1、本科毕业设计（论文）（20 届）基于单片机的音乐流水灯设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期目 录摘要 .IIIAbstract .IV第一章 前 言 .1第二章 概 述 .22.1 设计目的与要求 .22.2 方案选择 .22.3 单片机的定义 .22.4 单片机的发展概述 .32.5 单片机硬、软件概述 .32.6 单片机引脚概述 .4第三章 硬件设计 .63.1 80C51 单片机介绍 .63.1.1 80C51 单片机内部结构 .63.1.2 单片机的定时器/计数器 .73.1.3 中断 .83.2 电源电路 .93.3 复位电路 .93.4 晶振电路 .10
2、3.5 流水灯电路 .113.6 蜂鸣器电路 .11第四章 软件设计 .134.1 Keil c51 软件介绍 .134.1.1 KeilC51 集成开发环境的主要功能 .134.1.2 编辑器和调试器 .134.1.3 C51 编译器 .144.2 MCS-51 单片机软件 Keil c51 开发过程 .154.3 单片机应用系统软件设计事项 .154.4 Proteus 仿真软件介绍 .164.5 音乐流水灯程序设计 .16总 结 .30参考文献 .31附录 A 仿真结构图 .32致 谢 .33基于单片机的音乐流水灯摘要芯片技术随着经济的发展、科技的进步也得到了飞速发展，使单片机技术在各种
3、民用和工业测控等领域得到了更为广泛的应用。单片机技术包含了硬、软两个方面的技术。硬件是以单片机为核心，再加以其他各元器件组成的电子电路的一个实体。它既是单片机技术，又有电子类专业所必须掌握的模拟、数字、高频等电子电路的综合运用。此次毕业设计的目的是让电子专业的毕业生通过自己的努力，综合运用各方面的专业知识，掌握一定的电子产品的设计、制作技能和调试技术，巩固电子技术的理论知识，锻炼和提高学生的动手能力和综合运用知识解决实际问题的能力。本文设计了一种基于单片机的音乐流水灯，介绍了以 80C51 单片机为核心控制器件和外围电路以及与之相配套的软件等构成的音乐流水灯系统的设计，该系统其实就是一个带了
4、8 个发光二极管的单片机最小应用系统，主要是通过单片机的定时中断功能来实现音乐和流水灯的完美结合。关键词：80C51 单片机；发光二极管；蜂鸣器Music Water Lamp Based on SCM AbstractChip technology with the development of economy, the progress of science and technology also got rapid development, make SCM technology in all kinds of civil and industrial measurement etc g
5、ot more widely. Single chip microcomputer contains two aspects of hardware and software of the technology. Hardware based on singlechip, again to the other components of electronic circuits of an entity. It is both single chip microcomputer, and electronic speciality must grasp to analog and digital
6、, high frequency electronics circuit comprehensively. The graduation design, the purpose is to let the electronic graduates, through their own efforts, comprehensive use of various aspects of professional knowledge, grasps certain electronic product design, production skills and debug technology, co
7、nsolidate electronic technology theory knowledge, exercise and improve students practicalability and comprehensive utilization knowledge solution actual problem ability. Thispaper introduces a design based on SCM music running water, introduces the lamp 80C51 SCM as the core control devices and peri
8、pheral circuit and with matching software make music water system design, the light is actually a system with eight leds single-chip minimum application system, mainly through the MCU timing interrupt function to realize music and the perfect combination of water lamp. Keywords:80C51 SCM,Leds,buzzer
9、第一章 前 言单片机技术飞速发展，单片机的广泛应用已经渗透到国民经济的各个领域，处处影响着人们的生活，它们的出现给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机凭借其高成本低、高性能高、高可靠性，已经成为微电脑控制的主力军。据统计，我国的单片机需求量达 2 亿片以上，而且每年以大约15的速度增长，发展迅速的单片机行业有着广阔前景。单片机以其高可靠性、高性价比在工业测控系统、数据采集系统、智能仪器仪表、只能家电等诸多领域得到广泛的应用，因此，单片机应用技术是作为将要从事单片机开发方向的技术人员所必需掌握的。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，所以，通过单片机音乐流水灯系统的设计和研究
10、，对于切实掌握单片机相关知识具有重要的理论和实际意义。目前，国内外对于单片机流水灯的研究，是通过软硬件结合，构造出最简单的流水灯，在此基础上扩展出更为复杂的流水灯控制，比如键盘控制流水花样、控制流水灯显示数字或图案等等。另外有关单片机音乐的研究，主要是针对单片机演奏音乐时音调和节拍的确定方法，以期产生更加纯正的音色来。由于这两个方面的研究比较成熟，因而就衍生出了单片机音乐流水灯的研究，详细了解并掌握音乐流水灯的理论基础和实践，对于单片机的学习将会产生不可估量的作用。第二章 概 述2.1 设计目的与要求本次音乐流水灯系统的设计着重是介绍通过单片机相关的原理,最主要的就是单片机系统的定时中断功能,
11、来实现基于单片机的流水灯与音乐播放的完美结合.也既是通过定时器定时中断所产生的频率来控制,使流水灯的流水状态和音乐的播放节奏规律地变化.2.2 方案选择方案一：基于 FPGA 的音乐流水灯设计方案： FPGA 是现场可编程门阵列的简称, 通过 FPGA 实现音乐流水灯的控制 , 实质上就是将不同音阶与特定频率的方波信号对应起来, 以方波信号驱动蜂鸣器发出音乐, 再根据不同音阶来控制流水灯的闪烁。采用硬件描述语言对其进行描述, 分别实现乐曲的播放和同步流水灯的闪烁 1。但是这个方案系统接线复杂、系统成本较高，用软件实现比较经济 。方案二：基于单片机的音乐流水灯设计方案：单片机具有体积小、功能强、
12、成本低等特点，以单片机为核心控制器件来设计的音乐流水灯系统，实际上也就是一个带多个发光二级管的单片机最小应用系统。它通过单片机的定时中断产生不同的频率来控制音乐的播放和流水灯的闪烁状况，使音乐的播放和流水灯的闪烁同步变化，实现音乐和流水灯的完美结合。此种设计的硬件结构极为简单，只需配以相应的软件程序设计就能实现。音乐流水灯在广告牌、公共娱乐场所等很多方面都有应用，采用单片机来控制音乐流水灯方式更灵活，功能也更强大 2。2.3 单片机的定义单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer） 。因为单片机主要用于控制系统中，所以又称微控制器（Microcomputer
13、 Unit，MCU）或嵌入式控制器（Embedded Controller） 。它不是完成某一逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。通常片内都含有中央处理部件（CPU） 、数据存储器（RAM） 、程序存储器（ROM、EPROM 、Flash ROM） 、定时器/ 计数器和各种输入/输出（I/O）接口。它具有体积小、使用灵活方便、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣的环境下可靠地工作等特点 3。单片机的应用领域： 工业自动化方面； 仪器仪表方面； 家用电器方面； 信息和通信产品方面； 军事装备方面。2.4 单片机的发展概述单片机发展至今已 30 余年，以 8 位单片机的
14、诞生为起点，大致分三个阶段：第一阶段：（单片机的初级阶段 19741978 年）：以 Intel 公司生产的MCS-48 单片机系列为代表，该系列单片机内集成了一个 8 位 CPU、一个 8 位平行 I/O 口和一个 8 位定时器/计数器，片内存储器 RAM、ROM 容量较小，寻址范围均不大于 4KB，无串行接口等。第二阶段：（单片机的高性能阶段 19781982 年）：此阶段的推出的单片机都有串行接口、16 位定时器/计数器和多级中断控制系统，片内 RAM、ROM容量也都增加，而且寻址范围均可达 64KB。这类单片机以 Intel 公司的 MCS-51 系列单片机为主流。第三阶段：（8 位单
15、片机的巩固发展和 16 位、32 位单片机的推出阶段1982 年至今）：这个阶段，一方面推出 16 位、32 位单片机和专用机，另一方面不断完善和提高 8 位单片机的性能。目前以 Intel 公司的 MCS-96/196 系列、TI 公司的 MSP430 系列、 Motorola 的 68HC12 系列、日立公司的 H8/3048 系列为主。其中，32 位单片机是今后单片机发展的趋势。随着计算机制造技术和大规模集成电路技术的发展，开发、生产低价的 32 位机将会和 8 位单片机并驾齐驱 。单片机技术正以惊人的速度向前发展，就已出现的单片机而言也正在以其各自独特的优点或先进的技术在进行挑战，主要
16、表现在几个方面：CPU 的发展、片内存储器的发展、加强片内输入/输出接口功能、半导体工艺技术的发展、低噪音和高可靠性技术、ISP（在线编程技术）及 IAP（在应用中编程技术）等 4。2.5 单片机硬、软件概述在单片机的应用中，以单片机芯片为核心组建的一个能完成特定功能的硬件组合实体，称为单片机的硬件系统。它能在我们为它所编制的程序下完成预定的任务。软件是相对于硬件而言的，是指由计算机硬件来执行，用来完成一定任务的所有程序及数据，即为运行、管理和维护计算机所编制的程序的总和。单片机的软件系统比较简单，它不需要复杂的操作系统来进行系统管理，只使用于管理单片机系统工作的管理程序和用于完成实际具体任务
17、的应用程序。而对于简单的单片机应用系统，只要有为实现控制目的而直接运用的应用程序就行了。本文中的音乐流水灯实际上就是一个带了 8 个发光二极管的 80C51 单片机最小应用系统 【5】 。2.6 单片机引脚概述80C51 单片机 40 个引脚功能大致可分为 4 个种类：电源、时钟、控制和I/O 引脚 5。 电源：VCC芯片电源，接 +5V；VSS接地端； 时钟：XTAL1 、XTAL2晶体振荡电路反相输入输出端； 控制线：ALE/PROG：地址锁存/片内 EPROM 编程脉冲；PSEN：外 ROM 读选通信号；RST/VPD：复位 /备用电源；EA/Vpp：内外 ROM 选择/片内 EPROM
18、 编程电源。 I/O 端口：80C51 有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P 2、P3 口，共有32 个引脚。P 3 口的 8 个具有第二功能，用于特殊信号的输入输出和控制信号（属控制总线）。P3 口第二功能如下：P3.0RXD：串行口输入端；P3.1TXD：串行口输出端；P3.2INT0：外部中断 0 请求输入端；P3.3INT1：外部中断 1 请求输入端；P3.4T0：定时/计数器 0 外部信号输入端；P3.5T1:定时/计数器 1 外部信号输入端；P3.6WR:外 RAM 写选通信号输出端；P3.7RD:外 RAM 读选通信号输出端。上述 4 个 I/O 口，各有各的用途。在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O 口)时，4 个 I/O 口都可作为双向 I/O 口用。在并行扩展外存储器(包括并行扩展 I/O 口) 时， P0 口专用于分时传送低 8 位地址信号和 8 位数据信号，P2 口专用于传送高 8 位地址信号。P3 口根据需要常用于第二功能，真正可提供给用户使用的 I/O 口是 P1 口和一部分未用作第二功能的 P3 口端线 67。
