基于单片机的音乐播放器的设计(毕业论文).doc

基于单片机的音乐播放器的设计 【摘要】 本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒，依据单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。使用两个按键控制音乐盒，一个用来切换歌曲，另一个用来切换8路LED的变化花样，本音乐盒共有两首歌曲，花样灯花样共计3种。播放歌曲时，蜂鸣器发出某个音调，与之对应的LED亮起。本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，节约了设计时间。【关键字】音乐盒；AT89C51单片机； KEIL； PROTEUS； 音调 Music box design based on single chip microcomputer In this paperThis design is a based on AT89C51 singlechip music box series, based on single chip microcomputer technology principle, through the hardware circuits and software compilation, design to produce a multi-functional multi-purpose music box.This music box is mainly composed of key circuit and reset circuit, clock circuit and a buzzer.Using two buttons control the music box, a used to switch songs, another to switch 8 LED the change of the pattern, the music box of a total of two songs, lamp designs a total of three kinds of designs.Play songs, buzzer sends a tone, and the matching of LED lights up. This design using the KEIL programming software for music box of source program of programming and debugging, cooperate with the PROTEUS simulation software to simulation and debugging of hardware, save design time.The keyword Music box; AT89C51; KEIL; PROTEUS. The tones.目录毕业设计（论文）任务书1引言4第一章 概述61.1 单片机的发展状况61.2 课题意义81.3设计方案81.4设计内容9第二章 方案比较92.1 方案的提出92.2方案比较122.3系统组成框图132.4音乐盒的功能结构图132.5 主要设计软件介绍142.5.1 PROTEUS软件简介142.5.2 KEIL简介15第三章 硬件设计163.1 设计框图163.2 各部分硬件设计及其原理163.2.1 AT89C51单片机163.1.2 时钟振荡电路203.1.3 发光二极管工作电路图和原理223.1.4 硬件电路功能23第四章 软件设计234.1音调、节拍以及编码的确定方法244.1.1 音调的确定244.1.2 节拍的确定264.1.3 编码284.2 软件程序设计294.2.1 程序流程图及相应代码块29第五章 调试355.1 检查硬件连接355.2 检查软件系统355.3 测试结果365.3.1总体运行图365.3.2 花样灯3种花样图37总结38致谢39参考文献40附件1 原理图43附件2 程序代码45 兰州工业学院毕业设计（论文）任务书 电子信息工程 学院 2014届 电子信息工程 专业毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目基于单片机的音乐播放器的设计课题内容性质软、硬件开发课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题设计/论文指导老师职称工作单位及部门联系方式兰聪花讲师电子信息工程学院18919080769 一、题目说明（目的和意义） 本设计希望通过对常见的电子产品的设计与制作来培养学生的综合运用所学知识，分析和解决实际问题的能力，掌握相关的绘图软件，会运用电子仪器进行电路检测和测试，强化电子技术应用技能训练，为今后开展产品技术开发、设计和制作打下初步基础。该系统设计涉及到电路技术、单片机原理、Protel电路设计原理、程序设计、单片机程序烧写和焊接电路等知识面，考察了学生对以往学习过的课程的综合应用能力。 二、设计（论文）要求： 【设计内容】 通过音乐演奏控制所要实现的显示与选曲及音乐产生的功能原理，系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。通过按键控制，系统具有开启、暂停播放当前的曲子的功能；播放前一首、后一首歌曲的功能；控制播放器的播放模式：顺序播放、随机播放、重复单曲、全部重复等功能。未播放时二极管会产生流水灯，播放时能随曲调闪烁。所涉及的音乐播放器可以播放多首音乐，曲目的选择可以由键盘控制，并通过显示器显示歌曲序号。 【设计环境】 软件：keil软件，AVR_fighter烧写软件，protel199se绘图软件，protues仿真软件。 硬件：微机，常用电子元件，实验室常用电子检测仪器。 【设计要求】 完成系统总体设计，硬件设计和软件设计等。 完成各种硬件图的绘制及仿真，完成相应流程图的绘制和程序的编写 、调试。 论文书写规范、文字通顺、图标清晰、测试数据完整、结论明确。 【设计步骤】 1、熟悉开发环境，总体方案设计； 2、系统硬件设计； 3、系统软件设计； 4、完成毕业设计报告。 三、进度表日期内容2013.12.92013.12.152013.12.16 2013.12.222013.12.23 2013.12.292013.12.302014.1.122014.1.132014.1.19熟悉设计任务，查阅相关书籍和文献。方案论证及可行性分析功能电路设计程序设计、实现与调试，系统测试与分析，逐步修改、完善设计对毕业设计的成果进行归纳、整理、总结并撰写毕业设计报告完成日期第21周（本学期）答辩日期第1-2周（下学期） 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量 主要参考文献、资料参考 微机原理与接口技术赵又新 主编 中国电力出版社 单片机原理及接口技术胡汉才 主编 清华大学出版社 新概念51单片机c语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略郭天祥编著 电子工业出版社指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字 2013年10月13日 2013年10月14日 2013年10月14日注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。 引言 21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。 随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。第一章 概述 本设计是以AT89C51芯片的电路为基础，外部加上蜂鸣器，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。1.1 单片机的发展状况 21世纪，电子技术进入了突飞猛进的发展阶段。随着集成电子技术的迅速发展，特别是微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫无夸张的说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来一次新的技术命。目前，单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已进入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一，单片机的发展阶段可分为： 第一阶段（19711974年）：1971年11月美国Intel公司首先设计成集为2000只晶体管的4位微处理器Intel 4004，并且配有随机存储器ROM和移位寄存器等芯片，构成第一台MCS-4微型计算机。1972年4月Intel公司又研发成了功能较强的8位微处理器Intel 8008，这些微处理器虽说不是单片机，但从此拉开了研发单片机的序幕。 第二阶段（19741978年）：初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU、并行IO串口、8位定时器计数器，寻址范围不大于4K，且无串行口。 第三阶段（19781983年）：高性能单片机阶段。这一阶段单片机普遍带有串口、多级中断处理系统、16位定时器计数器。片内ROM、RAM容量加大，寻址范围到了64K，有的还带有AD转换接口。比如Intel公司的MCS-51,Motorola公司的6801等。这类单片机的应用领域已经及其广泛，这类系列的各类产品是目前国内外产品的主流。其中MCS-51系列产品，由于其优良的性能价格比，特别适合我国的国情，MCS-51系列单片机有可能稳定相当一段时期。现在国内的MCS-51热正在继续升温，随着我国经济建设步伐的加大，MCS-51系列单片机必将在各个领域大显身手。 第四阶段（1983）：8位单片机巩固发展到16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。 MCS-51系列属高档单片机，近年来，Intel公司在提高该系列产品性能方面做了不少工作，相继推出了不少新产品： （1）805287528032：将原来805187518031单片机进行了扩展，片内数据存储器增至256字节，程序存储器增至8K，定时器计数器增至3个16位计数器，有6个中断源。 （2）低功耗看的CHMOS工艺芯片80C5187C5180C31：这种芯片允许电源波动范围大，为5V20%，并有三种功耗控制方式。 （3）具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC.该芯片在片内固化有MCS-BASIC52解释程序，软件开发比较方便。此外还能实现BCD码的浮点运算以及16进制数和十进制数的转换。 （4）高性能的C52系列：在8052的基础上，采用CHMOS工艺，并将MCS-96系列中的一些高速输出、脉宽调制、上下定时器计数器移植进来，构成新一代MCS-51产品80C25287C25283C252，他们是MCS-51系列中的新产品。1.2 课题意义 传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，使音乐盒的功能更加丰富。1.3设计方案设计一个基于AT89C51系列单片机的音乐播放器，利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣器发出某个音调，与之相对应的LED亮起。从听觉和视觉两方面给人们带来美的享受。在音乐播放器工作时使用两个按键，一个用来切换歌曲，另一个切换八路LED的变化花样。1.4设计内容 通过音乐演奏控制所要实现的显示与选曲及音乐产生的功能原理，系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。通过按键控制，系统具有开启、暂停播放当前的曲子的功能；播放前一首、后一首歌曲的功能；未播放时二极管会产生流水灯，播放时能随曲调闪烁。所涉及的音乐播放器可以播放多首音乐。电路有两种工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。在演奏音乐模式下时，演奏完整的一首的歌曲，八路LED随着音乐变化；在花样灯模式下，八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声。曲目的演奏模式和播放模式是通过键盘来控制的，按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共四首歌曲。按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共三种花样。第二章 方案比较2.1 方案的提出 方案一：基于C8051F350 单片机和AT45DB642D 存储器的音频播放器。 音频播放器系统结构如图2-1所示, 它主要由C8051F350 单片机、PC 机、AT45DB642D 存储器、RS232 串行通信接口、显示电路、键盘电路以及信号放大电路等组成。系统中单片机是控制核心, 通过UART串口与PC 机通讯, SPI 串口对存储器进行读、写操作。写操作就是数据下载过程, 即写入存储器的音频文件经PC 机里的Lab Windows/CVI 软件处理, 通过RS232 串行通信接口传输到单片机, 由单片机通过SPI 串口写入存储器。1读操作就是音频信号播放过程, 即由键盘选择播放曲目, 单片机通过SPI 串口读取存储器中的音频代码, 以单片机的电流模式DAC 输出, 再经信号放大电路后音频输出。键盘用来调节信号频率、控制音量和选择曲目, 单片机通过扫描方式读取键盘接口命令, 并根据查表程序选择相应的控制命令, 执行相应的操作。液晶显示模块显示曲目序号和相应的播放时间。该系统突出特点是合理应用了Flash 存储器AT45DB642D,可以根据需要由PC 机将音频文件转换为适合音频播放器播放的文本文件, 并下载到存储器。存储在AT45DB642D 中的音频信息由单片机读取后播放,用户可以根据爱好调节播放频率和音量。图2-1 C51F350单片机播放器系统结构图 系统控制核心器件选用美国Cygnal 公司的C8051F350 单片机, C8051F350的CIP-8051 结构, 流水作业执行指令, 大大提高指令的运行速度AT45DB642D 存储器( Flash RAM) 具有宽电源电压、大容量、接口简单、读写速度快等特点。设计应用中, 由于AT45DB642D 同时有EPROM的掉电数据不丢失和E2PROM 的电可擦写功能, 又能像SRAM进行随机快高密度、高可靠性的存储器。液晶显示屏采用定制的段位式液晶, 采用HT1620 驱动器驱动, 单片机和液晶屏的接口只需3条数据线。方案二：基于SPCE061A 16位单片机的音乐播放器音乐播放器的硬件结构如图2-2所示,选用SPCE061A单片机作为嵌入式系统的微处图2-2SPCE061A 16位单片机音乐播放器硬件结构框理器,SPCE061A是一款资源丰富、功能强大、集成度高的16位结构微控制器,数字信号处理功能是其特色.它功耗小,系统处于备用状态(睡眠状态)时的耗电仅为2A/3.6 V;内置2K字SRAM和32K的FLASH;2个16位可编程定时器/计数器;2个10位DAC(数/模转换)输出通道;2个16位通用可编程输入/输出端口IOA和IOB;丰富的中断资源:定时器A/B中断、时基中断、2个外部中断以及触键唤醒中断;7通道10位电压模/数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器;具备串行设备接口(SIO);低电压复位功能和低电压检测功能。该系统集成了存储器、高速数/模转换器和原驱鸟器芯片功率放大器、键盘4个功能模块,具有对语音信号压缩、存储、解码和播放的功能,以及数字滤波语音信号实时数/模转换和定时播放,并将语音信号输出到功率放大电路。2.2方案比较从以上两种方案中可以看出不同的设计方法各有优缺点： 方案一：基于C8051F350 单片机和AT45DB642D 存储器的音频播放器采用AT45DB642D 存储器解决了嵌入式系统中大容量数据存储的问题, 采用功能强大的C8051F350 单片机作为控制核心, 减少了系统的外围器件, 简化了硬件设计, 提高了可靠性, 降低了成本。缺点在于信号放大及音频输出系统比较复杂，成本较高。播放器模式较多，不够简化。 方案二：基于SPCE061A 16位单片机的音乐播放器使用常用的音频形式和压缩算法,波形编码:sub-band即SACM-A2000 ,其特点是高质量、高码率,适于高保真语音/音乐。声音播放模块决定对存储在语音芯片中的驱鸟声音的调用方式,并调用定时模块进行间隔播放和随机播放。.高速和高精度保证了转换后的信号的质量和平滑性。缺点是存储器容量不大，声音采集通道单一。 对于C51单片机，它抗干扰性较强，且集成度高、功能强、指令丰富等，可以应用的地方较数字电路更多些，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。而且单片机已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等，都含有C51单片机控制器。通过综合比较我们不采用上面的两种方案，我采用的是基于C51单片机的音乐播放器的设计，该系统控制性能良好，硬件电路简单、经济实惠，能得到更好的效果。该系统设计将在下文做详细介绍。2.3系统组成框图 音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED模块组成。单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放曲目和音乐花样灯的显示样式以及蜂鸣器发音。系统组成框图如图2.1所示。图2.1 系统组成框图2.4音乐盒的功能结构图音乐盒的功能结构如图2.2所示。Key1负责切换播放歌曲，播放歌曲共2首，分别是挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。Key2负责切换LED显示花样，显示花样共3种，第一种顺序显示，第二种由两边向中间移动然后向两边移动，第三种循环显示。 图2.2 音乐盒功能结构图2.5 主要设计软件介绍 本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，两种软件的简介如下：2.5.1 PROTEUS软件简介Proteus软件是英国Labcenter 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。它是目前最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是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，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，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加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MPLAB等多种编译器。 2.5.2 KEIL简介 单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、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，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。第三章 硬件设计 3.1 设计框图 3.2硬件设计及原理说明3.2 各部分硬件设计及其原理3.2.1 AT89C51单片机 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 3.2.1AT89C51单片机的原理图 1 主要性能 （1）与MCS-51 兼容 （2）4K字节可编程闪烁存储器 （3）寿命：1000写擦循环 （4）数据保留时间：10年 （5）全静态工作：0Hz-24Hz （6）三级程序存储器锁定 （7）128*8位内部RAM （8）32可编程I/O线 （9）两个16位定时器/计数器 （10）5个中断源 （11）可编程串行通道 （12）低功耗的闲置和掉电模式 （13）片内振荡器和时钟电路 2 管脚说明： VCC:供电电源。 GND：接地。 P0口（P0.0-P0.7）：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1口得管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器。它可以被定义为数据/地址的第八位。在Flash编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0口输出原码，此时P0口外部必须被拉高。 P1口（P1.0-P1.7）：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1时，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在Flash编程和校验时，P1口作为八位地址接受端。 P2口（P2.0-P2.7）：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口（P3.0-P3.7）：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管脚功能管脚功能P3.0串行输入口P3.4计时器0外部输入P3.1串行输出口P3.5计时器1 外部输入P3.2外部中断0P3.6外部数据存储器写选通P3.3外部中断1P3.7外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3 振荡特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4 芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.1.2 时钟振荡电路 AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。本次设计我们采用外部时钟的电路。在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。振荡器电路图如下： 3.1.2时钟振荡电路在晶振电路中，电路中电容C3和C4对振荡频率有微调作用，通常的取值范围3010pF；石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响记数器的记数初值和运算速度。单片机最小系统包括晶振电路、复位电路、电源、接地。晶振电路已经介绍了，下面简单介绍下复位电路、电源、接地。1.复位电路采用微分型复位电路，电路图如下图所示， 图a 复位电路 工作原理：高电平为例，电源上电时，VCC可以认为一阶跃信号复位端电压是由于下拉电阻R1在CPU复位端引起的电压值，一般为0.3V以下。但在实际应用中，VCC不可能为理想的阶跃信号。其主要原因有两点：（1）稳压电源的输出开关特性；（2）我们通常在设计电路时，为保证电源电压稳定性，往往在电源的输入端并联一个大电容，从而导致了VCC不可能为阶跃信号特征。从而影响了的复位电压的复位特性。 2.电源、接地 单片机AT89C51所选用的是+12V的电源，可直接由稳压电源提供，接地直接接GND。 3.单片机最小系统 以上晶振电路、复位电路、电源、接地即可组成单片机最小系统如下图所示。 图b 单片机最小系统3.1.3 发光二极管工作电路图和原理 LED显示电路是由8个LED发光二极管组成，连接方式为共阳极，LED接到单片机的P1(P1.0-P1.7)口。若为低电平，可使LED亮起。发光二极管的亮、灭由内部程序控制，8个LED发光二极管分别对应不同的音阶，所以LED会随着音阶的变化按规律亮、灭。LED的发光是由程序来控制的，根据所设计的各种花样，来控制LED是否亮或是灭。花样的程序代码如下：uchar code huayang1=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf;uchar code huayang2=0x7f,0xfe,0xbf,0xfd,0xdf,0xfb,0xef,0xf7,0xef,0xfb,0xdf,0xfd,0xbf,0xfe;uchar code huayang3=0x7f,0x3f,0x1f,0x0f,0x07,0x03,0x01,0x0,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff; 3.1.3 二极管的原理图3.1.4 硬件电路功能 （1）电路中用P3.2、P3.3控制按键。 （2）P1.0P1.7控制LED。 （3）P2.3控制蜂鸣器。 （4）电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。 （5）RP1排阻，阻值设置为10K。第四章 软件设计 在本程序中设置了两个标志count1和count2，分别初始化为1和0。按键1使得count1在1和2之间切换，按键2使得count2在1-3之间切换。程序检测count1的值，count1等于1时播放第一首歌曲，等于2时播放第二首。另一方面根据count2的值来切换LED的花样。count1和count2的值是互斥的，设置count1等于1、2时，count2同时设置为0；设置count2等于1-3时，count1也同时设置为0。 4.1音调、节拍以及编码的确定方法 一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。4.1.1 音调的确定 不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份