳和3腳、4腳和6腳、2和16腳、6和15腳以及15和16腳之間分別接1個(gè)1uf的電容，即可使芯片正常工作，完成電平轉(zhuǎn)換功能。
3.2.4 AT89C52的定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述
AT89C52單片機(jī)有3個(gè)獨(dú)立的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（T0），定時(shí)/計(jì)數(shù)器1（T1）和定時(shí)/計(jì)數(shù)器2（T2）。它們都有定時(shí)或事件計(jì)數(shù)功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合。
3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，其中T0，T1可作16位加1計(jì)數(shù)器，T2既可作16位加1計(jì)數(shù)器，也可作減1計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都可由軟件設(shè)置為定時(shí)工作方式或計(jì)數(shù)工作方式。
當(dāng)設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，通過(guò)引腳T0（P3.4）,T1（P3.5）,T2（P1.0）對(duì)外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入脈沖信號(hào)從1到0負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)就1。為了確保某個(gè)電平在變化之前至少被采樣一次，要求電平保持時(shí)間至少是一個(gè)完整的機(jī)器周期。
當(dāng)設(shè)置為定時(shí)方式時(shí)，AT89C52片內(nèi)振蕩器輸出的時(shí)鐘經(jīng)12分頻或6分頻后，作為定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖。每當(dāng)來(lái)一個(gè)時(shí)鐘下降沿時(shí)，定時(shí)器T0，T1或T2的數(shù)值加1，直至計(jì)滿溢出為止。
3.2.5 LED顯示
LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外,編程方法也是不同的。共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽(yáng)極連在一起即為共陽(yáng)式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽(yáng)極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將"b"和"c"段接上正電源，其它端接地或懸空，那么"b"和"c"段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“2”。四位共陽(yáng)數(shù)碼管管腳圖如圖3-6。
4 KEIL仿真軟件及Protel 99 SE的應(yīng)用
4.1 KEIL51的應(yīng)用
硬件與軟件的設(shè)計(jì)一般都要分別借助一些軟件，如我們通常用作電路設(shè)計(jì)與制版的Protel，MCS-51程序開發(fā)工具KEIL等。
Keil C51 uVision2集成開發(fā)環(huán)境是基于80C51內(nèi)核的軟件開發(fā)平臺(tái)，支持工程建立、程序的編譯與鏈接、軟件仿真、硬件仿真、目標(biāo)代碼的生成等功能。Keil C51編譯器在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平。
與大多數(shù)集成開發(fā)環(huán)境類似，Keil C51集成開發(fā)環(huán)境也是用工程的方法來(lái)管理文件，在一個(gè)工程文件中源程序（C51程序、匯編程序）、頭文件等都可以進(jìn)行統(tǒng)一管理。
安裝運(yùn)行KEIL51，使用KEIL的開發(fā)工具進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程，與其他軟件開發(fā)項(xiàng)目的過(guò)程基本上相同：
創(chuàng)建C 語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言的源程序。
編譯或匯編源文件。
糾正源文件中的錯(cuò)誤。
從編譯器和匯編器連接目標(biāo)文件。
測(cè)試連接的應(yīng)用程序。
4.2 Protel 99 SE的應(yīng)用
Protel軟件是由澳大利亞的Protel Technolgy公司推出的，一直是從事印刷電路板設(shè)計(jì)的首選軟件。在1990年，Protel軟件由DOS平臺(tái)發(fā)展到Windos平臺(tái)，是世界上第一家運(yùn)行在Windos平臺(tái)的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件。Protel 99 SE是由Protel 99版本發(fā)展而來(lái)的，是基于Windos環(huán)境下的EDA軟件。
Protel 99 SE主要的功能模塊
電路原理圖(Schematic)設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器，用于修改、生成原件符號(hào)的元件庫(kù)編輯器以及各種報(bào)表的生成器。
印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括用于設(shè)計(jì)電路板的PCB編輯器，用于PCB自動(dòng)布線的Route模塊。用于修改、生成元件封裝的元件封裝庫(kù)編輯器以及各種報(bào)表的生成器。
可編程邏輯器件（PLD）設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括具有語(yǔ)法意識(shí)的文本編輯器、用于編譯和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果的PLD模塊。
電路仿真(Simulate)模塊。該模塊主要包括一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)/�；旌闲盘�(hào)電路仿真器，能提供連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)仿真。
4.3 PCB板的設(shè)計(jì)制作
印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件．它提供電路元件和器件之間的電氣連接，是從原理圖到實(shí)際產(chǎn)品必經(jīng)的一道設(shè)計(jì)工序。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大。要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計(jì)質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB．應(yīng)遵循以下一般原則：
布局(1)首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，成本也增加；過(guò)小，元器件排列太密集，則會(huì)增加布線難度，還會(huì)引起相鄰線的干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。
(2)某些元器件或?qū)Ь�之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。
(3)重量超過(guò)15g的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。
(4) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上．盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。
(5)應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。
2）布線(1)輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。
(2)電源線和地線的寬度應(yīng)盡量的大，一般在2-3mm以上。
(3) PCB布線不可以走成直角，以免產(chǎn)生阻抗突變。
(4)盡量避免使用大面積銅箔，否則，長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。
3）焊盤焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對(duì)高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。
5 仿真及調(diào)試過(guò)程
5.1 硬件調(diào)試過(guò)程
本次設(shè)計(jì)的硬件電路主要由單片機(jī)89C58RD+、MAX232和LM386N1的外圍電路組成，在調(diào)試電路的過(guò)程中也碰到了一些問(wèn)題。
問(wèn)題一：?jiǎn)纹瑱C(jī)無(wú)法正常下載程序。
調(diào)試步驟：
（1）檢查單片機(jī)和串口電路是否連接錯(cuò)。發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的18、19腳的印制線接在了17、18腳上，導(dǎo)致晶振無(wú)法正常工作。出現(xiàn)錯(cuò)誤原因則是制作PCB板時(shí)，制作板子的人將印制線連錯(cuò)。解決方法：把17腳的印制線用小刀切斷，再將19腳與晶振用導(dǎo)線連接起來(lái)。
（2）檢查串口的接口是否連接正確。發(fā)現(xiàn)串口連接線的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送兩端接反了，導(dǎo)致單片機(jī)無(wú)法接受到數(shù)據(jù)。解決方法：將串口DB9端拆開，把連接2和3腳的數(shù)據(jù)線交換。
（3）檢查焊接電路是否有虛焊和漏焊。
（4）檢查串口助手的芯片選擇是否正確。
MAX232工作電壓如表6-1所示。
表6-1
管腳 電壓值（V） 管腳 電壓值（V）
1 6.67 9 4.70
2 8.78 10 0
3 2.52 11 4.77
4 4.13 12 0.44
5 -4.25 13 -9.85
6 -8.16 14 -7.60
7 8.26 15 0
8 0 16 4.79
問(wèn)題二：下載音頻程序后無(wú)法播放音樂。
調(diào)試步驟：
檢查電源是否正常接入電路中。
利用示波器測(cè)試單片機(jī)輸出端是否有信號(hào)輸出，發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸出正常，說(shuō)明單片機(jī)正常工作。
利用示波器測(cè)試音頻放大電路輸出端是否有信號(hào)輸出，發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸出正常，說(shuō)明音頻放大電路工作正常，同時(shí)說(shuō)明是喇叭部分出現(xiàn)了問(wèn)題。
故障原因：焊接時(shí)將發(fā)聲器件燒壞了，導(dǎo)致發(fā)不出聲音。
解決方案：重新?lián)Q一個(gè)8歐姆喇叭，即可正常播放音樂。
5.2 軟件仿真及調(diào)試過(guò)程
本次設(shè)計(jì)的軟件部分由時(shí)間顯示程序和音樂播放程序組成。
時(shí)間顯示程序仿真
對(duì)于時(shí)間顯示程序，我采用了Preteus軟件來(lái)仿真。首先進(jìn)入Preteu界面，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真電路，及一個(gè)單片機(jī)的基本外圍電路，在P0.0-P0.7接一個(gè)4位共陰數(shù)碼管和排阻，如圖6-1。最后，把程序調(diào)入單片機(jī)中，開始運(yùn)行。
1）調(diào)試過(guò)程中所遇到的問(wèn)題：運(yùn)行程序時(shí)LED4位共陰數(shù)碼管顯示程亂碼。
原因分析：數(shù)碼管初始設(shè)置有錯(cuò)。
解決方案：重新設(shè)置數(shù)碼管顯示參數(shù)，正確的設(shè)置為{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。
2）數(shù)碼管顯示的時(shí)間與真正的時(shí)間進(jìn)度不一致。
原因分析：定時(shí)器初值設(shè)置有誤。本次設(shè)計(jì)的晶振為6MHZ，而程序中的初值卻設(shè)置成了12MHZ晶振所采用的值5000，導(dǎo)致顯示的時(shí)間比真正的時(shí)間要慢。
解決方案：將定時(shí)器初值改為12MHZ晶振初值的一半，及2500即可。
2、音樂播放程序調(diào)試過(guò)程
關(guān)于音樂播放程序的調(diào)試，我首先采用Preteus軟件來(lái)仿真，但是該仿真軟件中沒有喇叭或蜂鳴器等聲音播放工具。于是本人將圖6-1中的單片機(jī)的P1.0處接了一個(gè)示波器，想通過(guò)這樣來(lái)仿真并調(diào)試音樂播放程序，但是效果不是很理想。程序運(yùn)行的時(shí)候，能看見示波器有不同頻率的波形交替出現(xiàn)，但是頻率變換得很快，無(wú)法確認(rèn)是否顯示的是所需要的頻率，并且無(wú)法辨別音頻變換的節(jié)奏是否正確。此方法并不適用。
接著，我制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)播放器電路。即在實(shí)驗(yàn)板上焊接實(shí)驗(yàn)電路，電路由單片機(jī)89C58RD+、MAX232的外圍電路組成，并在單片機(jī)的P1.0處用三極管連接一個(gè)簡(jiǎn)單的音頻放大器，再外接一個(gè)喇叭。將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，這樣就能聽出聲音和音樂節(jié)奏是否正確。
6 結(jié)果分析
結(jié) 論
經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺得自己學(xué)到了不少東西。歸納起來(lái)，主要有以下幾點(diǎn)：
1、通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我能將以前四年所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐相聯(lián)系，將所學(xué)到的知識(shí)充分運(yùn)用到本次設(shè)計(jì)中。同時(shí)，我也認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)上不足的地方，體會(huì)到了所學(xué)理論知識(shí)的重要性，知識(shí)掌握得越多，設(shè)計(jì)得就更全面、更順利、更好。
2、進(jìn)一步熟悉了單片機(jī)的知識(shí)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)的基本原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、各引腳功能、定時(shí)器和中斷的應(yīng)用都有了更深刻的理解。并且，能夠以單片機(jī)為基礎(chǔ)元件設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。
4、通過(guò)本次設(shè)計(jì)，熟悉了設(shè)計(jì)一個(gè)項(xiàng)目所必經(jīng)的幾個(gè)階段。本次設(shè)計(jì)從理論研究到硬件原理圖設(shè)計(jì)，從元器件的選擇到PCB板的制作，從軟件編程到最后的調(diào)試過(guò)程都由我獨(dú)立完成。這不僅鍛煉了我獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作的能力，更重要的是了解了一個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，為將來(lái)投入工作增加了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
5、提高了自己查找資料的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我碰到了一些暫時(shí)無(wú)法解決的問(wèn)題，于是我通過(guò)上網(wǎng)查閱和圖書館借閱資料，或是通過(guò)與老師同學(xué)交流一步步地解決了。從中我懂得了我們這個(gè)專業(yè)的知識(shí)面相當(dāng)廣泛，我們需要不斷通過(guò)各種途徑更新自己的知識(shí)，不斷充實(shí)自己，同時(shí)要懂得與他人交流意見，積極聽取別人的建議，懂得團(tuán)隊(duì)合作的重要性。
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[7] 張洪潤(rùn)，張亞凡。單片機(jī)原理及應(yīng)用。清華大學(xué)出版社，2004。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)中學(xué)習(xí)和實(shí)踐的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它綜合的考察了一個(gè)學(xué)生對(duì)過(guò)去所學(xué)的知識(shí)的運(yùn)用能力和對(duì)新知識(shí)吸收、消化能力，通過(guò)設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)我們獨(dú)立思考、開拓創(chuàng)新、勇于探索的能力。在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，我查閱了大量的文獻(xiàn)資料，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的學(xué)習(xí)、討論、設(shè)計(jì)、調(diào)試，最終完成了設(shè)計(jì)方案。通過(guò)設(shè)計(jì)，我們不僅掌握了設(shè)計(jì)的基本步驟，還學(xué)會(huì)了科學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，拓寬了知識(shí)面。在本課題設(shè)計(jì)中，為了熟悉課題，我通過(guò)圖書館、互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)查閱了許多相關(guān)的資料，加強(qiáng)了自學(xué)能力并且有意識(shí)地將掌握知識(shí)歸納總結(jié)運(yùn)用到實(shí)踐中來(lái)。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，離不開學(xué)校指導(dǎo)老師對(duì)我們的全力支持。他們盡最大努力為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供好的條件，以使我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成。
在此，我特別感謝王春圃老師。王老師在本次設(shè)計(jì)中給與了我很大的幫助，在理論上使我有了良好的基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有了清楚的思路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中給我提出了許多寶貴的意見，并且?guī)椭乙黄鸾鉀Q設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)耗費(fèi)了許多的心血。同時(shí)，我也要感謝在設(shè)計(jì)中給予我支持的其他老師和同學(xué)！
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