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作者：山东科技大学 任祥华 王笑 李田政 

指导老师：孙红雨

作品简介：

　　作品采用大赛指定单片机IAP15F2K61S2作为系统的主控制器。该单片机抗干扰能力强、无需外部晶振和复位电路、支持ISP/IAP在线编程，有2K字节SRAM、8路高速10位A/D转换器、6路外部中断。其运行速度快，能满足我们游戏系统的要求。

平台选型说明：

　　作品采用大赛指定单片机IAP15F2K61S2作为系统的主控制器。该单片机抗干扰能力强、无需外部晶振和复位电路、支持ISP/IAP在线编程，有2K字节SRAM、8路高速10位A/D转换器、6路外部中断。其运行速度快，能满足我们游戏系统的要求。

设计说明：

　　一、设计方案

　　方案一：用多个74LS138译码芯片级联控制流水灯。

　　方案二：用多个74HC595级联控制流水灯。

　　使用74LS138则每一个等都有固定的编码，用单片机可以随意控制灯的亮灭。但其硬件连线复杂，需要的I/0口资源较多。74HC595芯片有串行输入并行输出的功能并带有内部锁存器。使用该芯片控制，每条流水灯只需要一根数据线和一根时钟线，可节省单片机的I/0资源。并且控制流水点亮的软件实现简单，其弊端是对单个灯的控制不如方案一方便，还需要有一定的延时。

　　基于系统本身考虑，单纯的流水点亮完全可以满足设计要求。权衡一二，我们选择使用方案二。

　　二、硬件设计：

　　1. 控制平台

　　作品采用大赛指定单片机IAP15F2K61S2作为系统的主控制器。该单片机既有抗干扰能力强、支持超级加密、无需外部晶振和复位电路、支持ISP/IAP在线编程、2K字节SRAM、双串口、带有高速10位A/D转换器、低功耗的优点。

　　STC15F2K60S2系列单片机是STC生产的单时钟周期的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用第八代加

　　密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8--12倍。内部集成高密度R/C时钟(±0.3%)，±1%温飘，5MHZ~35MHZ宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路(内部已集成高可靠复位电路，ISP编程时8级复位门槛可选)。3路CCP/PWM/PCA,8路高速10位A/D转换(30万次每秒)，内置2K字节大容量SRAM，2组超高速异步串行通信端口(UART1/UART2,可在5组管脚之间进行切换，分时复用可作5组串口使用)，1组高速同步串行通信端口SPI，针对多串口通信/电机控制、强干扰场合。

　　我们共使用了单片机31个I/0口，其中4路外部中断，2个定时器，2路ADC。

　　2. 音频采集调理电路

　　音频输入信号系统调理电路见图2。测量放大器INA128用于接收、放大来自MP3或低频信号发生器的音频电压信号。放大倍数可由电位器W1进行适当调节，计算公式：

　　其中 为电位器W1的电阻。

　　1NA128的另外一个作用是将信号电压上移2.5V，将音频信号由双极性信号转化为单极性信号。

　　MAX296为8阶贝塞尔低通滤波器，用于抗混叠滤波。边界频率由内部时钟控制，时钟频率和边界频率的比率为50:1。内部时钟频率由CLK引脚上的电容C3确定，公式如下：

　　3. LED灯控模块和脚踏圆盘模块

　　灯控模块包括4排“音乐流水灯”(每排32个LED灯)、4个“音乐流水灯”脚踏圆盘、1个装饰圆盘、1中间扇形盘，见图2

　　4排“音乐流水灯”控制电路电路见图3。

　　74HC595的OUT接LED灯的负极，LED灯的正极接+3.3V的电压源。每排“音乐流水灯”都有4片74HC595级联，由相同的时钟信号控制。

　　圆盘周围接一圈三色LED小彩灯，在每个圆盘下面放置一个脚踏按键，踩下按键，单片机接收到信号，同时改变灯的颜色。

中间圆盘装有一周的五彩灯，常量，使游戏更炫动。中间扇形部分显示盘有8排LED小彩灯，用一片74HC595芯

　　整个灯控系统成放射状排列，比竖直排列视野更宽，五彩的灯光随着节拍闪烁，让游戏更动感，炫目。增加了游戏的炫动性和趣味性。

　　4. 显示模块

　　得分显示采用84×48点阵液晶NOKIA5110。

　　5.各模块与单片机连接

　　液晶显示模块通过SPI接口与单片机相连。其RST、CS_、D/C切换、DIN、CLK分别与单片机的P2.0~P2.4相连。

　　三、软件设计

　　软件设计总思路见图4

　　中间扇形部分的流水灯根据由对音乐A/D转换值控制，A/D转换值越高，灯点亮的越多。用定时中断扫描A/D转换的值。

　　“音乐流水灯”也是根据音乐A/D转换值随机点亮的，每次点亮灯的个数也是随机数。

　　脚踏按键接单片机中断口，采取下降沿中断。当中断产生时，判断是否应该踏击，若判断为是，总成绩加10分，否则不加分。

　　四、开发环境

　　Keil C51开发系统基本知识

　　⒈系统概述

　　Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil 的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。

　　⒉Keil C51单片机软件开发系统的整体结构

　　C51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中

　　优点

　　⒈Keil 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。

　　⒉与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

　　五、部分源程序代码

　　void main()

　　{

　　InitADC(); //初始化ADC

　　interrupt_init(); //初始化中断

　　LCD_init(); //初始化LCD模块

　　LCD_clear(); //清屏幕

　　SCK=0;//先拉低时钟线

　　SCK_COLOR=0;

　　while(inter_0!=0)//准备开始函数

　　{

　　set_parameter();

　　display_start();//屏幕显示开始

　　}

　　LCD_clear(); //清屏幕

　　shan_light();//开始闪灯

　　EA = 1; //开总中断

　　max_color=0; //底下大板的灯

　　while(1)

　　{

　　ff++;

　　if(ff>=zero_num)

　　{

　　ff=0;

　　music_flag=1;//有音乐

　　aa++;

　　LED_go(number_table[aa],LED_table[aa]);//流水灯执行

　　if(aa>=31)

　　{

　　aa=0; //循环31次

　　}

　　}

　　else

　　{

　　music_flag=0;

　　SI0=1;SI1=1;SI2=1;SI3=1;

　　SCK=1; //移位

　　SCK=0;

　　delay(cc); //延时控制流水灯速度

　　    }

　　}

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