声光音乐盒设计设计说明.doc

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声光音乐盒设计阐明书
系别:自动化工程系
目录
1前言 1
2系统设计技术参数规定 2
3系统设计 3
3
3
5
6
6
6
参照文献 7
道谢词 8
附录 9
附录1系统总原理图 9
附录2系统印刷电路板的制作图 10
附录3元件清单 11
附录4源程序 12

随着人类社会的发展,人们对视觉、听觉方面的享有提出了越来越高的规定。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有。老式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AT89C51单片机为核心元件的电子式音乐盒,体积小,重量轻,能演奏和弦音乐,功能多,外观效果多彩,使用以便,并具有一定的商业价值。
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物,属第四代电子计算机,它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必然导致老式的控制技术从主线上发生变革。因此,单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
电子式音乐盒是现代电子科技与音乐结合的产物,它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。本文的重要内容是用STC89C51单片机为核心控制元件,设计一种电子式音乐盒。以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块构成核心主控制模块。
本文重要对使用单片机设计简易电子式音乐盒进行了分析,并简介了基于单片机电子式音乐盒系统统硬件构成。运用单片机产生不同频率来获得我们规定的音阶,可以播放事先保存的三首优美的曲目。本文分别从原理图,重要芯片,各模块原理及各模块的程序的调试来具体论述。通过设计本系统有助于增进理解单片机的基本功能,使制作者对单片机的原理的理解和应用能力明显提高。

。扬声器发出乐曲,按键可以切换LED闪烁的样式。使用6个按键,两个用来切换歌曲,一种切换八路LED的变化把戏。一种用来启动,一种用来停止,另一种是复位。
,PCB图等。
。
,单片机内存小,将两块单片机一同使用,两者可以通讯。
。


放歌模块
流水灯显示模块
电源模块
按键模块
晶振电路
单
片
机
数码管显示模块
复位电路

方案一。采用AVR单片机,AVR单片机的I/O线所有带可设立的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定(初始)高阻输入、驱动能力强(可省去功率驱动器件)等特性;片内具有多种独立的时钟分频器,分别供URAT、I2C、SPI使用;但是AVR单片机的硬件设计方面本人熟悉。
方案二。采用STC89C51单片机,这款单片机是51内核的老式八位单片机,该款单片机采用5V供电,与绝大部分数字和模拟芯片电平兼容;同步STC89C51单片机具有比较强的运算能力和较快的解决速度;其片内硬件资源相对丰富,有五个中断(涉及外部中断0、外部中断1、定期器中断0、定期器中断1和串行中断)和三十二个I/O口,能满足本次设计的规定。
方案三。采用MSP430F149单片机,MSP430F149单片机是德州仪器推出的一款16位超低功耗微解决器,单片机有四种低功耗模式,对于手持式设备有很大优势。除此之外,MSP430F149单片机尚有很丰富的片内外设,如硬件乘法器、AD等等;同步,MSP430F149单片机的时钟配备也相称以便,可以通过程序配备各个模块的时钟源和时钟分频,以达到对片内硬件资源合理配备并且减少了系统整体的功耗,但是MSP430F149单片机价格昂贵,外部硬件设计难度大,同步该款单片机供电电压是+,与大部分的模拟和数字芯片不兼容。
综上所述,本次设计采用方案二,由于这款单片机自身的硬件资源完全可以胜任本次设计的规定,外部电路设计也相称简朴,同步这款单片机的价格也很便宜,性价比优于上述的此外两款单片机。

方案一。采用RS-232通信。RS-232通信是串行通信,规定最大的负载电容为2500pF,这个电容限制了传播距离和传播速率,由于RS-232的发送器和接受器之间具有公共信号地(GND),属于非平衡电压型传播电路,不使用差分信号传播,因此不具有抗共模干扰的能力,共模噪声会耦合到信号中,在不使用调制解调器(MODEM)时,RS-232可以可靠进行数据传播的最大通信距离为15米通信速度慢。
方案二。采用并行通信。八位并口通信各数据位同步传播,传播速度快、效率高,多用在实时、迅速的场合。并行传递的信息不规定固定的格式,一般是8位、16位或32位为传播单位,一次传送一种字长的数据,适合于进行近距离、大量和迅速的信息互换。并行数据传播只合用于近距离的通信,一般传播距离不不小于30米。并行传播的数据宽度可以是1~128位,甚至更宽,但是有多少数据位就需要多少根数据线,因此传播的成本较高。
方案三。采用RS-485通信。逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表达;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V表达。接口信号电平比RS-232减少了,就不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可以便与TTL电路连接。RS-485的数据最高传播速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接受器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好;但是RS-485通信需要专用芯片来完毕。
综上所述,本次设计采用方案二,一方面由于单片机自身的I/O口完全足够用,并且可以留出并口通信的接口;另一方面,串行通信的程序设计方面相对复杂,会减少系统的稳定性,因此采用八位并口通信方式。

方案一。使用扬声器。单片机自身不能驱动扬声器,需要外接功率放大模块,硬件电路相对复杂。但是扬声器的音质好,使音乐播放出来更有质感,听起来不至于刺耳,使音乐品质得到提高。
方案二。使用蜂鸣器。蜂鸣器驱动电路简朴,只需一种三极管即可,但是蜂鸣器的声音刺耳、干涩,听起来很不舒服。
综上所述,本次设计采用方案一。


STC89C51是一种低功耗,高性能CMOS8位单片机,兼容原则MCS-51指令系统及80C51引脚构造,芯片内集成了通用8位中央解决器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
STC89C51具有如下特点:40个引脚(引脚图如图1所示),4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定期计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,STC89C51可通过软件设立省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定期计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。
图1STC89C51单片机引脚图

复位是单片机的初始化操作,只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号,就可使AT89C51单片机复位。复位的重要功能是把PC初始化为0000H,使AT89C51单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运营出错或操作错误使系统处在死锁状态,为挣脱死锁状态,也需按复位键重新启动。
单片机的复位电路一般采用上电复位和按钮复位的两种方式。。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。
图2复位电路

时钟是单片机的心脏,单片机各功能部件的运营都是以时钟频率为基准,有条不紊地一拍一拍地工作。因此,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。单片机内部有一种用于构成振荡器的高增益反相放大器,该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英振荡器和微调电容,就构成一种稳定的自激振荡器。
高频率的时钟有助于程序更快的运营,也有可以实现更高的信号采样率,从而实现更多的功能。但是高速对系统规定较高,并且功耗大,运营环境苛刻。考虑到单片机自身用在控制,并非高速信号采样解决,因此选用合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强度精确度均有好处,,并联2个30pF陶瓷电容协助起振。
图3时钟电路模块电路图