基于mcs-51单片机技术的简易音乐发生器设计

基于mcs-51单片机技术的简易音乐发生器设计内容摘要：

是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。 单片机的发展 单片机由于这种特殊的结构形式，在某些应用领域中承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。 总体来说，单片机的发展可分为三个阶段： 第一阶段（ 1976—— 1978 年）：以 Intel 公司的 MCS48系列单片机为代表，该系列单片机在片内集成了 8位 CPU、并行 I/O 接口、 8位定时 /计数器、 RAM 和 ROM等，片内 RAM和 ROM容量较小，寻址范围不大于 4KB。 第二阶段（ 1978—— 1983 年）：以 Intel 公司的 MCS51系列单片机为代表，该系列单片机均带有串行 I/O 接口，具有多级中断处理系统，定时 /计数器位 16 位，片内 RAM 和ROM 容量相对增大，有的片内还带有 A/D 转换接口。 第三阶段（ 1983 年至今）：高档 8位单片机巩固发展及 16 位单片机推出阶段。 此阶段主要特征是：一方面不断完善高档 8位单片机，改善其性能、结构，另一方面发展 16位单片机及专用单片机。 16 位单片机除 了 CPU 位 16位外，片内 RAM 和 ROM 的容量进一步增大，片内 RAM为 232 位， ROM 为 8KB，片内带有高速输入 /输出部件，多通道 10 位 A/D转换部件， 8 级中断处理系统。 近年来， 32位单片机已进入了实用阶段。 MCS51 系列单片机的应用特性 （ 1）集成度高 MCS51 系列单片机代表产品为 8051， 8051 内部包含 4KB 的 ROM、 128B 的 RAM、四个 8位并行口、一个全双工串行口、两个 16 位定时器 /计数器以及一个处理功能强大的中央处理器。 （ 2）系统结构简单 MCS51 系列单片机芯片内部采用模块 化结构，增加或更换一个模块就能获得指令系统和引脚兼容的新产品。 另一方面， MCS51 系列单片机具有 64KB 的外部程序存储器寻址能力和 64KB 的外部 RAM 和 I/O 口寻址能力。 Intel 公司标准的 I/O 接口电路和存储器电路都可以直接连到 MCS51 系列单片机上以扩展系统功能，应用非常灵活。 5 （ 3） 可靠性高 单片机产品和其他产品一样，出厂指标有军用品、工业品和商用品之分。 其中军用品要求绝对可靠，在任何恶劣的环境下都能可靠工作，主要用于武器系统、航空器等方面。 单片机属于工业品，能在常温下工作，不需要在温度恒定的机房 内工作。 由于单片机总线大多在芯片内部不易受干扰，而且单片机应用系统体积小，易于屏蔽，所以单片机的可靠性较高。 （ 4）处理功能强，速度快 MCS51 系列单片机指令系统中具有加、减、乘、除指令，各种逻辑运算和转移指令，还具有位操作功能。 CPU 时钟频率高达 12MHz，单字节乘法和除法仅需要 4μ s，而且具有特殊的多机通信功能，可作为多机系统中的子系统。 MCS51 系列 单片机 简介 作为主流的单片机品种， MCS51 系列单片机市场份额占有量巨大， PHILIPS 公司、 ATMEL公司等纷纷开发了以 8051 为内 核的单片机产品，这些产品都归属于 MCS51单片机系列。 MCS51 单片机的内部组成 MCS51 单片机的引脚和内部组成如图 所示。 通常采用 DIP或 PLLD 封装。 其内核是 8051CPU， CPU 的内部集成有运算器和控制器，运算器完成运算操作（包括数据运算、逻辑运算等），控制器完成取指令、对指令译码以及执行指令。 MCS51 单片机的片内资源有： 图 MCS51单片机的内部组成 6 (1) 中央处理器： 中央处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是 8位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 (2) 数据存储器 (RAM)： 8051 内部有 128字节数据存储器（ RAM）和 21 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器有专门的用途，通常用于存放控制指令数据，不能用作用户数据的存放，用户能使用的 RAM 只有 128 个字节，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 (3) 程序存储器 (ROM)： 8051 共有 4K 字节程序存储器（ ROM），用于存放用户程序和数据表格。 (4) 定时 /计数器 (ROM)： 8051 有两个 16位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数，当定时 /计数器产生溢出时，可用中断方式控制程序转向。 (5) 并行输入输出 (I/O)口： 8051 共有 4个 8位的并行 I/O 口 (P0、 P P P3)，用于对外部数据的传输。 (6) 全双工串行口： 8051 内置一个全双工异步串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 (7) 中断系统： 8051 具备较完善 的中断功能，有五个中断源（两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断），可基本满足不同的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。 (8) 时钟电路： 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的时序脉冲，但需外接晶体振荡器和振荡电容。 MCS51 系列单片机的主要产品 自单片机诞生以来，其产品得到了迅猛的发展，形成了多公司、多系列、多型号的局面。 各种产品既有很多共性，又各具特色。 其中以 MCS51 系列使用最为广泛。 MCS51 系列单片机主要产品及性能如表 1 所示。 7 表 1 MCS51系列单片机的主要产品 型号 制造技术 片内程序存储器 片内数据库 8051AH HMOS ROM(4K) 128字节 8031AH AHMOS 无 128字节 8751H HMOS EPROM(4K) 128字节 AT89C51∕ AT89S51 CHMOS FLASHROM 128字节 80C31 CHMOS 无 128字节 8051 HMOS ROM(8K) 128字节 8031 HMOS 无 128字节 其中 AT89S51 单片机是一种新型的在线可编程的单片机，内部有： 4K 字节、 Flash 存储器，它使得 单片机产品的软件可在线升级，也使得单片机的学习开发、程序的下载比 过去方便许多。 单片机的应用领域 目前，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。 ：电压、频率、温度、湿度、流速、 元素、位移、压力等测定。 例如：微机多功能点位分析仪、微机温度测控仪、智能电度表、智能流速仪等。 ：过程检测、过程控制、工业控制器、机电一体化控制等。 ： 例如：洗衣机、电冰箱、彩色电视机、心率监护仪、空调、微波炉、电饭煲、银行计息电脑、收音机、音响、电子称等。 ： 例如：单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无限通信系统、单片机的无限遥控系统等。 :除了以上方面的应用外，单 片机还广泛应用于办公自动化领域、汽车自动驾驶系统、计算机外部设备、航空航天器电子系统等。 8 第二 章 方案设计 设计方案论证 方案一 利用 AT89C5 74LS373 锁存器和 27512 外部扩展组成的音乐 播放器。 （ 1）功能特色 对内存进行了扩展，可以播放三首以上的歌曲。 （ 2）硬件设计 电路以 AT89C51 为主控制器， 74LS373 和 27512 进行外部程序存储器的扩展，播放 /暂停键为播放 /暂停歌曲，下 一曲键和上一曲键分别为调整歌曲的下一曲和上一曲选择键的按钮。 晶振采用 12MHz，音乐信号由 ，经喇叭发声而播放歌曲如图 框架图。 （ 3）软件设计 程序 根 据 音选取的是 C调三个 8 度内的音符，共 16 个音。 每个音符对应频率由定时器 T0产生。 为了程序调用方便，每个音符都对应一个编码，占用一个字节。 在程序中以查表的方式加载计数初值。 当值为 00H 时表示空拍，与节拍码配合完成节拍发音。 节拍码也占一个字节，其总时间 长 度等于基本时间乘以节拍码的值。 节拍码值为 01H 时，表示当前乐曲结束，为 00H时，表示全部乐曲结束。 为了编码简单，一般节拍码高半字节表示整拍，低半字节表示分数，只 要基 本延时设定恰当即可 并且在按开始按钮后，可以播放歌曲。 扬声电路 显示电路 晶振 电路 更换歌曲电路 图 方案一 框架图 AT89C51单片机 复位电路 外部扩展电路 9 方案二 利用 AT89C52和 LM386(音频功放 ) 组成的音乐 播放器。 （ 1）功能特色。 本 播放器利用单片机技术、 ML386 音频功放芯片、 4x4 键盘和 SPEARK 实现原理图设计，并用 C51 高级语言进行键盘识别程序设计和音频脉冲输出程序的设计 实现音乐播放。 （ 2）硬件设计。 电路以 AT89C52 为主控制器， LM386(音频功放 )来实现的。 晶振采 12MHz， P1 口为键盘接口， 为 音频脉冲的输出脚， 音乐信号由 P3． 0口输出，经喇叭发声而播放歌曲，框架图如图。 （ 3）软件设计。 程序中根 据 每个音符对应频率由定时器 T0 产生。 为了 程序调用方便，每个音符都对应一个编码，占用一个字节。 方案比较 从以上两种方案来看，方案 二能够实现任意乐曲演奏，采用 4x4 矩阵键盘作为发生器的输入设备．利用功率放大器 LM386 放大单片机 AT89C52产生的乐曲声音，通过 SPEAKER进行发生。 且设计与操作都比 方案一简洁方便。 通过方案对比，最终选择方案二。 AT89C52单片机 LM386 音频功放 扬声器 图 方案二框架图 10 第 三 章 硬件电路设计 AT89C52 的简介 AT89C52 概述 AT89C52 是 51 系列单片机的一个型号，它是 ATMEL 公司生产的。 AT89C52 是一个低电压 ，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52 有 40个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个读写口线， AT89C52 可以 按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S 系列的才支持在线编程 )。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 AT89C52 的管脚图 MCS51系列单片机采用 40 引脚双列直插式封装（ DIP），其引脚排列和逻辑符号如图 ， 4个并行口共有 32 根引脚，可分别作地址线、数据线和 I/O 线； 2根电源线； 2根时钟振荡电路引脚和 4根控制。 AT89C52 单片机的引脚介绍 AT89C52 单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有许多引脚具有第二功能，各引脚功能说明如下： 图 AT89C52 管脚图图 11 （ 1）输入 /输出口线 A． ～ 0p 口 8位双向口线 B． ～ 1p 口 8 位双向口线 C． ～ 2p 口 8位双向口线 D． ～ 3p 口 8位双向口线 （ 2） ALE 地址锁存控制信号 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲。