AT89S51单片机的音乐彩灯控制器设计+仿真图+源代码(4)
2. 系统硬件电路的设计
基于单片机的音乐彩灯控制器设计主要由AT89S51单片机、电源电路、时钟振荡电路、复位电路、按键控制电路、音乐电路、LED彩灯电路等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。在电源正常供电下，首先由单片机产生12MHz晶振，在单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，由该放大器构成的时钟振荡电路构成了单片机的时钟方式。根据编程信息，由单片机驱动后把结果输出到LED彩灯、蜂鸣器上。编程可以实现歌曲音符的音调和节拍的确定和分配。在程序运行时，运用查表的方法确定所要演奏的音符的具体信息，同时通过程序分析确定亮灯的个数，实现本设计要求-蜂鸣器演奏音乐，彩灯随着音乐的节奏有规律的闪烁。系统硬件框图如图1所示：
图1 系统硬件框图
系统原理图如图2所示：
图2 系统原理图
单片机的控制引脚
: (External Access Enable)为该引脚的第一功能：外部程序存储器访问允许控制端。
当引脚 接高电平时，在PC值不超出0FFFH(即不超出片内4 Flash存储器的地址范围)时，单片机读片内程序存储器（4 ）中的程序，而PC值超出0FFFH(即超出片内4 Flash存储器的地址范围)时，将自动转向读取片外60 (地址范围是1000H-FFFFH)程序存储器空间中的程序。
当引脚 接低电平时读取片外程序存储器中的内容，读取范围0000H-
FFFFH，这时片内程序存储器没有作用。
在本设计中，采用 引脚接高电平，即先使用内部程序存储器。只有当空间不够时才转向外部的程序存储器[3]。
2.1 时钟振荡电路
单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准，一拍一拍地工作，因此时钟频率直接影响单片机的速度，常用的时钟电路方式有两种，一种为内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计选用内部时钟方式。
(1)在单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。使用内部时钟方式，此放大器构成了单片机的时钟振荡电路。
(2)在内部时钟方式电路中，要在XTAL1和XTAL2两个引脚之间连接石英晶体振荡器和微调电容以构成时钟振荡电路，C1和C2的取值选用经典值的 左右，晶振频率取为取值12MHz[3]。
2.2 复位电路
在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位，即 。一般取 ， 。电阻选择阻值为 的电阻。电容选择 的极性电容[3]。
2.3 音乐演奏电路
2.3.1 蜂鸣器的选择
蜂鸣器有以下几种类型：
(1)压电式蜂鸣器：压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后(1.5~15V直流工作电压)，多谐振荡器起振，输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
(2)电磁式蜂鸣器：电磁式蜂鸣器由电磁线圈、振动膜片、振荡器、磁铁及外壳等组成。电源连接后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动从而发出声音[4]。
(3)带有信号源的称为有源蜂鸣器，只要在其供电端加上所需直流电压，其内振荡器便可产生固定频率的信号驱动蜂鸣器发声。