STC89C51的数字式音乐盒设计
目 录
一、引言 1
二、基本设计思路 1
三、硬件电路方案论证 1
（二）最终硬件选择方案 2
四、系统硬件设计 2
（一）系统硬件组成框图 2
（二）主控芯片介绍 2
（三）主控机模块 4
（四）音乐机模块 4
（五）显示模块 5
（六）按键模块 6
（七）LM386功放模块 7
五、节拍的确定 8
六、系统软件设计 9
（一）设计的软件环境简介 9
（二）主函数程序设计 10
七、结 论 13
八、参考文献 13
九、致谢 14
十、附录： 15
附录一：主控机程序 15
附录二：电路实物图 20
附录三:电路原理图 21
附录四:电路原理图 22
一、引言
在科技飞速发展的现代，电子技术应用层出不穷。事实证明现在的社会，无论哪个领域都需要电子技术，与此同时电子产品也越做越多，产品的更新也越来越快。目前，单片机正往高效能和品种多方向发展，它的趋势是进一步向着体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、可靠性高、价格低廉等方向。单片机应用的重要价值还在于它从本质上改变了传统控制系统的设计方法和思想。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机已经渗透到我们生活的各个领域，很多方面都会应用到它。
随着科技现代化的发展，人们生活质量的提高，对视听方面质量的要求也越来越高了。以往的音 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
乐盒大多数都是重量化，简单的机械工艺作品，要花大资金和费心力，所以很少批发生产。而本次设计的音乐盒是用单片机为控制器件的电子式音乐盒，比传统音乐盒轻巧方便，并且能实现演奏多种音乐等优点，同时外表美观使用方便。
二、基本设计思路
（一）设计概述
本次设计是基于STC89C51的音乐盒设计，与以往的音乐盒（机械式）相比更轻巧，音质也更加优美。另外电子式音乐盒是使用电池续航，它的制作工艺简单价格实惠，因此能进行批量性的生产。用户可根据个人爱好选歌，而不是简单的单曲循环。
本次设计的音乐盒，灯光曲目都可根据按钮的选择改变，扬声器播放音乐，数码管显示当前播放歌曲的位置，还有灯光效果的变换。共使用六个按钮，分别包含复位按钮、启动和停止按钮、歌曲前进及后退按钮和灯光效果变换按钮。
（二）功能实现
1.电路工作的模式：显示播放的歌曲，功放播音。
2.同时按下开始按键，音乐开始播放，外加上下歌曲切换的功能。
3.按下停止按钮数码管停止显示，歌曲停止。
4.播放音乐的同时可按下灯光按钮实现灯光效果的变换。
三、硬件电路方案论证
（一）硬件选择方案
1.本次音乐盒设计由三个模块组成：控制模块、显示模块、放声模块。
控制模块中选用的是单片机来实现各种运算和逻辑控制，而在单片机中，51系列的单片机应用最为普遍，选用单片机的依据有四点：程序存储器、数据存储器、功耗、体积。现在广泛用于学习和调试的是STC公司的89C51系列，本次设计采用的STC89C51单片机价格低廉，应用广泛。
2.显示模块中使用的是LED数码管作为显示，LED数码管不仅可以显示设计需要的数字和英文字母，更降低了设计成本。
3.放声模块中，开始单片机输出的信号很小，如果不经过放大电路放大，那么喇叭发出的声音很低，人耳是很难听见的，所以采用LM386音频小功率放大电路。
（二）最终硬件选择方案
1.主控制器：使用两个51内核单片机作为主控器
主控机主要的功能就是显示状态的好坏，检测按键的好坏以及向外传递数据
音乐机的工作就是接受工作指令后发声
2.外围设备包括按键、数码管、LED、LM386功放电路和扬声器等组成
四、系统硬件设计
（一）系统硬件组成框图
图1 设计原理框图
（二）主控芯片介绍
STC89C51单片机的集成度非常的高，功能强大，更好的综合性能。它内部拥有三个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道加上振荡器和时钟电路还有低功耗的闲置掉电模式。
图2 STC89C51单片机引脚图
1.STC89C51单片机的引脚说明
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口作为一个8位漏级的开路双向I/O口，它每脚可以吸收8TTL门电流。
P1口：P1口是一个通过内部提供上拉电阻的8位双向I/O口；P1口缓冲器可以接收输出4个晶体管门电路电流。
P2口：P2口作为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口；P2口缓冲器也可以接收输出4个晶体管门电路电流，
P3口：P3口和P2口大致一样。当P3口处于高点位时，它内部的电平就会被拉为高电平，这时就可以作为输入端口使用。当它内部的电平被拉为低电平时就可以作为输出端来输出电流。另外，P3口还可以作为串行输入口；串行输出口；外部中断0/1；计时器0/1外部输入；外部读/写选端存储器等使用。
RST指的是复位端口。
ALE/PROG是在编程时被用作输入编程脉冲的管脚。一般情况下，ALE端口都是用固定的周期和频率（晶体振荡器频率的1/6）来输出高电平脉冲信号，所以它也可以被用作定时器或者是外部输出的脉冲。当它被作为外部数据存储器时就会跳过一个脉冲，因此在SFR8EH地址上要置低电平。
2.时钟电路
STC89C51单片机的时钟信号有内部和外部。图3中是为内部时钟电路，在XTAL1（18）脚和XTAL2（19）脚上连接上晶体振荡器，这样就能实现自激振荡，然后单片机里面就有了时钟信号。在电路图里起振和稳定频率分别由C1，C2来完成，取30pF。
图3 时钟电路
3.复位电路
当输入两个周期的电平，单片机内部开始复位操作（引脚保持在一个周期的电平内时控制器复位）RST为高电平引脚。复位电路一般使用手动复位和自动复位。常用复位电路是使用电容的充电与放电的复位电路，当Vcc的上升时间小于1ms,则实现自动复位。
本次设计采用的是手动复位即按钮复位。它是由RST（9）Vcc的接通来实现电平复位。按钮复位电路如图4。当时钟频率为11.0592MHZ时电容取10uF,电阻取10kΩ。
图8 按钮模块
（七）LM386功放模块
功率放大器主要是提供音响的输出功率。当给定的负载不变时，输出功率就要足够大且信号的非线性失真要小，从而达到足够高的效率。LM386是国外专门生产半导体的公司研发的音频功率放大器。其中电压增益Av=20，在1脚和8脚之间连接一个电容（电阻）输入作为参考,然后二分之一的电压输出终端输入端以地为参考，此时输出端自动变为电源电压的二分之一。
一、引言 1
二、基本设计思路 1
三、硬件电路方案论证 1
（二）最终硬件选择方案 2
四、系统硬件设计 2
（一）系统硬件组成框图 2
（二）主控芯片介绍 2
（三）主控机模块 4
（四）音乐机模块 4
（五）显示模块 5
（六）按键模块 6
（七）LM386功放模块 7
五、节拍的确定 8
六、系统软件设计 9
（一）设计的软件环境简介 9
（二）主函数程序设计 10
七、结 论 13
八、参考文献 13
九、致谢 14
十、附录： 15
附录一：主控机程序 15
附录二：电路实物图 20
附录三:电路原理图 21
附录四:电路原理图 22
一、引言
在科技飞速发展的现代，电子技术应用层出不穷。事实证明现在的社会，无论哪个领域都需要电子技术，与此同时电子产品也越做越多，产品的更新也越来越快。目前，单片机正往高效能和品种多方向发展，它的趋势是进一步向着体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、可靠性高、价格低廉等方向。单片机应用的重要价值还在于它从本质上改变了传统控制系统的设计方法和思想。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机已经渗透到我们生活的各个领域，很多方面都会应用到它。
随着科技现代化的发展，人们生活质量的提高，对视听方面质量的要求也越来越高了。以往的音 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
乐盒大多数都是重量化，简单的机械工艺作品，要花大资金和费心力，所以很少批发生产。而本次设计的音乐盒是用单片机为控制器件的电子式音乐盒，比传统音乐盒轻巧方便，并且能实现演奏多种音乐等优点，同时外表美观使用方便。
二、基本设计思路
（一）设计概述
本次设计是基于STC89C51的音乐盒设计，与以往的音乐盒（机械式）相比更轻巧，音质也更加优美。另外电子式音乐盒是使用电池续航，它的制作工艺简单价格实惠，因此能进行批量性的生产。用户可根据个人爱好选歌，而不是简单的单曲循环。
本次设计的音乐盒，灯光曲目都可根据按钮的选择改变，扬声器播放音乐，数码管显示当前播放歌曲的位置，还有灯光效果的变换。共使用六个按钮，分别包含复位按钮、启动和停止按钮、歌曲前进及后退按钮和灯光效果变换按钮。
（二）功能实现
1.电路工作的模式：显示播放的歌曲，功放播音。
2.同时按下开始按键，音乐开始播放，外加上下歌曲切换的功能。
3.按下停止按钮数码管停止显示，歌曲停止。
4.播放音乐的同时可按下灯光按钮实现灯光效果的变换。
三、硬件电路方案论证
（一）硬件选择方案
1.本次音乐盒设计由三个模块组成：控制模块、显示模块、放声模块。
控制模块中选用的是单片机来实现各种运算和逻辑控制，而在单片机中，51系列的单片机应用最为普遍，选用单片机的依据有四点：程序存储器、数据存储器、功耗、体积。现在广泛用于学习和调试的是STC公司的89C51系列，本次设计采用的STC89C51单片机价格低廉，应用广泛。
2.显示模块中使用的是LED数码管作为显示，LED数码管不仅可以显示设计需要的数字和英文字母，更降低了设计成本。
3.放声模块中，开始单片机输出的信号很小，如果不经过放大电路放大，那么喇叭发出的声音很低，人耳是很难听见的，所以采用LM386音频小功率放大电路。
（二）最终硬件选择方案
1.主控制器：使用两个51内核单片机作为主控器
主控机主要的功能就是显示状态的好坏，检测按键的好坏以及向外传递数据
音乐机的工作就是接受工作指令后发声
2.外围设备包括按键、数码管、LED、LM386功放电路和扬声器等组成
四、系统硬件设计
（一）系统硬件组成框图
图1 设计原理框图
（二）主控芯片介绍
STC89C51单片机的集成度非常的高，功能强大，更好的综合性能。它内部拥有三个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道加上振荡器和时钟电路还有低功耗的闲置掉电模式。
图2 STC89C51单片机引脚图
1.STC89C51单片机的引脚说明
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口作为一个8位漏级的开路双向I/O口，它每脚可以吸收8TTL门电流。
P1口：P1口是一个通过内部提供上拉电阻的8位双向I/O口；P1口缓冲器可以接收输出4个晶体管门电路电流。
P2口：P2口作为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口；P2口缓冲器也可以接收输出4个晶体管门电路电流，
P3口：P3口和P2口大致一样。当P3口处于高点位时，它内部的电平就会被拉为高电平，这时就可以作为输入端口使用。当它内部的电平被拉为低电平时就可以作为输出端来输出电流。另外，P3口还可以作为串行输入口；串行输出口；外部中断0/1；计时器0/1外部输入；外部读/写选端存储器等使用。
RST指的是复位端口。
ALE/PROG是在编程时被用作输入编程脉冲的管脚。一般情况下，ALE端口都是用固定的周期和频率（晶体振荡器频率的1/6）来输出高电平脉冲信号，所以它也可以被用作定时器或者是外部输出的脉冲。当它被作为外部数据存储器时就会跳过一个脉冲，因此在SFR8EH地址上要置低电平。
2.时钟电路
STC89C51单片机的时钟信号有内部和外部。图3中是为内部时钟电路，在XTAL1（18）脚和XTAL2（19）脚上连接上晶体振荡器，这样就能实现自激振荡，然后单片机里面就有了时钟信号。在电路图里起振和稳定频率分别由C1，C2来完成，取30pF。
图3 时钟电路
3.复位电路
当输入两个周期的电平，单片机内部开始复位操作（引脚保持在一个周期的电平内时控制器复位）RST为高电平引脚。复位电路一般使用手动复位和自动复位。常用复位电路是使用电容的充电与放电的复位电路，当Vcc的上升时间小于1ms,则实现自动复位。
本次设计采用的是手动复位即按钮复位。它是由RST（9）Vcc的接通来实现电平复位。按钮复位电路如图4。当时钟频率为11.0592MHZ时电容取10uF,电阻取10kΩ。
图8 按钮模块
（七）LM386功放模块
功率放大器主要是提供音响的输出功率。当给定的负载不变时，输出功率就要足够大且信号的非线性失真要小，从而达到足够高的效率。LM386是国外专门生产半导体的公司研发的音频功率放大器。其中电压增益Av=20，在1脚和8脚之间连接一个电容（电阻）输入作为参考,然后二分之一的电压输出终端输入端以地为参考，此时输出端自动变为电源电压的二分之一。
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