1、单 片 机 与 接 口 技 术课 程 设 计 (论 文 )数字音乐盒的设计院 （ 系 ） 名 称 电 子 与 信 息 工 程 学 院专 业 班 级 通 信 121 班学 号 120405003学 生 姓 名 潘 凤 麟指 导 教 师 高 影 讲 师起 止 时 间 ： 2015.7.42015.7.13课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：通信工程学 号 120405003 学生姓名 潘凤麟 专业班级 通信 121 班课程设计（论文）题目数字音乐盒的设计课程设计（论文）任务 完成数字音乐盒的硬件和软件设计。设计任务包括：1、系统硬件框图设计说明2、利用 I/O 口产生一
2、定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲（最少 3 首乐曲，每首不少于 30s）；3、采用 LCD 显示乐曲名称，可通过按键选择乐曲、暂停、播放。4、在 Keil 中完成程序的编辑和调试；5、通过 Keil 和 Proteus 进行联合仿真。指导教师评语及成绩平时成绩： 答辩成绩： 论文成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：平时成绩占 20%，答辩成绩占 40%，论文成绩占 40%。单片机与接口技术课程设计（论文）摘 要单片机是把 CPU、存储器和 I/O 接口集成在一片半导体硅片上的微型计算机。本次课程设计所设计出的数字音乐盒就是基于单片机的一个系统。它的的硬件电路部
3、分采用 Proteus 软件进行设计，以 AT89C51 单片机作为主芯片，用其 I/O 口产生不同频率的方波来驱动蜂鸣器发出不同的音调，再配以 LCD 显示屏和 4*4键盘实现必要的显示和控制。软件部分采用 Keil 与 Proteus 进行联合仿真，并用汇编语言来设计程序，把用 Keil 生成的 HEX 文件写入到单片机中即可实现设计所要求的功能。通过 Proteus 与 Keil 的联合仿真，该数字音乐盒可播放 3 首不同的歌曲，并可通过 LCD 显示屏显示歌曲名称或序号；可通过 4*4 键盘实现对歌曲的选择，暂停，与播放功能，故仿真结果符合设计要求。关键词： 数字音乐盒；LCD 显示屏
4、；键盘单片机与接口技术课程设计（论文）I目 录第 1 章 绪论 .11.1 AT89C51 简介 .11.2 仿真环境简介 .21.3 本文研究内容 .3第 2 章 数字音乐盒硬件电路图的设计与分析 .42.1 总体设计方案分析 .42.2 数字音乐盒部分电路原理说明 .42.2.1 蜂鸣器驱动部分电路图与原理说明 .42.2.2 LCD 显示部分电路图与原理说明 .52.2.3 键盘控制部分电路图与原理说明 .6第 3 章 数字音乐盒的软件设计 .73.1 数字音乐盒总体软件程序流程图与分析 .83.2 数字音乐盒各子程序的设计与分析 .83.2.1 系统初始化子程序设计与分析 .93.2.
5、2 LCD 显示子程序设计与分析 .93.2.3 蜂鸣器频率控制子程序设计与分析 .103.2.4 键盘控制子程序设计与分析 .11第 4 章 仿真结果与分析 .124.1 仿真结果 .124.2 仿真步骤与结果分析 .13第 5 章 总结 .15参考文献 .16附 录 .17附 录 .18附 录 .19单片机与接口技术课程设计（论文）0第 1 章 绪论1.1 AT89C51 简介所谓单片机，是指把 CPU、存储器和 I/O 接口集成在一片半导体硅片上的微型计算机。单片机的始祖是由 Intel 公司所开发出的 MCS-51 系列单片机。在 20 世纪 80 年代中期以后，Intel 公司以专利
6、转让或技术交换的形式把其开发单片机的内核技术转让给了许多半导体芯片生产厂家，ATMEL 公司就是其中之一，它开发出的 AT89C51 单片机被人们广泛地应用于生活与生产当中。下面分别简要介绍 AT89C51 的硬件结构及引脚。AT89C51 单片机的硬件结构如下图 1.1 所示，主要由 8 大部分构成：1 个 8 位的微处理器，完成运算与控制功能；片内 128B 的数据存储器，可扩展至片外 64KB；64KB的程序存储器，其类型是 Flash ROM,它的读写速度非常快，电擦除次数可达到 10000次；4 个 8 位的可编程并行 I/O 口（P0,P1,P2,P3) ，可提供地址总线，数据总线
7、，以及控制总线；1 个全双工的串行口；2 个 16 位的定时/ 计数器（T0，T1)；中断系统：包含 5 个中断源( 外部中断 0，定时器 T0，外部中断 1，定时器 1，串行口中断）和 2 个中断优先级（低级，高级）；21 个特殊功能寄存器。图 1.1 AT89C51 硬件结构图单片机与接口技术课程设计（论文）1AT89C51 的引脚采用 40 引脚双列直插式封装（DIP）方式，如下图 1.2 所示，按照功能可将其分为 3 类：一是电源及时钟引脚：VCC，VSS ，XTAL1，XTAL2，二是控制引脚：PSEN，ALE，EA，RST，三是 I/O 口引脚： P0，P1，P2 ，P3，为 4
8、个 8 位I/O 口的外部引脚。图 1.2 AT89C51 引脚分布图1.2 仿真环境简介本次课程设计采用 Proteus 与 keil 进行联合仿真。 Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 可以完成从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路的协同仿真
9、，并能够一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。Proteus 的处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MATLAB 等多种编译器。单片机与接口技术课程设计（论文）2Keil 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言/汇编
10、语言软件开发系统。Keil 提供了包括编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，并通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。把在 Keil 中编译，连接，运行后生成的十六进制 HEX 文件写入到用 Proteus 绘制出的硬件电路图的单片机中，启动电路后，即可完成仿真。1.3 本文研究内容本文研究的是基于单片机的数字音乐盒设计，经过对资料的查找和分析，我拟出了满足如下技术要求的设计方案。硬件电路部分用 Proteus 软件来绘制，软件部分采用Keil 软件，并基于汇编语言来进行程序设计。在仿真时，通过 Proteus 与 Keil 的联合仿真
11、，得到了满足设计要求的结果。单片机与接口技术课程设计（论文）3第 2 章 数字音乐盒硬件电路图的设计与分析2.1 总体设计方案分析本次课程设计所设计出的数字音乐盒在硬件电路上主要包括 3 大部分：蜂鸣器驱动部分，LCD 显示部分和键盘控制部分。它的总体方案框图如下图 2.1 所示。蜂鸣器驱动部分是采用 AT89C51 单片机的 P3.7 引脚产生不同频率的方波，从而去控制蜂鸣器发出不同的音调，这样就可以完成对一首歌曲的播放。LCD 显示部分采用 LM032L作为液晶显示器，并用 AT89C51 的 P0.0P0.7 引脚去控制 LCD 来完成乐曲名称或序号的显示。键盘控制部分采用 4*4 键盘
12、，并用 AT89C51 的 P1.0P1.7 引脚进行控制，以完成对歌曲的选择，暂停与播放功能。下面分别对各硬件电路图作以简要的介绍与分析，总电路原理图将在附录中给出。图 2.1 数字音乐盒总体设计方案框图2.2 数字音乐盒部分电路原理说明2.2.1 蜂鸣器驱动部分电路图与原理说明蜂鸣器驱动电路部分的原理采用 AT89C51 的 P3.7 引脚产生不同的频率方波去驱动蜂鸣器发出不同的音调。这些不同的音调由软件设计部分中不同的数码来实现，这些不同的数码就表示不同的频率成分，这些频率成分就会去驱动蜂鸣器发出不同的音调，从而完成对一首歌曲的播放。蜂鸣器驱动部分的电路图如下图 2.2 所示。蜂鸣器LC
13、D 液晶显示系统键盘控制系统AT89C51单片机单片机与接口技术课程设计（论文）4图 2.2 数字音乐盒蜂鸣器驱动部分示意图2.2.2 LCD 显示部分电路图与原理说明LCD 是液晶显示器的缩写，它是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能够改变光线通过方向的特性，从而达到白底黑字或黑底白字显示的目的。液晶显示器具有低功耗、抗干扰能力强等优点，因而被广泛应用在仪器仪表和控制系统中。而被广泛地应用在各类单片机系统中的显示模块是点阵字符型LCD 显示器，它的模块电路框图如下图 2.3 所示。图 2.3 字符型 LCD 模块的电路框图单片机与接口技术课程设计（论文）5如图 2
14、.3 所示，字符型 LCD 模块的电路图由控制器 HD44780、驱动器 HD44100及几个电阻和电容组成。HD44100 用作扩展字符显示。该电路模块共有 14 个引脚，其中 8 条数据线，3 条控制线，3 条电源线，通过单片机写入模块的数据和命令，就可以对显示方式和显示的内容作出选择。如本次课程设计中所设计的 LCD 显示部分，它的电路原理图如下图 2.4 所示。它采用 P0.0P0.7 引脚去控制 LCD 显示屏，再通过对应的软件指令的设计，即可令显示屏显示歌曲的名称或序号。图 2.4 数字音乐盒 LCD 显示部分示意图2.2.3 键盘控制部分电路图与原理说明常用的键盘接口分为独立式键盘接口和行列式键盘接口。独立式键盘接口适用于按键较少或操作速度较高的场合，而行列式键盘适用于按键数目较多的场合。由于本次课程设计要求能够播放至少 3 首歌曲，同时要能实现歌曲的暂停与播放功能，故选择按键数目较多的行列式键盘。行列式键盘的键盘结构如下图 2.5 所示，它由行线和列线组成，而各按键在行、列线的交叉点上。行线通过上拉电阻接到+5V 电源上。在无按键按下时，行线处于高电平状态；当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平也为高，这一点是识别行列式键盘是否按下的关键所在。
