电子音乐盒的单片机设计 .doc

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1、一、毕业论文的目的随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机功能不断完善，性价比价格比显著提高，技术日趋完善。由于单片机具有体积小，重量轻，价格便宜，功耗低，控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设，军事及家电器件等各个领域均有广泛的应用。本设计利用单片机及其附加电子器件实现某一实际功能，检验并提高同学对整体电路设计和把握的能力。同时也加强对整体电路设计和把握能力，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路，单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论基础和实践基础。二、主要内容根据给定的任务要求选择合适的单片机和其它电子

2、元件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系统电路板，使之实现任务要求并注意制作工艺。有关参数要符合国家标准。具体设计内容如下：设计一套基于单片机的音乐盒，完成对音乐播放的控制，完成对音乐控制系统软件、硬件的设计和调试，并进行仿真和硬件制作。三、重点研究问题制定音乐盒控制系统需要完成功能，并根据此来制定设计方案；根据设计方案来进行硬件电路图的设计和软件模块的开发；音乐盒一主要功能计数功能是由数码管来完成的，对数码管型号进行选择，通过仿真调用后再来反复修改程序，最终达到预期功能。四、主要技术指标或主要设计参数1. 系统要有一定稳定性，不易受外界干扰的影响。2. 系统采用外部或内部+

3、5V供电。3. 实现音乐盒播放音乐的控制。4. 数码管来显示歌曲序号的功能。5. 可以通过按键选择增加一些完善功能。五、论文成果要求毕业设计要符合生产要求，能基本满足功能要求。在论文内容中要求以下方面：1. 开题报告：在设计初期阶段进行认真调研。在调研和充分理解课题内容和要求的基础上，写出3000字左右的开题报告(其中包括文献综述)。要求查阅文献在10篇以上，开题报告中引用的文献资料在5篇以上。2. 实习日记及总结：在设计初期进行毕业实习，实习时间为2周左右。实习过程应听从指导教师的指挥，写出实习日记。实习结束后，对实习过程进行总结，提交实习报告（不少于2000字）。3. 外文翻译：在设计过程

4、中，能运用一门外语翻译与课题有关的外文资料。要求译文准确、通顺，字数在3000汉字以上。4. 毕业论文：在毕业设计后期，提交毕业设计论文一本。要求内容完整，含中外文摘要，条理清楚，文字通顺，书写规范。要求中文摘要字数在400字左右，关键词35个，论文正文字数应在10000字以上。5. 提交设计部分的硬件电路图和单片机系统设计的软件代码，以及能够正常工作的单片机电路板。单片机系统开发与应用毕业设计组进程表时间：第114周（含2周实习）、14周答辩2月16号5月24号第12周（2.163.1）进行调研，收集与课题相关资料，熟悉课题所需相关知识，初拟设计方案。熟悉相关应用工具软件，收集素材。完成相关

5、英文资料翻译。第34周(3.23.15)毕业实习，了解各种单片机系统的开发和实际应用特点、工作原理及与专业有关知识，开阔眼界，进一步收集资料。第56周（3.163.29）写出开题报告(文献综述)、实习报告。确定总体设计方案，包括硬件选型。第78周（3.304.12）进行系统硬件设计，绘制硬件图。第9周（4.134.19）进行系统软件设计，并进行运行仿真。第1012周（4.205.10）完成电路板制作，总体测试、调试等第13周（5.115.17）编写毕业设计说明书、答辩准备第14周（5.185.24）答 辩华北水利水电学院本科生毕业论文开题报告 2009年 3月18日学生姓名肖新学号专业测控技术

6、与仪器题目名称单片机系统开发与应用电子音乐盒设计课题来源自 选主要内容一、选题目的单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中

7、，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。单片机为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导 弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。为了更好地熟悉和掌握单片机的基本功能和编程，我们以AT89S51为基础设计电子音乐盒。AT89S51单片机电子音乐盒集成多个硬件资源模块，每个模块各自可以成为独立的单元，也可以相互组合，因此，可以为不同阶层的单片机爱好者所用。同时，电子音乐盒的设计具有很重要的现实意义。我们根据学习和实践的

8、需要，进行了电子音乐盒功能设计。我们在制作电子音乐盒的过程中会学习到很多的东西，能够最大限度的了解我们自制的这一个单片机电子音乐盒，这样以后调试程序的时候便得心应手，效率要提高很多。自制的单片机电子音乐盒特点介绍：1.结构简单合理；2.设有复位按钮，便于分析和调试程序；3.单片机的所有口线均可外引，便于扩展其它实验；4.器件排列便于直接连接仿真器而不影响操作和观察；5.外部接口在侧面而便于连接而不影响操作 ；6.直流5V或者USB电源均可接入，USB接口设计保护电路；7.所有元件安装高度均不超过2CM，便于存放，并减少受损几率。 二、国内外研究现状及发展趋势1.现状现在，单片机的使用领域已十分

9、广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。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， 录象机、摄象机、

10、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。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机也广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。2.单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势1）可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。 2）所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是

11、其内部已集成上各种应用电路。 3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。3.数字单片机的技术发展 数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。 三、本课题研究内容：1.单片机的基本概念与用途单片机（SCM）直译微型计算机，它是将中央处理单元（CPU）、存储器（RAM,ROM）、输入/输出接口电路等微型计算机的基本功能

12、部件集成在一块集成电路芯片上，构成一个具有存储、运算、输入输出功能的微型计算机。单片机的应用提高了机电产品的技术水平和自动化程度，对各行各业的技术改造和产品更新起到了重要的推动作用。其应用领域已从工业控制、仪器仪表、机电一体化设备等迅速发展到家用电器、办公自动化、汽车电子等广大领域。2.单片机电子音乐盒的主要功能1）键盘设计键盘,可以完全独立的分开,灵活设计,满足各种需要; 在单片机系统中键盘中按钮数量较多时，为了减少I/O口的占用，常常将按钮排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按钮加以连接。这样，一个端口（如P1口）就能组成4*4=16个按钮，比

13、之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就能组成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。行扫描法 行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按钮识别办法，介绍过程如下。判断键盘中有无键按下 ，将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按钮之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其办法是：依次将行线置为低电平，即

14、在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。 2）音乐播放的设计蜂鸣器声音输出,可以让单片机发声、唱歌,让单片机变成电子琴; 我们将每一音符的时间常数和其对应的节拍常数作为一组，按次序将乐曲中的所有常数排列成一个表，然后由查表程序依次取出，产生音符并控制节奏，就能实现演奏效果。此外，结束符和体止符能分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生对应的停顿效果。为了产生手弹的节奏感，在某些音符（例如两个相同音符）音插入一个时间单位

15、的频率略有不一样的音符。四、设计主要实现功能。1.键盘功能矩阵式键盘采用行列电路结构，行列交叉点通过按键相连，行列分别连接到按键开关的两端。列线为输出口，行线为输入口，行线通过上拉电阻接到+5V上。当无键按下时，行列之间是断开的所有行线输入为高电平；当有键按下时，对应的行线和列线短接导通，行线输入电平为该列线输出电平，这是按键是否按下的关键。2.LED显示功能LED显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管排成8字行，另一个构成小数点。在显示位数较大时为了简化电路，降低成本，通常采用动态扫描显示方式。为了使各位显示器稳定显示不同的字符，必须采用动态扫描的方法实现。从PA口输出一个字行码，随

16、即从PB口输出一个位选码，依次送每一个数码管要显示的字形和相应的为选码，则几个数码管上就会依次显示出相应的字符。显然，这种显示是不连续的，但不断重复上述扫描过程，且扫描频率较高时，看上去就变成连续的，达到同时显示的效果。3.音乐功能我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单处机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调。五、参考文献：1.单片机原理与接口技术黄菊生编，北京：国防工业出版社 2007.092.微机原理及应用杨素行编 ，清华大学

17、出版社 2007.023. 单片机原理与接口技术 何宏主编 ，国防工业出版社2006.07 4.各种网络教程及其他采取的主要技术路线或方法理论分析与试验研究相结合，具体分析说明仪器、原材料，详细构建总体设计步骤：系统硬件设计，绘出硬件图；系统软件设计，仿真运行；完成电路板制作，测试、调试等方法1.采用单片机实现总体控制，具体用什么方法或技术实现显示和音乐播放等功能； 2.利用什么软件实现绘图和仿真、编程等； 3.制作实物。预期的成果及形式1.开题报告一份（3000字左右），其中包括文件综述。要求阅读文献在10篇以上，开题报告中引用的文献在5篇以上；2. 运用一门外语翻译与课题有关的外文资料，字

18、数在3000字左右；3. 设计计算说明书一份（10000字以上，包括前言、内容摘要、目录及参考文献等）；4. 提交设计部分的硬件电路图和单片机系统设计的软件源码，以及能够正常工作的单片机音乐盒；时间安排第12周（2.163.1）进行调研，收集与课题相关资料，初拟设计方案；第34周（3.23.15）毕业实习；第56周（3.163.29）确定总体设计方案，包括硬件选型；第78周（3.304.12）进行硬件设计，绘制硬件图；第9周（4.134.19）进行系统软件设计，并进行仿真运行；第1012周（4.205.10）完成电路板制作，总体测试，调试；第13周（5.115.17）编写毕业设计说明书，答辩准

19、备；第14周（5.185.24）答辩。指导教师意见签 名：年 月 日备注摘 要为了实现单片机控制音乐播放，此次毕业设计做出了尝试，即电子音乐盒的设计。本设计采用了蜂鸣器发声来实现歌曲的播放，能保持基本音调不变，流畅播放出歌曲。现选用AT89S51单片机。主要设计模块包括数码管显示部分，功能键盘部分，蜂鸣器发声部分，彩灯部分。数码管采用共阳极数码管，通过单片机P1口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过单片机P3口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；蜂鸣器由单片机的P2口控制，实现歌曲播放；彩灯是由普通发光二极管代替，能实现单色长亮和闪烁效果。主要工作过程是通过按下功能键实

20、现上一首和下一首及暂停播放，同时有数码管显示当前播放歌曲的序号，蜂鸣器播放出音乐，当播放最后一首夜曲时还伴有彩灯闪烁。 此次设计要利用单片机及KeilC51编程软件编程和PROTEUS单片机仿真软件和电子电工等方面知识,用KeilC51编程软件编程，用PROTEUS单片机仿真软件仿真。最后制作实物，将程序下载到单片机中，利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。关键词：AT89S51单片机;方波; 音调 AbstractIn order to achieve single-chip microcomputer to control music player, I

21、 made the graduation project to try, that is, the design of electronic music box. I used to achieve audible buzzer songs to play, to maintain the same basic tone, smooth playback of songs. Single-chip AT89S51 is optional. The main design module includes a digital display of the keyboard function of

22、the audible buzzer of some lantern.LED digital tube using a total of anode, through the P1 port single-chip control, the realization of the show the serial number songs; functions using the keyboard button switches, single-chip P3 through population control, to achieve the change the order of songs

23、to play and pause functions; buzz P2 is controlled by MCU port control, the realization of music playback; lantern is to replace ordinary light-emitting diodes, to achieve long-monochromatic light and scintillation effects. The main process is to achieve by pressing function keys on the first one an

24、d the next, and suspension of play, while the digital display the serial number of the currently playing song, the music player buzzer, when the player when the final with a Nocturne lantern flashing. The use of single-chip design and programming software KeilC51 programming and simulation software

25、PROTEUS single chip , such as electrical and electronic knowledge, with KeilC51 programming software programming, and simulation software PROTEUS single-chip simulation. Finally, the production in kind, will be downloaded to a single-chip process, the use of I / O I have a certain frequency square w

26、ave to drive the buzzer, the issue of different tones, which play music. Key words: AT89S51 microcontroller; square; tone目 录摘 要IABSTRACTII目 录1第1章 绪 论1第2章 音乐盒总体设计22.1 设计功能要求22.2 总体设计原理22.3 总体设计框图2第3章 芯片的选择和介绍43.1 MCS-51系列单片机简介43.2 单片机的选择43.2.1 AT89S51芯片介绍5第4章 系统硬件设计84.1 电源电路84.2 单片机最小系统84.3 数码管显示部分94

27、.4 键盘部分114.4.1 按键开关114.4.2 轻触开关114.5 蜂鸣器部分11第5章 系统软件设计135.1 软件系统介绍135.2 编程语言的选择135.3 应用软件的选择keilc51135.4 系统程序设计145.4.1 主程序流程图145.4.2 主程序155.4.3 定时器定时18第6章 系统仿真及硬件制作216.1 仿真的必要性216.2 系统仿真过程216.2.1 原理图的绘制216.2.2 程序的调入226.3 硬件模型的制作和调试226.3.1 硬件制作的意义236.3.2 硬件制作所需器件236.3.3 硬件制作23参 考 文 献25总 结26附 录27附录一 音

28、乐歌曲源代码27附录二 音乐盒原理图33附录三 外文原文34附录四 外文原文翻译41第1章 绪 论音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的的钟塔报时，而将大小的钟表上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。 音乐盒悠扬的乐声，经常勾起人们对美好往事的回忆，甚至魂牵梦萦，坠入时光岁月的追忆中。300多年来席卷全球市场的机械音乐盒的最大魅力，也许就在于它能将抽象的音乐，凝固成具象的艺术品。成为人们表达美好情感，追思逝去岁月的最佳选择吧！机械音乐盒的发展史，可追溯至14世纪初期，所发明挂在教堂钟楼上的排钟,这种用发条装置来演奏的乐器，能发出清脆如水晶般的乐声，一度风靡荷兰，比利时和

29、法国北部。1811年以来，瑞士曾经是这项技艺的中心，它和瑞士钟表工业一样，两者相辅相成，一段时间名领风骚，称霸全球。音乐盒300多年的产品发展，同时也是人类文明300多年发 展的历史鉴证。每个不同时期的音乐盒造型，都能折射出当时不同的社会心态和文明发展现状，它也成了时代的一面镜子。现今，音乐盒的制造，延袭传统，结合现代，正日益成为人们或为了典藏一段岁月，或为了收藏一份情感，或出于对音乐的追求，或对于旧时代的怀念，或为了居室的美化，等等，而得到众多品位人士的追求。 音乐盒的分类：18音，30音，这些是代表音乐盒机芯的音数，其实也就是机芯里面，那一排钢条的数量，钢条的数量越多，也就是音数越高，奏出

30、来的音色就越丰富，曲子也就是越好听，同时曲子的播放时间也相应长一点。一般18音的曲子为25秒左右，30音的曲子为35秒左右。50音的差不多有60秒。目前来说，一般市面上卖的“爱丽丝”都是18音的，其次是30音，50音。此次设计的目的就是运用单片机来设计一套控制系统，来完成音乐播放的控制，并设计一套硬件来进行音调播放的实际模拟，从而有欣赏音乐的效果。第2章 音乐盒总体设计2.1 设计功能要求1.利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演乐曲(内存六首乐曲)。2.采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号。3. 可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一曲，下一曲。2.2 总体设计原

31、理通过单片机的定时器产生一定长度的方波，方波脉冲驱动蜂鸣器发声。要产生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时间定时。利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相,然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。如中音D0，频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒，因此只要令计数器定时1912/2=956，在每计数956次时将I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。 当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1，在LED显示歌曲号，也可使彩灯长亮

32、和闪烁。数码管采用共阳极数码管，通过单片机P1口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过单片机P3口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；蜂鸣器由单片机的P2口控制，实现歌曲播放；彩灯是由普通发光二极管代替，能实现单色长亮和闪烁效果。通过按下功能键实现上一首和下一首及暂停播放，同时有数码管显示当前播放歌曲的序号，蜂鸣器播放出音乐，当播放最后一首夜曲时还伴有彩灯闪烁。2.3 总体设计框图单片机接+5V电源供电，晶振电路产生单片机所需时钟信号，通过功能键产生外部中断，控制音乐盒的上一首和下一首曲目，再由I/O接口输出控制蜂鸣器发声，LED显示，彩灯亮或闪烁。另外，复位电路在于营造

33、一个程序运行的初始状态，在程序出错时，重新启动单片机工作。 电源晶振部分复位电路AT89S51蜂鸣器LED显示功能键 图2.3 总体设计框图编程设置好定时时间，通过编程器写入AT89S51单片机系统。由AT89S51单片机的定时器每秒钟通过P1.0-P1.7口控制LED数码显示，复位信号由按钮输入，每按下一次，系统恢复原设定状态。电源，晶振部分，复位电路，单片机，LED，功能键，蜂鸣器部分后面均有详细介绍。第3章 芯片的选择和介绍3.1 MCS-51系列单片机简介单片机系统是本监控系统的核心部分，数据的处理以及对试验设备的控制都由其来完成。单片微型计算机（Single-Chip Microco

34、mputer）简称单片机。它是在一块芯片内集成了计算机的组成单元，包括中央处理CPU（Central Processing Unit）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、定时器/计数器以及I/O（Input/Output）等主要的计算机部件。虽然单片机只是一个芯片，但它具有微机系统的组成和功能特征，可谓麻雀虽小五脏俱全。单片机经历了4位单片机、8位低档单片机、8位高档单片机、16位单片机等各个阶段，现在正向高性能、高速度、高集成度、大容量多功能、低功耗、加强I/0能力及结构兼容的32位和双CPU方向发展。从MCS

35、-48单片机发展到如今的新一代单片机，大致经历了三代。如以Intel位单片机为例，这三代的划分大致如下：一代以MCS-48系列单片机为代表。其主要的技术特征是将CPU和计算机外围电路集成到了一个芯片上，在与通用CPU分道扬镳、构成新型工业微控制器方面取得了成功，为单片机的进一步发展开辟了成功之路。第二代以MCS-51系列的8051、8052单片机为代表。MCS-51系列8位高档单片机是在总结MCS-48系列单片机的基础上，于80年代初推出的新产品。第三代是Intel随后推出的MCS-96系列单片机。与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且在其他性能方面也有很大的提高，特别是芯片内

36、还增加了一个4路或8路的A/D转换器，使其具有A/D转换功能。在这所有的系列中MCS-51系列以它较高的性能和较合理的价格仍占据着很大的市场地位。3.2 单片机的选择单片机型号的选择是根据控制系统的目标、功能、可靠性、性价比、精度和速度等来决定的。根据本课题的实际情况，单片机型号的选择主要从以下两点考虑；一是要有较强的抗干扰能力。二是要有较高的性价比。由于51系列在我国使用最广，且该系列的资料和能够兼容的外围芯片也比较多，特别是ATMEL公司2003年推出新一代89S系列单片机，其典型产品AT89S51单片机，与89C系列单片机相比具有较高的性能价格比。故本系统采用ATMEL公司生产的AT89

37、S51单片机作为交通灯的核心部件，该单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能COMS8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM），片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，是80C51的增强型并且指令完全兼容，AT89S51新增加的功能由特殊功能寄存器完成，相信日后它将更广泛地应用于工业控制、汽车控制、智能仪器仪表及电机控制等应用领域。3.2.1 AT89S51芯片介绍 图 3.1 AT89S51芯片图3.2 管脚排列图它有40个管脚，分成两排，每一排各有20个脚，其中左下角标有箭头的为第1脚，然后按逆时针方向

38、依次为第2脚、第3脚第40脚，如图3.2所示AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器

39、（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位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 管脚说明：VCC：供电电压GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1

40、口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在

41、FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出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。P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /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。I/O

42、口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定

43、是1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类I/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能 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，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。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信号，此频率为振荡器频率的1/6。因

44、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。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（0000H-FFFFH），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R

45、ESET；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。基于AT89S51的各种特性，选用此型号比较合适。第4章 系统硬件设计4.1 电源电路 采用经市电变压，稳压的稳压电源电路图如图4.1所示 图4.1 电源电路单片机使用的是5（0.2）V的电源，对电压的稳定要求较高，我们可以用LM7805来实现此功能。首先，用交流变压器将220V电压变为大于5V的交流电，比如7.5V或10.5V，然后用桥式整流器，和电容进行整流滤波，将交流电处理为直流。

46、然后用7805进行5V恒压输出，共给单片机电路使用。4.2 单片机最小系统图4.2 单片机最小系统单片机最小系统以89S51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.89S51单片机系列是在MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺, CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点.单片机需要一个时间基准来为各种操作提供秩序，此电路叫时钟电路，采用不同的接线方式可以获得不同时钟电路，有内部时钟电路和外部时钟电路，如图4.3所示，外部时钟电路会使电路复杂，故采用的是内部时钟电路。时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为6MHz的晶振,一个机器周期为2us,C1,C2为22pF。图4.3 时钟电路图图4.4 复位电路图复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或