1、 毕业设 计 题目 基于 89S52 单片机与 LED 点阵的音乐盒的设计 学生所在学院 电气信息学院 专 业 应用电子技术 学 号 20096421 学 生 姓 名 魏炜 指 导 教 师 徐漫琳 助理指导教师 起 止 日 期 重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 摘要 I 摘 要 随着现代电子技术的发展，人们正处于一个信息时代。每天要通过电视，广播，通信，互联网等多重媒体获取大量的信息。而现代信息的存储和传输越来越趋于高科技化， LED 电子显示屏作为一个信息传递没加，在人们日常生活生产中，起着不可替代的作用。 LED 之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这
2、些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。 LED 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 LED 因其体积小，耗电量低，亮度及环保等有点而被广泛应用于公共场所的大屏显示上， LED 点阵大屏可应用于户外广告，交通导航，大厅公告，比赛的多媒体实时显示等领域。现代 LED的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，实际情况是：很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围，所以在此只是简单的研究一下用单片机驱动的 LED显示移动的汉字。本设计作品的用途正是在于实现大屏显示的核心功能，即汉字
3、的显示，可实际用于简单的显示系统中，如简单的排队叫号显示屏，电梯显示屏等。 一首音乐是由许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的 频率。这样就可以利用不同的频率的组合，构成所想要的音乐了。当然，对于单片机来说产生不同的频率非常方便，可以利用单片机的定时 /计数器 T0来产生这样的方波频率信号。所以，只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。 汉字点阵显示是我国使用非常普遍的一种广告显示方式，通常是采用左右滚动或上下滚动的方式显示多个汉字。用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常
4、需要变化的信息，是非常有效的。 本设计结合了 LED 汉字点阵显示以及单片机的电子发声的原理，设计了一种可以播放并流动显示音乐名字的音乐盒。 关键词： 89S52 单片机， 16x16 汉字显示 ，音乐盒 重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 目录 I 目 录 摘要 . I 1 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 目的 . 3 2 方案设计 . 4 2.1 总体设计 . 4 2.2 实现功能 . 5 3 硬件电路设计 . 6 3.1 单片机简介 . 6 3.1.1中央处理器 . 7 3.1.2存储器组织 . 8 3.1.3 AT89S52 结构框图 . 9 3.1.4 AT89S5
5、2 的主要特性 . 10 3.1.5 AT89S52 引脚功能与封装 . 11 3.2 单片机最小系统 . 14 3.3 总体电路设计 . 15 3.4 LED点阵显示电路设计 . 16 3.4.1 LED 显示原理 . 17 3.4.2 点阵的流动显示 . 20 重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 目录 II 3.5电子发声电路设计 . 24 3.6译码电路设计 . 25 3.7驱动电路设计 . 27 4 程序设计与调试 . 29 4.1 程序流程图 . 29 4.2 LED点阵显示程序 . 29 4.3 电子发声程序 . 31 5 硬件调试结果与分析 . 38 5.1 LED显示部分
6、 调试 . 38 5.2 电子发声部分 调试 . 39 5.3 音乐盒整体效果介绍 . 39 6 试验总结 . 40 7 附录 . 41 附录 A：电路原理图 . 41 附录 B：整体 PCB图 . 42 附录 C：元件清单 . 43 附录 D：实物图 . 44 附录 E：完整程序代码 . 47 参考文献 . 74重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 绪论 1 1 绪论 1.1 概述 随着现代电子技术的发展，人们正处于一个信息时代。每天要通过电视，广播，通信，互联网等多重媒体获取大量的信息。而现代信息的存储和传输越来越趋于高科技化， LED 电子显示屏作为一个信息传递没加，在人们日常生活生
7、产中，起着不可替代的作用。 单片微型计算机（ single chip microcomputer）简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理器，一定容量的 RAM和 ROM 以及输入 /输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的。 单片机自 20 世纪 70 年代问世以 来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车
8、报站器，广告屏等。所以研究 LED显示有实用的意义。 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 LED 矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的 信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、 VCD 节目以及现场实况。 LED 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。 LED 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无
9、法比拟的优点。 LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。 LED 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如 16 16 点阵），将点阵文件存入 ROM，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 绪论 2 句，再由 MCU 根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。不论显示图形还是文字，都是控制与组成这 些图形
10、或文字的各个点所在位置相对应的 LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，在按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个 LED 发光器件占据数据中的1位（ 1bit），在需要该 LE D 器件发光的数据中相应的位填 1，否则填 0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样时可行的。这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范， 可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵，其大小也可以有 16 1
11、6、 24 24、 32 32、 48 48等不同规格。 用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。 图文显示屏的颜色，有单色、双色、和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙色 LED 点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在 LED点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的 LED发光器 件。换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点
12、阵，即可实现预期效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显示屏的原理，双色屏和多色屏就不难理解了。 为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。产生不同显示模式的方法，并不意 味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，
13、动感不显著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。 音调是由不同的频率产生的，而每一个音调都是由一个音符和一个节拍组成，音符决定该音调的高低，节拍则决定了该音调是多少拍。因此，一个音调是由两个重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 绪论 3 字节组成的。根据音符字节 产生该大小次数的延时，声音输出口取反，就可以得到该音调的高低音。根据设置单位节拍的延时大小，可以控制音乐演唱速度。 因此算法很简单：定义单片机的一个 I/O端脚为声音输出口，在规定的节拍内，根据音符字节的大小产生延时，将声音输出口不断的置高置低（即取反），就可以得到该音调。只要选取合适的单位节拍延时，
14、就可以输出动听的音乐。 电子发声部分，由单片机 P1.5口通过程序控制产生不同频率的方波，并通过三极管放大，驱动喇叭发声。 1.2 目的 LED 因其体积小，耗电量低，亮度及环保等有点而被广泛应用于公共场所的大屏显 示上， LED 点阵大屏可应用于户外广告，交通导航，大厅公告，比赛的多媒体实时显示等领域。现代 LED的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，实际情况是：很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围，所以在此只是简单的研究一下用单片机驱动的 LED显示移动的汉字。本设计作品的用途正是在于实现大屏显示的核心功能，即汉字的显示，可实际用于简 单的显示系统中，如简单的排队叫号显示屏，电
15、梯显示屏等。 本设计结合了 LED 汉字点阵显示以及单片机的电子发声的原理，设计了一种可以播放并 流动 显示音乐名字的音乐盒。 同时 由单片机 P1.5 口通过程序控制产生不同频率的方波，并通过三极管放大，驱动喇叭发声。 通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑，校验，锻炼时间能力和理论练习实际的能力。 重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 方案设计 4 2 方案设计 2.1 总体设计 LED 图像显示与电子发声总体框图如图 2.1所示，点阵 电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。控制电路部分包括一个 51单片机 和一些外围电路。 LED 图像以及字符
16、数据存放于单片机的程序存储器内，通过对单片机编程，读取 LED 图像及字符数据来控制 点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。由于两部分的电路在制板时可以放到一起，所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送。 设计框图如图 2.1所示： 图 2.1 总体设计框图 重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 方案设计 5 2.2 实现功能 此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器， 每列有一个列驱动器 。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描。另一方而，根据各列锁存的 数据，确定相应的 列驱动器是否将该列与电源的
17、另一端接通。接通的列，就在该行该列点 亮 相应的 LED；未接通的列所对应的 LED 熄灭。 电子发声部分，由单片机 P1.5口通过程序控制产生不同频率的方波，并通过三极管放大，驱动喇叭发声。 音乐盒实际效果： 接通电源，由 16X16 点阵 LED 显示屏 显示开机动画 ， 然后显示欢迎语句，欢迎语句上下流动 ； 通过 第一个 按键切换所播放的音乐 ，每按一次显示歌名，然后演奏音乐 ； 第二个按键为复位按键，用来回到欢迎界面。重庆大学城市科技学院综合设计（ 报告 ） 硬件电路设计 6 3 硬件电路设计 3.1 单片机简介 单片机的全称为单片微型计算机（ Single-Chip Microco
18、mputer）或微型控制器（ Micro-controller）。它在一块芯片上集成了中央处理单元 CPU、随机存储器RAM、只读存储器 ROM、定时器 /计数器和多种输入 /输出（ I/O），如并行 I/O、串行I/O 和 A/D 转换器等。就其组成而言一块单片机就是一台计算机。典型的结构如图1-1 所示。由于它具有许多适用于控制的指令和硬件支持而广泛应用于工业控制、仪器仪表、外设控制、顺序控制器中，所以又称为微控制单元（ MCU）。 单片机的基本结构见图 3.1。 图 3.1 单片机的基本结构 MCS-51 系列单片机，是 Intel公司继 MCS-48系列单片机之后，在 1980 年推出的高档 8 位单片机。当时 MCS-51系列产品有 8051、 8031、 8751、 80C51、 80C31 等型号。它们的结构基本相同，其主要差别反映在寄存器的配置上有所不同。 8051内部没有 4K 字节的掩膜 ROM 程序存储器， 8031 片内没有程序存储器，而 8751 是将8051 片内的 ROM换成 EPROM。 ATMEL89 系列单片机是 ATMEL公司的以 8031核构成的 8 位 Flash 单片机系列。
