基于单片机带流水灯的电子音乐盒.doc

课程设计(论文)说明书

题 目： 带花样灯的电子音乐盒
院 （系）： 信息与通信学院
专 业： 电子信息工程
学生：
学 号：
指导教师：
职 称：

2012年 12月 12日

33 / 35

摘 要
本设计是一个基于AT89C52系列单片机的音乐盒，依据单片机技术原理，通过硬件电路制作以与软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒，最终达到设计电路的乐器演奏、点歌、存储与显示功能。设计中应用中断系统和定时/计数原理控制演奏器发声，对音乐发生所必须确定的音符和节拍分别用程序语言实现,可以用它来弹奏和播放乐曲。
本设计的特点是设计思路简单、清晰,成本低。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以与蜂鸣器组成。该电路使用两个按键控制音乐盒，一个用来切换歌曲，另一个用来切换八路LED的变化花样，本音乐盒共有五首歌曲，花样灯花样共计五种。播放歌曲时，蜂鸣器发出某个音调，与之对应的LED亮起。本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，节约了设计时间。
关键字：音乐盒；AT89C52单片机；KEIL；PROTEUS；

Abstract
The design is based on a series of AT89C52 SCM Music Box.The design of a multi-function music box through the production of hardware and
software compilation, On the basis of the principles of microcomputer technology.The design use interruption system and timing / counting principle to control performance sound production, which used for playing the songs. And the music must determine the notes and beats program language to realize the separation of.
The characteristic of this design is simple, clear design, low cost.
The music box is mainly composed of a key circuit, reset circuit, clock circuit and a buzzer.The circuit using two buttons to control music box, a used to switch the song, another used to switch the 8 road LED change pattern。This music box have five songs and A total of 5 sample light figure.When playing songs, buzzer sounded a note with the corresponding LED lights up.The design using KEIL programming software for music box source code for programming and debugging, withing the PROTEUS simulation software to the hardware simulation debugging to save the design time.
Key word:AT89C52 SCM; Music Box; KEIL；PROTEUS；

目 录
引言 3
1概述4
1.1 设计目标4
1.2设计方案 4
1.3设计容 5
2 系统总体方案5
2.1 系统组成框图 5
2.2 音乐盒的功能结构图 5
3硬件设计6
3.1 总体设计框图 6
3.2各部分硬件设计与其原理 6
3.2.1 AT89C51简介 6
3.2.2 LED显示电路设计与原理 7
3.2.3 时钟振荡电路 7
3.2.4按键控制和复位电路 8
3.2.5蜂鸣器电路 8
3.3硬件电路图与功能 9
4软件设计10
4.1 主要设计软件介绍 10
4.1.1 PROTEUS软件简介 10
4.1.2 KEIL简介 10
4.1音调、节拍以与编码的确定方法 11
4.2.1 音调的确定 11
4.2.2 节拍的确定 12
4.2.3 编码 13
4.3 软件程序设计 14
4.2.1 程序流程图与相应代码块 14
4.2.2 程序源代码（见附录A） 15
5 系统调试16
5.1 硬件连接和仿真16
5.2 检查软件系统 16
5.3 测试结果 16
5.3.1总体运行图 16
5.3.2花样灯3种花样图 17
5.4硬件制作18
5.4.1.硬件制作的意义18
5.4.3 硬件制作的过程19
6总结20
致21
参考文献21
附录A 原理图与PCB图22
附录B程序源代码与注释23

引言
到了21世纪，电子技术获得了飞速的发展,电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作,因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
如今，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。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，以与程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息与时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。
随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。
本设计是以AT89C52芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。

1 概述
1.1 设计目标
由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以与简单易操作。其次，在这次设计可行性上进行分析如下：
1、经济可行性：
所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于毕业设计是没有项目资金，没有开发经费，因此在经济上必须能够承受，比较理想化的项目对于我们毕业设计来说是不可行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。
2、技术可行性：
技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成开发工作，硬件、软件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。
综上所述，本系统设计目标已经明确,在经济与技术上均可行，因此本系统的开发是完全可行的。
1.2设计方案
方案一：用可控硅制作电子琴。将220V交流电经变压器降压,再经过整流、滤波,获得+13.5V直流电压。将单向可控硅SCR和电阻、电容组成驰振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。
方案二： 采用AT89C51单片机进行控制,由于AT89C51不具备ISP功能，因此Atmel公司已经停产在市面上已经不常见，况且其ROM只有4K在系统将来升级方面没有潜力。
方案三：采用AT89S52单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的部程序存储空间达到8K，使软件设计有足够的部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。
鉴于上述对比与分析，本设计采用方案三
1.3设计容
设计一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒，利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣器发出某个音调，与之相对应的LED亮起。使用两个按键，一个用来切换歌曲，另一个切换八路LED的变化花样。
1）该电路有两种工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。
演奏音乐模式：演奏完整的一首的歌曲，八路LED随着音乐变化。
花样灯模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声。
2）按下按键1进入演奏音乐模式，再按时就可以切换歌曲，共拥有五首歌曲。
3）按下按键2进入花样灯模式，再按时就可以切换LED花样，共有五种花样。
此电路的程序只占用了2K左右，可以方便的添加更多的音乐和LED花样，
使系统的功能更加强大。
2 系统总体方案
2.1 系统组成框图
音乐盒的系统结构以AT89C52单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED模块组成。单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放曲目和音乐花样灯的显示样式以与蜂鸣器发音。系统组成框图如图2.1所示。

AT89C52单片机
键盘控制
电路

LED显示
电路

外部晶振
电路

蜂鸣器电路

图2.1 系统组成框图
2.2 音乐盒的功能结构图
音乐盒的功能结构如图2.2所示。复位开始时音乐盒不播放音乐只有流水灯花样，按键Key1负责切换播放歌曲，歌曲共有5首，分别是千年之恋、寂寞沙洲冷、轻音乐三首。按键Key2负责切换LED显示花样，显示花样共5种包括顺序显示然后由两边向中间移动然后向两边移动、循环显示等。
开始

播放花样流水灯1

按键1控制流水灯花样
按键2控制歌曲的切换

图2.2 音乐盒功能结构图
3 硬件设计
3.1 总体设计框图

图3.1总体设计框图

3.2各部分硬件设计与其原理
3.2.1 AT89C52简介
功能特性：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片晶振与时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52。
主要性能：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz 、 三级加密程序存储器 、32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。外形与引脚排列如图3.2所示

图3.2 AT89C51系列单片机

3.2.2 LED显示电路设计与原理
LED显示电路是由8个LED发光二极管组成，连接方式为共阳极，LED接到单片机的P1口，若为低电平，可使LED亮起。发光二极管的亮、灭由部程序控制，8个LED发光二极管分别对应不同的音阶，所以LED会随着音阶的变化按规律亮、灭。

图3.2.2 8位流水灯电路

3.2.3 时钟振荡电路
AT89C51中有一个用于构成部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者瓷谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体与电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序与温度稳定性。
如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如果使用瓷振荡器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。振荡器电路图如下：

图3.3 单片机部、外部振荡电路
3.2.4 按键控制和复位电路
按下按键1进入演奏音乐模式，再按时就可以切换歌曲，共拥有五首歌曲。
按下按键2进入花样灯模式，再按时就可以切换LED花样，共有五种花样。当按下电路是就会回到流水灯样式一。

图3.2.4 按键和复位电路
3.2.5 蜂鸣器电路
蜂鸣器用于音乐的发音，受P3.2脚的控制。

图3.2.5 蜂鸣器电路3.3 硬件电路图与功能
总体硬件电路实现功能如下，如图3.4所示
1） 电路中用P3.2、P3.3控制按键。
2） P1.0~P1.7控制LED。
3） P2.3控制蜂鸣器。
4） 电路为11.0592MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。

图3.4 总体硬件电路图

4 软件设计
4.1 主要设计软件介绍
本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，两种软件的简介如下：
4.1.1 PROTEUS软件简介
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为风标电子技术）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机与外围器件。它是目前最好的仿真单片机与外围器件的工具。虽然目前国推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
4.1.2 KEIL简介
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

4.2 音调、节拍以与编码的确定方法
一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。
4.2.1 音调的确定
不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；E–F、B–C两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上﹟号或者b号的叫变化音。﹟叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。
1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时这半个周期时间，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反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
2）利用AT89C51的部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0与TL0以产生不同频率的方法。
此外结束符和休止符可以分别用代码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，则产生相应的停顿效果。
3）例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每次技术956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。
计数脉冲值与频率的关系公式如下：
N=Fi2Fr
N：计算值； Fi：部计时一次为1us，故其频率为1MHz；
4） 其计数值的求法如下：
T=65536-N=65536-Fi2Fr
例如：设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。中音DO（523Hz）。高音的DO（1046Hz）的计算值
T=65536-N=65536-Fi2Fr=652Fr=65536-500000/Fr
低音DO的T=65536-500000/262=63627
低音DO的T=65536-500000/523=64580
低音DO的T=65536-500000/1047=65059
5） C调各音符频率与计数值T的对照表如表4.1所示。
表4.1 C调各音符频率与计数值T的对照表
低音
频率
T
参数
中音
频率
T
参数
高音
频率
T
参数
Do
262
1908
229
Do
523
956
115
Do
1046
57
57
Do﹟
277
1805
217
Do﹟
554
903
108
Do﹟
1109
54
54
Re
294
1701
204
Re
587
852
102
Re
1175
51
51
Re﹟
311
1608
193
Re﹟
622
804
97
Re﹟
1245
48
48
Mi
330
1515
182
Mi
659
759
91
Mi
1318
45
45
Fa
349
1433
172
Fa
698
716
86
Fa
1397
43
43
Fa﹟
370
1351
162
Fa﹟
740
676
81
Fa﹟
1480
41
41
So
392
1276
153
So
784
638
77
So
1568
38
38
So﹟
415
1205
145
So﹟
831
602
72
So﹟
1661
36
36
La
440
1136
136
La
880
568
68
La
1760
34
34
La﹟
464
1078
129
La﹟
932
536
64
La﹟
1865
32
32
Si
494
1012
121
Si
988
506
61
Si
1976
30
30

4.2.2 节拍的确定
若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。“节拍”,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s，则1/4 拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。
一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。了解音乐的一些基础知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以与单片机定时计数的关系。
表4.2节拍与节拍码对照
节拍码
节拍数
节拍码
节拍数
1
1/4拍
1
1/8拍
2
2/4拍
2
1/4拍
3
3/4拍
3
3/8拍
4
1拍
4
2/1拍
5
1又1/4拍
5
5/8拍
6
1又1/2拍
6
3/4拍
8
2拍
8
1拍
A
2又1/2拍
A
1又1/4拍
C
3拍
C
1又1/2拍
F
3又3/4拍

每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，图5.2为节拍码的对照。如果1拍为0.4秒，1/4拍实0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如图5.3为1/4和1/8节拍的时间设定。
表4.3 1/4和1/8节拍的时间设定
曲调值
DELAY
曲调值
DELAY
调4/4
125毫秒
调4/4
62毫秒
调3/4
187毫秒
调3/4
94毫秒
调2/4
250毫秒
调2/4
125毫秒
4.2.3 编码
do re mi fa so la si分别编码为1~7，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为0。播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的结束标志。
举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。
举例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22
歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsigned char 的数组中。程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。
表4.4 简谱对应的简谱码、T值、节拍数
简谱
发音
简谱码
T值
节拍码
节拍数
5
低音SO
1
64260
1
1/4拍
6
低音LA
2
64400
2
2/4拍
7
低音TI
3
64524
3
3/4拍
1
中音DO
4
64580
4
1拍
2
中音RE
5
64684
5
1又1/4拍
3
中音MI
6
64777
6
1又1/2拍
4
中音FA
7
64820
8
2拍
5
中音SO
8
64898
A
2又1/2拍
6
中音LA
9
64968
C
3拍
7
中音TI
A
65030
F
3又3/4拍
1
高音DO
B
65058

2
高音RE
C
65110

3
高音MI
D
65157

4
高音FA
E
65178

5
高音SO
F
65217

4.3 软件程序设计
4.3.1 程序流程图与相应代码块
在本程序中设置了两个标志——count1和count2，分别初始化为1和0。按键1使得count1在1和5之间切换，按键2使得count2在1~5之间切换。程序检测count1的值，count1等于1时播放第一首歌曲，等于2时播放第二首。另一方面根据count2的值来切换LED的花样。count1和count2的值是互斥的，设置count1等于1~5时，count2同时设置为0；设置count2等于1~5时，count1也同时设置为0。

主程序流程图

图4.1 主程序流程图

播放音乐子程序流程图

图4.2 播放音乐子程序流程图

4.2.2 程序源代码（见附录A）
5 系统调试
电路调试是整个系统功能否实现的关键步骤，我们将整个调试过程分为三大部分：硬件调试和仿真、软件调试和综合调试。
5.1 硬件连接和仿真
设计一个系统需要根据需要设计出硬件电路和软件，但是如何知道它们是否能正常工作呢？这时候使用仿真工具去模拟实际的硬件和软件，就可以轻松实现检验功能，并且还能省去一大笔试验硬件投资。所以系统设计的仿真显然是系统设计的很重要的一个环节。程序的编制与调试的通过是系统软件设计是否成功的关键，而仿真的通过则是整个系统是否成功关键，通过仿真能迅速的确定方案的可行性，能节省了设计的时间和成本。
　　在程序编译好之后，在确定编译无误后，如果直接连接硬件，并不能一下子得到预期的结果，并且耗费时间长，硬件成本大，如果先在电脑上进行仿真，不仅可以方便的运用各种硬件器件，并且可以多次调试，修改程序，来达到预期效果，然后再进行硬件的连接。
在PROTUES检查各硬件管脚是否连接正确，线路逻辑是否正确，例如：晶振电路的连接，复位电路是否设计正确。
5.2 检查软件系统
1．根据系统的原理结构检查各流程图是否正确，再根据流程图来检查程序是否也正确。
2．将所有程序组织起来，在软件环境下运行，检查程序是否正确。通过对硬件和软件系统的认真检查，反复测试，如果没有出现问题即可把源程序编译成HEX文件装载到单片机中，对硬件进行仿真。
5.3 测试结果
5.3.1．总体运行图
　　　PROTEUS电路设计是在PROTEUS ISIS环境中绘制的，该编辑环境具有良好的人机交互界面，功能强大极易上手。首先通过桌面进入主程序，然后在[System]选择设置纸大小，通过快捷键G设置栅格的关闭与显示。绘制原来图的主要任务是从元件库中选取绘制电路所需要的元件。可以通过点击选择器顶端左侧的“P”或者通过命令打开，我们常用的是按钮；在查找到并放置完所有需要的器件后，我们需要接着连接元件，即在PROTEUS ISIS的编辑窗口布线。PROTEUS ISIS中没有布线模式，但用户可以在任意时刻放置连线和编辑连线。在完成绘制所需的电路图前，用户需要放置并连接断轴。在电路原理图中放置两种通用的端子，一种是接地端子一种是电源端子。当在PROTEUS ISIS编辑窗口放置元件时，每一元件都有唯一的元件标号与元件值与之对应。原件号是PROTEUS ISIS的实时注释功能自动标注的，这一功能可在菜单中设置选择是否开启。PROTEUS ISIS中也支持块操作，当用户需要对电路中的某一部分进行操作时，可以使用该功能。系统共支持块移动、块复制、块旋转、块删除等实用功能，充分利用这些功能可以极大的提高我们绘图的效率。我们绘制完所有的元件后，最后进行统一标注，PROTEUS ISIS支持注释功能，可以把我们所绘制的原理图中的器件根据我们的需要添加上特殊的注释，以表示特定的含义。根据设计电路绘制完后的电路图如图5.1所示

图5.1 系统总体运行图
5.3.2．花样灯
（1）第一种花样灯显示方式为：从D1移向D2，然后D1熄灭，再从D2移向D3，然后D2熄灭，以此类推，当循环一遍后，就从D4和D5分别向两边移动。

图5.2 第一种花样
（2）第二种花样灯显示方式为：从两边向中间移动，首先从D1移向D8，再从D8移向D2，以此类推，往复循环。
5.4 硬件制作
5.4.1 硬件制作的意义
在利用PROTEUS仿真之后，确定了所需器件和基本方案，但这些都是理论上的，系统能否实际工作和正常的运行就要求按照实际电路做出一个简单的硬件模型，来模拟实际的情况。这样就可以增加发现系统实际应用中会出现的问题的机会，改善系统实用性。并且交通灯的设计本身就是实用性很强的一套设计，在设计完全正确的情况下，作出来实物不仅需要其完成设计所需要的那些功能，还需要增加系统的稳定性和可靠性。
另外，只有做出实物，才能在仿真时和具体器件的功能相匹配，并且根据调试出来的结果再来修改程序，从软件和硬件一起来提高系统的性能。
5.4.2 硬件制作的过程
Altium(前身为Protel国际)由NickMartin于1985年始创于塔斯马尼亚州霍巴特，致力于开发基于PC的软件，为印刷电路板提供辅助的设计。最初的DOS环境下的PCB设计工具在澳大利亚得到了电子业界的广泛接受，在1986年中期，Altium通过经销商将设计软件包出口到美国和欧洲。随着PCB设计软件包的成功，Altium公司开始扩大其产品围，包括原理图输入、PCB自动布线和自动PCB器件布局软件。AltiumDesigner基于一个软件集成平台，把为电子产品开发提供完整环境所需的工具全部整合在一个应用软件中。AltiumDesigner包含所有设计任务所需的工具：原理图和HDL设计输入、电路仿真、信号完整性分析、PCB设计、基于FPGA的嵌入式系统设计和开发。另外可对AltiumDesigner工作环境加以定制，以满足用户的各种不同需求。
1 项目是每项电子产品设计的基础。
2 项目将设计元素起来，包括源原理图、PCB、网表和欲预保留在项目中的
所有库或模型。
3 项目还能存储项目级选项设置，例如错误检查设置、多层连接模式和多通道标
注方案。
4 项目共有6种类型–PCB项目、FPGA项目、核项目、嵌入式项目、脚本项目
和库封装项目（集成库的源）。
5 AltiumDesigner允许您通过Projects面板访问与项目相关的所有文档。
6 还可在通用的Workspace（工作空间）中相关项目，轻松访问与您公司目
前正在开发的某种产品相关的所有文档。
7 在将如原理图图纸之类的文档添加到项目时，项目文件中将会加入每个文档的
。这些文档可以存储在网络的任何位置，无需与项目文件放置于同一文件
夹。若这些文档的确存在于项目文件所在目录或子目录之外，则在Projects
面板中，这些文档图标上会显示小箭头标记。
在制作板子之前先用Altium_Designer_Winter_09 来画好原理图和PCB图，
然后就在连接板子的时候，首先把各个部件焊接好，并连接线路，之后用万用表检查每项线路的连接状态，然后把程序刷人单片机中，检测运行情况，在硬件调试完毕后，接入+5V电源。实物图如下所示：

6 总结
音乐盒设计是一项趣味性很强的设计，能激发我的浓厚兴趣。同时要求我从程序编程，调试，软件仿真和绘制开始，到硬件的焊接和调试，再到修改程序，在这期间我了解到了单片机开发的大致流程。
通过这次课程设计，也让我学习到了很多新的东西，这些都让我受益匪浅。单片机的定时器功能，LED的流水显示，功能键盘的设计，这些容都颇为丰富。有以前学习过的旧知识，也有很多未曾注意到得新知识，这些都曾使我的设计出错，通过自己的努力，老师指导和同学的帮助，终于克服了一个一个的困难，把硬件实物顺利做好，把软件调试顺利完成。通过这次课设能够更熟悉的进行单片机的控制和编程，也从中发现了自己很多的不足，通过学习网上的资料和书本上的知识才能很好的完成任务，在实践的过程中不断地学