基于12864液晶显示单片机音乐播放器的设计学士学位论文(编辑修改稿)

基于12864液晶显示单片机音乐播放器的设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 AT89S51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管脚 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存 储器写选通） /RD（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 端 的输出电平用于锁存地址的地 址 字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲 14 信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号 端。 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（ 0000HFFFFH），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。 主要特性 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 15 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电 路 振荡器特性 （ 1） 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 ，如图 35 所示。 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。 图 35 晶体振荡器电路图及出腿连接示意图 （ 2） 芯片擦除 整个 EPROM 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 片擦除操作中， 16 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。 AT89S51 单片机的工作周期 单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作，控制信号必须定时发出，为了定时计算机内 部必须有一个准确的定时脉冲。 这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期，如图 36 所示。 图 36 振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期 振荡周期：是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。 即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。 状态周期：每个状态周期为振荡周期的 2 倍 , 是振荡周期经二分频后得到的。 在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为 P P2。 17 机器周期：一个机器周期包含 6 个状态周期 S1~S6, 也就是 12 个振荡周期。 在一个机器周期内 , CPU 可以完成一 个独立的操作。 指令周期：它是指 CPU 完成一条操作所需的全部时间。 控制部件是单片机的神经中枢，以主振频率为基准（主振周期即为振荡周期），控制器控制 CPU 的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环节组织在一起。 一般情况下，算术逻辑操作发生在时相 P1 期间，而内部寄存器之间的传送发生在时相 P2 期间，这些内部时钟信号无法从外部观察，故用 XTAL2 引脚振荡信号作参考。 AT89S51 单片机的工作过程和工作方式 单片机工作过程遵循现代计算机的工作原理（冯 诺依曼原理），即程序存储和程 序控制。 存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据 , 通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。 程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的指令，加以分析并执行规定的操作。 单片机的工作方式有：复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。 1．复位方式 通过某种方式 , 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。 复位方式是单片机的初始化操作。 单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。 MCS—51 单片机复位后 , 程序计数器 PC 和特殊 18 功能寄存器复位的状态如图 37 所示。 复位不影响片内 RAM 存放的内容 , 而 ALE、 PSEN 在复位期间将输出高电平。 由图 37 可以看出，复位后： (1)（ PC） =0000H 表示复位后程序的入口地址为 0000H，即单片机复位后从 0000H 单元开始执行程序； (2)（ PSW） =00H， 其中 RS1()=0， RS0()=0，表示复位后单片机选择工作寄存器 0 组； (3)（ SP） =07H 表示复位后堆栈在片内 RAM 的 08H 单元处建立； (4) P0 口～ P3 口锁存器为 全 1 状态，说明复位后这些并行接口可以直接作输入口，无须向端口写 1。 定时器 /计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响。 能部件工作状态的影响。 图 37 PC 与 SFR 复位状态表 单片机在时钟电路工作以后 , 在 RST/VPD 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。 例如使用晶振频率为 12MHz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us。 复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及 “看门狗 ” 19 复位三种类型。 前两种见 图 38 所示。 “看门狗 ”电路则是一种 集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控，防止程序 “跑飞 ”而出现死机而设计的电路。 图 38 （ a）上电复位电路。 （ b）上电 /外部复位电路 2．程序执行方式 程序执行方式是单片机的基本工作方式。 由于复位后 PC=0000H，因此程序执行总是从地址 0000H 开始，为此就得在 0000H 处开始的存储单元安放一条无条件转移指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。 3．待机方式 待机方式也称空闲方式，是一种节电工作方式。 在待机工作方式中，振荡器保持工作，时钟脉冲继续输出到中断、串 行口、定时器等功能部件，使它们继续工作，但时钟脉冲不再送到 CPU，因而 CPU停止工作。 4．掉电方式 掉电方式，也被称为停机方式。 在掉电方式中，振荡器工作停止，单片机内部所有功能部件停止工作。 它同样是一种为降低功耗而设计的节电工作方式。 待机方式和掉电方式都是为了进一步降低功耗而设计的节电工作方式，它们特别适合于电源功耗要求很低的应用场合。 这类系统往往 20 是直流供电或停电时依靠备用电源供电，以维持系统的持续工作。 CHMOS 型单片机的节电方式是由特殊功能寄存器 PCON 控制，其具体使用可参考相关书籍和手册。 空闲和掉 电模式外部引脚状态 如下图 39 所示： 图 39 空闲和掉电模式外部引脚状态 5. 编程和校验方式 对于内部集成有 EPROM 可以进入编程或校验方式。 （ 1）内部 EPROM 编程 编程时，时钟频率应定在 36MHz 的范围内，其余各有关引脚的接法和用法如下： P1 口和 P2 口的 ~ 为 EPROM 的 4k 地址输入， P1 为8 位地址； ~ 以及 PSEN 应为低电平； P0 口为编程数据输入； 和 RST 应为高电平； RST 的高电平可为 ，其余的都以 TTL 的高低电平为准； EA/VPP 端加 +21V 的编程脉冲，此电压要求稳定，不能大于 ，否则会损坏 EPROM 在出现正脉冲期间， ALE/PROG 端加上 50ms 的负脉，完成一次写入。 21 （ 2） EPROM 程序校验 在程序的保险位未设置前，无论在写入的当时或写入以后，均可将片上程序存贮器的内容读出进行检验，在读出时，除 脚保持为TTL 低电平之外，其他引脚与写入 EPROM 的连接方式相同。 要读出的程序存贮器单元地址由 P1 口和 P2 口的 ~ 送入， P2 口的其他引脚及 PSEN 保持低电平， ALE、 EA 和 RST 接高电平，检验的单元内容由 P0 口送出。 在检验操作时，需在 P0 的各位外部加上电阻10kΩ。 （ 3）程序存贮器的保险位 AT89S51 内部有一个保险位，亦称保密位，一旦将该位写入便建立了保险，就可禁止任何外部方法对片内程序存贮器进行读写。 将保险位写入以建立保险位的过程与正常写入的过程相似，仅只 脚要加TTL 高电平而不是像正常写入时加低电平，而 P0、 P1 和 P2 的~ 的状态随意，加上编程脉冲后就可使保险位写入。 保险位一旦写入，内部程序存贮器便不能再被写入和读出校验，而且也不能执行外部存贮器的程序。 只有将 EPROM 全部擦除 时，保险位才能被一起擦除，也才可以再次写入。 通过以上对单片机硬件系统的简单介绍，应该已经掌握了单片机的内部结构及工作的原理和过程，但是单片机要实现它的强大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，还必须依靠它的指令才能发挥单片机的强大作用。 下面介绍单片机的指令系统。 22 STC12C5616AD 此单片机不仅具有 AT89S51 单片机的所有功能，而且还具有 1 个时钟 /机器周期 ,飞思卡尔芯片解密，增强型 8051 内核，速度比普通 8051快 8～ 12 倍 ，本系统使用其做设计，不仅因为它只有 28 脚所占空间较小，而且其内 部 FLASH 为 16K，非常适合设计所需。 以下为STC12C5616AD 引脚图。 图 310 STC12C5616AD 引脚图。 系统概述 本系统采用功放作为发生装置，其声音效果是蜂鸣器无法相比的，而用 12864 是为了操作者更能直观的对自己所喜欢的音乐进行播放。 23 该设计包括硬件和软件设计两个部分。 模块划分为 LCD 显示、按键控制、播放音乐和 LED 显示等模块子函数。 电路结构做成可划分为：12864 液晶控制电路 、单片机控制电路、 LED 控制电路，功放放大电路及相关的控制管理软件 组成。 用户终端完成按键处理、音乐播放、音乐存储、本地显示等功能。 就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。 单片机应用系统也是有硬件和软件组成。 硬件包括单片机、输入 /输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。 单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段，就本设计来说也包括这些过程。 它们的进程框图如 图 41 所示。 图 41 单片机应用系统研制过程框图 24 总体设计 从设计的要求来分析该设计须包 含如下结构： 功放驱动电路 、 LCD显示电路、单片机、晶振电路、复位电路、 LED 显示控制电路按键控制及相关的控制管理软件组成 ；它们之间的构成框图如 图 42 总体设计框图所示： 图 42 总体设计框图 处理器采用 51 系列单片机 STC12C5616AD。 整个系统是在系统软件控制下工作的。 本系统硬件电路先对来说较简单，这样节约了设计成本，主要还是靠软件来实现，通过模块化编程，把每一个部分都通过模块化来实现，这样在调用时相对简单，更方便音乐的修改。 系统硬件选择 从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： STC12C5616AD、12864 液晶驱动、 LED、按。