音樂盒與閃爍燈光電路的課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　音樂盒與閃爍電路的設(shè)計</p><p>　　起止日期：自2011年12月19日 至2011年12月30日</p><p><b>　　2012年3月1日</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b&

2、gt;</p><p>　　2011-2012學(xué)年第一學(xué)期</p><p>　　系（部） 信息科學(xué)與工程系 專業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 班級 xxxx </p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　設(shè)計題目： 音樂盒與閃爍電路的設(shè)計

3、 </p><p>　　完成期限：自2012年 2月25日至2012年03月10日共2周</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日</p><p>　　教研室主任（簽字）： 年

4、月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p><b>　　1.1 前言1</b></p><p>　　1.2 設(shè)計要求1</p><p>　　1.3 設(shè)計總思路1</

5、p><p><b>　　2 方案的選擇1</b></p><p>　　3單元電路的設(shè)計和元器件的選擇2</p><p>　　3.1時鐘脈沖產(chǎn)生電路2</p><p>　　3.2循環(huán)控制電路3</p><p>　　3.3彩燈花樣輸出電路3</p><p>　　3.3.1

6、運用到74LS194功能表3</p><p>　　3.3.2S0和S1及其CLK'端真值表3</p><p>　　3.4各元器件邏輯符號與引腳圖解3</p><p><b>　　4 經(jīng)驗體會3</b></p><p>　　4.1設(shè)計過程中遇到的問題及解決方案3</p><p>&

7、lt;b>　　4.2設(shè)計體會3</b></p><p>　　4.3對該設(shè)計的建議3</p><p><b>　　參考文獻3</b></p><p>　　附錄A彩燈花樣輸出電路連線圖3</p><p>　　附錄B 總電路設(shè)計3</p><p>　　附錄C EDA仿真電路圖

8、3</p><p>　　附錄D 元器件清單3</p><p><b>　　1 概述</b></p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　目前市場上的音樂播放器價格偏高，能否利用現(xiàn)在所學(xué)的單片機知識及常見的元器件搭建出能播放簡單音樂的電路，將會鞏固所學(xué)的單片機知識, 單片

9、機因其體積小、功能強、價格低廉而得到廣泛應(yīng)用。本文介紹用sTc89C52單片機設(shè)計音樂盒的方法,僅需sTc89C52最小系統(tǒng),擴展兩個按鍵,再外加一個閃爍燈光電路以及輸出設(shè)備蜂鳴器和LED。通過兩個按鍵可以選擇上一首歌曲及下一首歌曲，并在LED上直觀的顯示出歌曲的序號，同時在LED上顯示旋律。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　

10、用單片機中規(guī)模集成電路設(shè)計并制作一個音樂盒及閃爍電路系統(tǒng)，要求如下：</p><p>　　1·以單片機為核心器件組成一個音樂盒，音樂盒的音符范圍：c調(diào)低音5~高音5。</p><p>　　2·內(nèi)部存儲器至少存儲兩首歌曲，并通過按鍵選擇播放。</p><p>　　3·播放音樂時通過晶振產(chǎn)生的脈沖驅(qū)動led有節(jié)奏的閃爍。</p>

11、<p><b>　　1.3設(shè)計總思路</b></p><p>　　本文是應(yīng)用MCS-51單片機原理和控制理論設(shè)計音樂演奏控制器的硬件電路，并利用匯編語言進行程序設(shè)計。通過控制單片機內(nèi)部的定時器來產(chǎn)生不同頻率的方波，驅(qū)動喇叭發(fā)出不同音調(diào)的音樂，再利用延遲環(huán)節(jié)延遲一段時間來控制音樂的音調(diào)，再通過LED閃爍。通過查找相關(guān)音樂資料把樂譜轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的定時常數(shù)就可以從發(fā)音設(shè)備中演奏出悅耳動

12、聽的音樂。</p><p><b>　　2 方案的選擇</b></p><p>　　計數(shù)器的方案有多種，主要有：</p><p>　　方案1 采用多路芯片控制電路為主實現(xiàn)音樂盒及閃爍電路。</p><p>　　過程較為麻煩，芯片要選擇較多，容易出錯。同時不能突出單片機課程設(shè)計的重點，故不予采納。</p>&

13、lt;p>　　方案2 采用單片機控制組合實現(xiàn)音樂合及閃爍電路。</p><p>　　選擇stc89c52單片機，通過T0中斷，并配合P3.0引腳輸出音頻頻率，P3.0引腳輸出接揚聲器。通過P3.2引腳接入“播放音樂”選擇按鍵，中斷方式接入。只通過一個定時中斷，不存在優(yōu)先級順序。利用延遲實現(xiàn)電路，易于理解和編程。</p><p><b>　　圖1.3系統(tǒng)框圖</b>

14、;</p><p>　　將上述方案進行比較得之，運用單片機易于實現(xiàn)本項目。音樂盒的硬件電路由六個部分組成：單片機，時鐘與復(fù)位電路，按鍵選擇電路，音頻發(fā)生器，音頻放大器和揚聲器。</p><p><b>　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 主控芯片</b></p><p>

15、;　　設(shè)計中所采用主控芯片為STC89C52。因其價格便宜，在市場上已經(jīng)很成熟，各個方面都能夠滿足設(shè)計要求故選擇它。其采用標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式引腳DIP-40大規(guī)模集成電路封裝。</p><p>　　圖二AT89C52的引腳排列</p><p><b>　　引腳介紹：</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b&g

16、t;</p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。&

17、lt;/p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電

18、流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p&g

19、t;　　P3口： P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　P3口管腳 備選功能:</p><p>

20、;　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p

21、><p>　　P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)

22、訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理

23、器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　PSEN： 外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為

24、RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>

25、;　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　蜂鳴器及蜂鳴器驅(qū)動</b></p><p>　　蜂鳴器主要

26、分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器又各有兩種結(jié)構(gòu)：有源型和無源型。有源型內(nèi)部帶振蕩器，只要一通電就會叫。而無源蜂鳴器內(nèi)部不帶振蕩源，所以如果用直流信號驅(qū)動它，將無法令其鳴叫，必須采用2kHz~5kHz的方波信號驅(qū)動。這里從價格及控制上

27、方面，我們選擇市場上常見的有源蜂鳴器作為音頻輸出設(shè)備。</p><p>　　達林頓三極管又稱復(fù)合三極管，它將二只三極管組合在一起，以組成一只等效的新的三極管。達林頓三極管的放大倍數(shù)是二只三極管放大倍數(shù)之積。達林頓三極管可以看作是一種直接耦合的放大器，三極管間以直接方式串接，沒有加上任何耦合元件。這樣的晶體管串接型式最大的作用是：提供高電流放大增益。兩只三極管同為NPN型，將前級三極管的射極電流直接引入下一級的基極

28、，當(dāng)作下級的輸入。這種使用相同類型的三極管組成的達林頓管稱為同極型達林頓管。由于以上原因，我們選擇通過兩個NPN三級管搭建成一個達林頓作為為驅(qū)動。如圖三所示。</p><p>　　圖三三極管組成的達林頓管</p><p><b>　　3.3 按鍵</b></p><p>　　采用常用的四引腳按鍵，其中各有兩個引腳相連。按下時，接通，放開時，

29、將斷開。設(shè)計中需要兩個按鍵，作為上一首和下一首的信號輸入以及復(fù)位按鍵。</p><p><b>　　4單元電路的設(shè)計。</b></p><p>　　4.1 基本知識—音調(diào)</p><p>　　4.1.1 音頻脈沖 </p><p>　　要生產(chǎn)音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期(1/頻率)，然后將此周期除以2，即為半周期

30、的時間。利用定時器計時這個半周期時間，每當(dāng)計時到后就將輸出脈沖的I/O反相,然后重復(fù)計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。</p><p><b>　　4.1.2 方法</b></p><p>　　利用8051的內(nèi)部定時器使用其工作在計數(shù)器模式MODE1下，改變計數(shù)值THO及TLO以產(chǎn)生不同頻率的方法。</p><p&

31、gt;<b>　　計算公式</b></p><p>　　例如頻率為523Hz，其周期T＝1/523＝1912us，因此只要令計數(shù)器計時956us/1us＝956，在每次計數(shù)956次時將I/O反相，就可得到中音DO (523Hz)?！?lt;/p><p>　　計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下：</p><p>　　N： 計算值；Fi：內(nèi)部計時一次為1u

32、s， 故其頻率為1MHz；</p><p>　　4.1.4 其計數(shù)值的求法</p><p>　　例如：設(shè)K＝65536， F＝1000000＝Fi＝1MHz， 求低音DO(261Hz)。中音DO (523Hz)。 高音的DO (1046Hz)的計算值。</p><p><b>　　＝</b></p><p><b&

33、gt;　　低音DO的</b></p><p><b>　　中音DO的</b></p><p><b>　　高音DO的</b></p><p>　　4.1.5 C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的對照表如表二所示。</p><p>　　表二C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的對照表</p>&

34、lt;p>　　4.2 基本知識--節(jié)拍</p><p><b>　　4.2.1相關(guān)知識</b></p><p>　　每個音符使用1個字節(jié),字節(jié)的高4位代表音符的高低,低4位代表音符的節(jié)拍，表三為節(jié)拍與節(jié)拍碼的對照.如果1拍為0.4秒，1/4拍是0.1秒,只要設(shè)定延遲時間就可求得節(jié)拍的時間.假設(shè)1/4拍為1DELAY，則1拍應(yīng)為4DELAY,以此類推.所以只要求

35、得1/4拍的DELAY時間,其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù),如表四為1/4和1/8節(jié)拍的時間設(shè)定。</p><p>　　表三節(jié)拍與節(jié)拍碼對照</p><p>　　表四各調(diào)1/4節(jié)拍的時間設(shè)定及各調(diào)1/8節(jié)拍的時間設(shè)定</p><p>　　3.4各元器件邏輯符號與引腳圖解 </p><p>　　圖3.4.A74LS194邏輯符號和引腳圖</p

36、><p>　　圖3.4B 74LS163引腳圖 圖3.4C 74LS20引腳圖</p><p>　　圖3.4D 74LS20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3.4E 74LS09內(nèi)部引腳圖</p><p>　　圖3.4F 74LS04引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3.4G 74

37、LS32引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4 經(jīng)驗體會</b></p><p>　　4.1設(shè)計過程中遇到的問題及解決方案</p><p>　　1）彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣.</p><p>　　可能是移位計數(shù)器的S0，S1端控制出現(xiàn)問題，應(yīng)該檢查循環(huán)控制邏輯電路。還可能是12進制循環(huán)控制計數(shù)器沒正

38、常工作，檢查是否正確接線，芯片是否功能完好。特別注意不能把非門的輸入與輸出接反了。</p><p>　　2）彩燈無規(guī)律變化.</p><p>　　原因可能是12進制循環(huán)控制電路不能產(chǎn)生符合要求的控制碼，檢查模十六計數(shù)器的CP脈沖是否穩(wěn)定，看74LS161是否能計數(shù)，即QA、QB、QC、QD是否周期性的高低電平變化，前面沒問題，再檢查與非門74LS20門74LS04是否能實現(xiàn)它們邏輯功能。&

39、lt;/p><p>　　3）彩燈的四種花樣都有，但一次循環(huán)結(jié)束到另一次循環(huán)開始中間有段時間彩燈不亮.</p><p>　　原因可能是控制循環(huán)的12進制計數(shù)器沒有真確接線，實際控制循環(huán)的進制大于12進制，導(dǎo)致有放空時間。應(yīng)該檢查74LS20是否正常工作，確保能實現(xiàn)12進制計數(shù)。</p><p><b>　　4.2設(shè)計體會</b></p>

40、<p>　　本來當(dāng)初選題是要做自動控制延時電路，比較盲目，最后遇到了瓶頸，要用220v電壓供電，最后不得不放棄該項目，轉(zhuǎn)而開始這個項目?？此坪唵蔚墓δ茏銎饋聿⒉缓唵?。兩周的實習(xí)很快就過去了，過程中出現(xiàn)了很多波折，在這次實習(xí)中我學(xué)到了很多東西，不僅僅是專業(yè)知識</p><p>　　首先是四路彩燈電路的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)自己對芯片的功能還是不太了解，后來又重新查了一遍，選擇了合適的芯片。但又在連線時出了問題，出

41、了問題并不重要，重要的是讓自己冷靜下來，用心去找出問題的所在。然后用自己所學(xué)知識解決掉問題，硬是不能解決的，可以去請教別人，但在問別人的時候，一定要理解對方是怎樣解決掉這個問題的，否則你將一無所獲，下次遇到這個問題你一樣又不知道。</p><p>　　其次是電路的連接，線路連接比畫圖難多了。在連接的時候先要檢查芯片、電線等。在連接的時候也要非常的細心，而且要有耐心，只要接錯一根，就前功盡棄了。因此，要學(xué)會耐心細致

42、的做一件事，不要毛躁，不要粗心。還有以后做事的時候一定要事先考查清楚，不能盲目選擇沒有目標(biāo)。</p><p>　　最后，我要感謝學(xué)校給我們這樣的實踐機會，特別要感謝肖主任對我們這組的大力支持。親自幫助我們修改電路，總之，這次課程設(shè)計，讓我體會到了團隊合作的重要性，讓我以后做事更有耐心，更加細心。讓我能夠更加從容的面對未來的機遇與挑戰(zhàn)。</p><p>　　4.3對該設(shè)計的建議</p&

43、gt;<p>　?。?）．先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求為止。</p><p>　?。?）．對于中等規(guī)模以上的電路，可以分模塊去實現(xiàn)不同的功能。各個功能實現(xiàn)后然后再組合，這樣便于檢查錯誤和擴展功能。</p><p&g

44、t;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 余孟嘗. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 北京: 高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 方大千,鮑俏偉.實用電子控制電路[M].(第一版).北京：國防工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[3] 肖景和.數(shù)字集成電路應(yīng)用精粹[M] .北京：人民郵電出版社,2002.

45、</p><p>　　[4] 李忠波,袁宏.電子設(shè)計與仿真技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004</p><p>　　[5] 歷雅萍，易映萍.電子技術(shù)課程設(shè)計[M].高等教育出版社,2002</p><p>　　附錄A 彩燈花樣輸出電路連線圖</p><p>　　圖A彩燈花樣輸出電路連線圖</p><p><