基于at89s52的玩具电子琴设计(编辑修改稿)

基于at89s52的玩具电子琴设计(编辑修改稿)内容摘要：

35P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U180 C 52R X DT X DW1W212345678M A X 7M A X 8C6C A PC7C A PY1C R Y S T A LG N DR E SR E SC5E L E C T R O 2S1S W P BR5R E S 2V C CG N DV C CA1A2A3A4A5A6A7A8 图 23 单片机小系统 AT89S52 单片机的 P0 口是个双向口，可以作输出输入口，在本系统中用作显示部分，用来给数码管传送位码， P1口也是个双向口，主要接 DAC083 P3 口用来接收 PC来的串口数据。 而 P3 口主要用于中断。 复位 电路 复位是单片机初始化操作。 复位将单片机复到初始化状态，目的是使 CPU 及个专用寄存器处于一个确定的初始状态。 如前面介绍，在单片机的复位信号 RST 上保持 2个机器周期以上的高电平，单片机就会复位。 本次设计采用的是手动复位方式，利用按键闭合是单片机复位端上保持接通高电平状态两个机器周期以上。 振荡电路 该电路是由内部反相放大器通过引脚 XTAL1 和引脚 XTAL2 与外接的晶体以及电容 C6 和 C7 构成，产生出晶体振荡信号。 此晶振信号接至内部的时钟电路。 图中的晶振频率为 ，外接晶体时，电容 C6和 C7通常选 30pF。 虽然对外接电容没有严格要求，但电容的大小会影响振荡频率、振荡器的稳定性和起振的速度。 振荡器的这些特性对弹片机的应用影响很大，因此在设计印刷电路板时，应使晶体和电容尽可能与单片机靠近，以保证稳定可靠。 供电模块 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路 电源电路。 大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。 当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。 超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的 电源系统。 通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的 电源 供应。 袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。 不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。 可以说电源电路是一切电子设备的基础， 没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。 由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。 提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。 直流稳压电源在 电源技术 中占有十分重要的地位。 方案一： 本系统供电采用传统的变压、整流、滤波、稳压四部分组成。 供电模块如图 24所示 12J1C O N 2交流输入 1234D1B R ID G E 1T1T R A N S 1C4E L E C T R O 1V in1GND2V o u t 3U2V O L T R E G V C C 交流 220V 从插 头 CON2 输入，经过变压器 T1变压后大约将至十几伏，此时仍为交流电，经过桥式整流后变为直流，经过电容 C4 滤波后，进入三端稳压器 7805进行稳压后输出 +5V。 方案二 PWM ICMOSFET、 BJT得开关电源技供了广泛的发展空间。 推动了高新技术产品的小型化、轻便化。 另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是， PWM 开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上 的伏 安乘积是很小的，在导通时，电体器件上所产生的损耗。 与线性电源相比， PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。 脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。 一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。 通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。 最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式 的控制器很类似。 也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。 他们的不同之处在于，误差放大器的输出，误差电压，在驱动功率管之前要经过一个电压 /脉冲宽度转换单元。 开关电源有两种主要的工作方式，正激式变特定的应用场合下各有优点。 综合比较，方案一简单但是不稳定，方案二稳定但复杂，经综合考虑，我们选用方案二。 第三章 软件设计 本软件要实现的功能是：单片机实现玩具电子 琴功能。 要让蜂鸣器发出某音调的声音，只要给蜂鸣器输送该音调频率的电平信号就可以了。 由于单片机 I/O 口的输出只有高电平“ 1”和低电平“ 0”两种状态，因此向蜂鸣器输送的电平信号实际上就是该音频的方波。 例如中音“ 1”的频率为532Hz，它的周期为 1/532s，即 1..91ms。 因此，只要向蜂鸣器输送周期为 的脉冲方波电平信号就能发出 532Hz 的音调，该方波的半周期为。 为此，需要利用定时器的中断，让输送给蜂鸣器的电平信号每 取反一次即可。 因为所选的单片机的晶振为 ，它的一个机器周期为 12（ 1/）μ s= s，因此需要的机器周期总数为 955μs/ s=880 即定时器的定时常数就应取为 880。 根据上述分析，发出频率为 f 的音频时，定时常数 C计算公式为 (106/2f)μ s/ s=460 830/f=C T0工作于方式 0，最大计数为 8192，完全可以满足各音频定时常数设置的需要。 可以证明，在已知定时常数为 C 的条件下， 13 位计数器的高 8位和低 5位的初值可由以下公式设定： 证明这是 13 位计数器 TH0 高 8 位的赋 值方法 TL0=(8192C)%32。 节拍控制因为假设节拍为每分钟 72拍，则每个节拍需时间： 100060ms/72=833ms 根据乐谱知识，选择相应的延时即可 程序采用 KEIL 软件 C 语言编写 KEIL 软件介绍 KEIL uⅥ sioIl2 软件是 KEIL 公司的产品。 KEIL 公司是一家业界领先的微控制器 (MCU)软件开发工具的独立供应商。 KEIL C51 标准 C编译器为 8051 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境，同时保留了汇编代码高效，快速的特点。 C5l编译器 的功能不断增强，使用户可以更加贴近 CPU 本身，及其它的衍生产品。 C51已被完全集成到 uⅥ sion2 的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。 uVisioll2 DE 可为它们提供单一而灵活的开发环境。 系统流程 系统主流程 单片机上电后，首先做系统初始化，然后对定时 /计数器进行初始化，在初始化后，通过定时 /计数器中断输出不同的频率，然后调用不同的延时单位来实现节拍。 如图 31所示 31 系统整体流程图 中断初始化流程 中断初始化主要包括设置定时计数器工作方式、开中断、赋初值等一系列操作，中断初始化主要流程图如图 32所示 开 始 中断初始化 扫描按键 是否按下 否 判断 是 播放歌曲 播放音调 图 32 串口初始化主要流程图 开 始 设置定时器工作方式 设置初值 开中断 第四章 仿真测试 PROTEUS 软件介绍 PROTEUS 软件如图 41所示 图 41 PROTEUS 软件 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。 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。 其功能特点如下 : Proteus 软件具有其它ＥＤＡ工具软件（例： multisim）的功能。 这些功能是：原理布图， PCB 自动或人工布线， SPICE 电路仿真。 革命性的特点 : (1)互动的电路仿真，用户甚至可以实时采用诸如 LED/LCD、键盘、 RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。 (2)仿真处理器及其外围电路，可以仿真 51系列、 AVR、 PIC 等常用主流单片机。 还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。 配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等， Proteus 建立了完备的电子设计开发环境。 具有 3 大功能模块 : (1)— 个易用而又功能强大的 ISIS 原理布图工具； (2)PROSPICE 混合模 型 SPICE 仿真。 (3) ARES PCB 设计 . Protues 提供了丰富的资源 : (1)Proteus 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有 30多个元件库。 (2)Proteus 可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、 SPI调试器、 I2C 调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。 理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 (3)除了现实存在的仪器外， Proteus 还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出 来，其作用与示波器相似，但功能更多。 这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。 这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 (4)Proteus 可提供的调试手段 Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。 这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 软件仿真 : 支持当前的主流单片机，如 51 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列、 68000 系列等。 (1）提供软件调试功能 (2）提供丰富的外围接口器件及其仿真 RAM， ROM，键盘，马达， LED， LCD， AD/Ｄ／Ａ，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。 这样很接近实际。 在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。 (3） 提供丰富的虚拟仪器 利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。 (4） 具有强大的原理图绘制功能 电路功能仿真 : 在 PROTUES 绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件： *.HEX，可以在 PROTEUS 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 PROTEUS 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。 前者可在相当程度上得到实物演。