1、天津冶金職業技術學院畢業設計基于AT89S51的音樂盒設計系 部 專 業 班 級 學生姓名 指導老師 2011年3月31日摘要單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現特性，它已經溶入現代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本系統是以51系列單片機AT89S52為主控制器，幾個按鍵、LED顯示管、揚聲器組成。系統通過各按鍵的控制，基于可靠的硬件設計和精確而穩定的軟件設計，并同時能在數碼管上顯示當前所播放歌曲順序的功能。系統完成顯示輸入信息、播放相應音符等基本功能。本系統運行穩定，其優點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。用一塊AT89S52組成的最

2、小系統作為控制中心，編好程序燒錄進單片機里，使I/O口產生一定頻率的方波，驅動蜂鳴器，發出不同的音調，從而演奏樂曲。輸出信號通過三極管放大，由一個蜂鳴器來表現信號的輸出。關鍵詞：單片機；按鍵；顯示數碼管；播放歌曲。目錄摘要1 引言12 電路功能概述22.1 硬件系統結構框圖22.2 時鐘電路32.3 單片機的復位及復位電路42.4 原理圖及說明6原理圖：6原理分析6元件介紹7 PCB板103 仿真、安裝和調試113.1.1 仿真圖113.1.2 仿真調試11總結13參考文獻14附錄：音樂程序151 引言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是毋庸置

3、疑的，其中智能音樂盒就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現代人工作、生活、提供更好的更方便的服務就需要從單片機技術著手，一切向著數字化控制，智能化控制方向發展。聲音是由物體振動產生，正在發聲的物體叫聲源。振動的頻率高，為高音；振動的頻率低，為低音。人耳比較容易辨識的聲音頻率范圍是20Hz到20,000Hz之間，一般音響電路是用正弦波信號驅動喇叭，從而產生悅耳的音樂；在數字電路里，則是用數字脈沖信號信號驅動喇叭，從而產生聲音。如果聲音的頻率相同，人類耳朵很難區分哪個是脈沖信號產生的聲音，哪個是正弦波信號產生的聲音。本設計所介紹的智能音樂盒，具有使用方便，音質效果良好，穩定性好，其輸

4、出溫度采用數字顯示，主要用于生日派對，家庭娛樂，兒童玩具，該設計控制器使用單片機AT89C51，具有五個功能鍵來選擇音樂的播放與復位，用三極管組成放大電路，實現驅動蜂鳴器播放音樂的功能。2 電路功能概述本設計主控芯片采用89S51單片機，采用C語言進行編程，根據代碼產生一定頻率的脈沖，驅動蜂鳴器，放出音。本系統功能鍵三個按鍵組成，其中A號和B號鍵是歌曲序列號鍵，可以直接選擇音樂；A號鍵選擇第一首歌，B號鍵選擇第二首歌，C號鍵復位。2.1 硬件系統結構框圖智能音樂盒的系統結構以AT89S51單片機為控制核心，加上三個按鍵、放大電路、時鐘電路、蜂鳴器等組成。系統組成框圖如圖：按鍵時鐘電路51單片機

5、放大電路2.2 時鐘電路時鐘電路用于產生單片機工作時所必需的時鐘控制信號。MCS51單片機的內部電路在時鐘信號的控制下，嚴格地按時序執行指令進行工作。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統的穩定性。單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調電容，就構成一個穩定的自激振蕩器，電路中我們采用電容C1和C2為30PF，石英晶體的振蕩頻率選用12MHz，如圖：2.3 單片機的復位及復位電路復位狀態：計算機在啟動運行時都需要復位，復位使中央處理器CPU和

6、系統中的其他器件都處于一種初始狀態，并從這個初始狀態工作。MCS-51系列單片機有一個復位引腳RST。在MCS-51系列單片機的RST引腳上輸入一個高電平信號，該高電平信號至少要維持兩個機器周期以上的時間，單片機被復位。復位電路：與其他計算機一樣，MCS-51單片機系統的復位方法有上電自動復位、手動復位以及“看門狗”復位等。此最小系統采用手動復位電路。在系統運行過程中，有時可能對系統需要進行復位，為避免對硬件經常加電和斷電造成的損害，我們可以采用手動復位。這種方法是將一個開關串聯一只電阻后，再并聯于電容C的兩端，在系統運行過程中需要復位時只要使開關閉合，在RST引腳上就會出現一定時間的高電平信

7、號，從而使單片機實現復位。復位電路如圖：2.4 原理圖及說明原理圖：使用Protel 99 SE繪制原理圖，繪制相應的原件封裝，進行電氣規則檢查并生成原件清單。原理分析：（1）原理圖說明：當鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計數器T0，產生一定頻率的脈沖，驅動蜂鳴器，放出樂曲。同時啟動定時器T1,顯示歌曲號。.硬件電路中用、（外部中斷0、1輸入端P1.0 P1.1）分別接S1、S2作為上、下一曲的功能鍵。.用P0.0-P0.7控制七段碼a,b,c,d,e,f,g。.用P1.4口控制喇叭。.電路為12MHZ晶振頻率工作，起振電路中C1,C2均為30pf。元件介紹：.AT89S51元件介紹AT89S5

8、1是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中

9、斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。.AT89S51引腳的排列、名稱、功能和用法AT89S51引腳的排列如圖：引腳介紹：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每

10、腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當

11、P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出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

12、由于上拉的緣故。 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /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。 I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數據，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數據讀入到內部總線。上面圖中的兩個三角形

13、表示的就是輸入緩沖器CPU將根據不同的指令分別發出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心，1然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置1端口鎖存器原來的狀態有可能為0Q端為0Q為1加到場效應管柵極的信號為1，該場效應管就導通對地呈現低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執行置1操作，則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態緩沖器中實現正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類I/O口被稱為準雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時

14、都是準雙向口。接下來讓我們再看另一個問題，從圖中可以看出這四個端口還有一個差別，除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能。 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，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。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

15、，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。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（0000H-FFFFH），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。

16、 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 2.4.4 PCB板：3 仿真、安裝和調試 仿真圖 仿真調試按照上面設計的電路在proteus軟件內畫圖，打開單片機軟件開發系統KEIL，選擇89S52單片機，在其中編寫程序，運行生成一個后綴名為HEX的文件，然后將該文件下載到仿真圖的AT89S52芯片中進行仿真，觀察實驗現象。仿真能實現播放音樂，按鍵播放歌曲等等功能，仿真成功后，安裝好實驗板子，然后將音樂程序下載到電路板內，觀察結果，能實現播放音樂，按鍵播放歌曲等等功能。程序調試中出現的問題及解決的辦法：（1） 有是會出現程序一點錯誤也沒有，但就是不能正常運行的現象，最后我們發現是因為程序中有的指令書寫

17、的不規范導致的，例如有的RET返回指令一定要按正確格式書寫或在兩行指令間最好不要留空行。（2） 程序中的跳轉指令的運用很重要，為保險起見，都用LJMP，我們就遇到過跳轉指令用錯程序無法正常運行的現象。當用JNZ指令時，跳轉范圍比較少，這是要用一個標號中轉。（3） 編程時要注意，在程序開始時，壓迫寫入各定時器中斷的入口地址。（4） 編程過程中要注意加注釋或分割線，否則，在程序過長是容易變得很亂，不便于超找或更改。（5） 編程前要加流程圖，這樣會使思路清晰，例如數字音樂盒的設計思路完全可以按著MP3的工作方式列寫流程圖。（6） LCD計時正常顯示的解決辦法：a、 兩個定時器同時工作，存在中斷時序問

18、題，剛開始時我們吧定時器1設定在方式3，計250us，由于定時中斷過于頻繁，使CPU負載過大，導致蕓月不能正常播放，時間不能正常顯示。解決辦法：講定時器1設定在工作方式1,16位技術，計50MS，效果有很大改觀，但還有問題。b、 當音樂為全4拍起始時，此時音樂節奏與定時器T1中斷頻率錯開，LCD顯示和音樂播放都會好一些。c、 另外，在歌曲中，當遇到一個音符發音為4拍，在編曲中為*CH，因時間較長，當定時器T1此時來中斷時，就會對歌曲播放產生影響，若改為發音一拍，中斷對歌曲播放影響減弱，但音樂效果變差。改進方案：若采用可以定時時間更長的單片機，可以避免所有問題。總結拿到這個題目以后，看了這個題目

19、的要求，因為系里要求在做設計的同時，還要做一個電路板，因為做一個板子比較麻煩所以決定用練習版來代替。然后我開始找這個電路板，買到這塊板子對板子進行焊接，調試等一系列的問題解決以后，然后開始寫程序，因為設計中要求，在音樂響起的同時還有LED燈伴隨閃爍，同時還要顯示歌曲序號，在解決這個問題時，我開始頭疼了，音樂響的同時可以顯示歌曲序號，但是無法使LED伴隨閃爍，因為音樂播放時用到了中斷，一旦加入了LED燈閃爍，音樂便無法正常播放，這讓我頭疼了一段時間，但是最后我在程序中又加入了另外一個中斷，才達到了題目的要求，程序寫好以后通過仿真圖仿真出來的效果還是不錯的，但是把程序燒入芯片中，在板子上運行的效果

20、卻沒有那么好，思來想去，問題應該出在了喇叭上，因為板子上使用的是蜂鳴器加三極管放大了，所以效果并沒有那么好，然后經過調試以后，終于得到了改觀，最終有了成效。次做論文的經歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經歷能讓我在以后學習中激勵我繼續進步。不積跬步何以至千里，本設計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業知識，并在設計中得以體現。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業論文工作順利完成，在此向天津冶金

21、職業技術學院，電信系的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們三年來的辛勤栽培。參考文獻1 戴佳、戴衛恒著 51單片機C語言應用程序設計實例精講M.北京: 電子工業出版社出版, 2006.2 張洪潤等著 單片機應用設計200例M.北京: 北京航空航天大學出版社出版, 2006.3 陳正義著 單片機控制實習M.北京: 人民郵電出版社出版, 2006.4 張義和著等 例說51單片機（C語言版）M.北京: 人民郵電出版社出版, 2008.5 許珉著 單片機原理及應用M.北京:中國電力出版社,2007.086 三恒星科技 MCS-51單片機原理與應用實例M. 北京：電子工業出版社，2008.017 寧愛民，蘭

22、如波主編 單片機應用技術.北京：北京理工大學出版社。2009.8附錄附錄：音樂程序#include <reg51.h>#include<intrins.h>unsigned char Count;unsigned char keys;sbit _Speak =P14 ; /訊響器控制腳 #define led P3unsigned char pattern_P3=0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFC,0xF9,0xF3,0xE7,0xCF,0x9F,0x3F,0xFF,0xAA,0x55,0x18,0xFF,0xF0,

23、0x0F,0x00,0xFF,0xF8,0xF1,0xE3,0xC7,0x8F,0x1F,0x3F,0x7F,0x7F,0x3F,0x1F,0x8F,0xC7,0xE3,0xF1,0xF8,0xFF,0x00,0x00,0xFF,0xFF,0x0F,0xF0,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFC,0xF8,0xF0,0xE0,0xC0,0x80,0x00,0x00,

24、0x80,0xC0,0xE0,0xF0,0xF8,0xFC,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0xFF,0x00,0xFF,0x00,0xFF,0x00,0xFF;unsigned char code SONG1 = /祝你平安0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x20,0x10,0x20,0x80,0x26,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x30,0x10,0x30,0x80,0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x1

25、c,0x20,0x20,0x80,0x2b,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x2b,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x80,0x26,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x26,0x10,0x26,0x60,0x40,0x10,0x39,0x10,0x26,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x26,0x10,0x26,0x80,0x26,0x20,0x2b,0x10,0x2b,0x10,0x2b,0x20,0x30,0x10,0x39,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x10,0x2

26、b,0x20,0x2b,0x40,0x40,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,0x2b,0x10,0x26,0x30,0x30,0x80,0x18,0x20,0x18,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x40,0x26,0x20,0x2b,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x20,0x80,0x1c,0x20,0x1c,0x20,0x1c,0x20,0x30,0x20,0x30,0x60,0x39,0x10,0x30,0x10,0x20,0x20,0x2b,0x10,0x26,0x10,0x2

27、b,0x10,0x26,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x10,0x2b,0x80,0x18,0x20,0x18,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x60,0x26,0x10,0x2b,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x20,0x80,0x26,0x20,0x30,0x10,0x30,0x10,0x30,0x20,0x39,0x20,0x26,0x10,0x2b,0x10,0x2b,0x20,0x2b,0x40,0x40,0x10,0x40,0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0x2

28、b,0x10,0x26,0x30,0x30,0x80,0x00,; unsigned char code SONG2 = /路邊的野華不要采0x1C,0x10,0x18,0x10,0x20,0x10,0x1C,0x10,0x18,0x40,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x1C,0x20,0x18,0x20,0x20,0x80,0xFF,0x20,0x30,0x1C,0x10,0x18,0x20,0x15,0x20,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x20,0x20,0x2B,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,0x80,0xFF,

29、0x20,0x20,0x1C,0x10,0x18,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,0x20,0x2B,0x40,0x20,0x20,0x1C,0x10,0x18,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,0x20,0x2B,0x40,0x20,0x30,0x1C,0x10,0x18,0x20,0x15,0x20,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x20,0x20,0x2B,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,0x80,0x20,0x30,0x1C,0x10,

30、0x20,0x10,0x1C,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,0x20,0x2B,0x40,0x20,0x15,0x1F,0x05,0x20,0x10,0x1C,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,0x20,0x2B,0x40,0x20,0x30,0x1C,0x10,0x18,0x20,0x15,0x20,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x20,0x20,0x2B,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,0x30,0x20,0x30,0x1C,0x10,

31、0x18,0x40,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x13,0x60,0x18,0x20,0x15,0x40,0x13,0x40,0x18,0x80,0x00,;void Time_Init() TMOD = 0x11; IE = 0x8a; IP = 0x02; TH0 = 0xD8; TL0 = 0xEF; /12MZ晶振，10ms TH1 = (65536 - 50000)/256; TL1 = (65536 - 50000)%256; TR1 = 1;void Time0_Int() interrupt 1 TH0 = 0xD8; TL0 = 0xEF; Count+; /長度加1void Time0_LED() interrupt 3static unsigned char L_Count = 0,n=0;TH1 = (65536 - 50000)/256; TL1 = (65536 - 50000)%256;if(+L_Count = 5)L_Count = 0;led=pattern_P3n+;n%=104;/*-功能:1MS延時子程序-*/void Delay_xMs(unsigned int x)