畢業(yè)設(shè)計(jì)基于AT89C51系列單片機(jī)的音樂盒設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的音樂盒設(shè)計(jì) 【摘要】本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于 at89c51 系列單片機(jī)的音樂盒，依據(jù)單片 機(jī)技術(shù)原理，通過硬件電路制作以及軟件編譯，設(shè)計(jì)制作出一個(gè)多功能多 功能音樂盒。該音樂盒主要由按鍵電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路以及蜂鳴器 組成。使用兩個(gè)按鍵控制音樂盒，一個(gè)用來切換歌曲，另一個(gè)用來切換 8 路 led 的變化花樣，本音樂盒共有兩首歌曲，花樣燈花樣共計(jì) 3 種。播放 歌曲時(shí)，蜂鳴器發(fā)出某個(gè)音調(diào)，與之對(duì)應(yīng)的 led 亮起。本設(shè)計(jì)利用 keil 編程軟件對(duì)音樂盒源程序進(jìn)行編程并調(diào)試，配合 proteus 仿真軟件對(duì)硬件 進(jìn)行仿真調(diào)試，節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間。 【關(guān)鍵字】音樂盒；at89c51 單片機(jī)；

2、keil； proteus； 音調(diào) 目 錄 引言 .1 1 概述.2 1.1 課題意義 .2 1.2 設(shè)計(jì)方案.2 1.3 研究?jī)?nèi)容.2 2 系統(tǒng)總體方案介紹 .3 2.1 系統(tǒng)組成框圖 .3 2.2 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)圖 .3 2.3 主要設(shè)計(jì)軟件介紹 .3 2.3.1 proteus 軟件簡(jiǎn)介 .3 2.3.2 keil 簡(jiǎn)介 .4 3 硬件設(shè)計(jì).5 3.1 總體設(shè)計(jì)框圖 .5 3.2 各部分硬件設(shè)計(jì)及其原理.5 3.2.1 at89c51 簡(jiǎn)介 .5 3.2.2 led 顯示電路設(shè)計(jì)與原理 .6 3.2.3 時(shí)鐘振蕩電路.6 3.3 硬件電路圖及功能 .6 4 軟件設(shè)計(jì).8 4.1 音調(diào)、

3、節(jié)拍以及編碼的確定方法.8 4.1.1 音調(diào)的確定.8 4.1.2 節(jié)拍的確定.9 4.1.3 編碼.10 4.2 軟件程序設(shè)計(jì) .11 4.2.1 程序流程圖及相應(yīng)代碼塊.11 4.2.2 程序源代碼（見附錄 a） .15 5 調(diào)試.16 5.1 檢查硬件連接 .16 5.2 檢查軟件系統(tǒng) .16 5.3 測(cè)試結(jié)果 .16 5.3.1總體運(yùn)行圖.16 5.3.2花樣燈 3 種花樣圖.17 6 總結(jié) .18 致謝 .19 參考文獻(xiàn) .20 科技外文文獻(xiàn) .21 中文譯文 .24 附錄 a 程序源代碼及注釋.26 引言 21 世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)

4、的各個(gè)領(lǐng) 域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步 提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著 cmos 化、低功耗、小體積、 大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根 本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功 能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)， 是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片 機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航

5、裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化 過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 ic 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、 攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人類所接觸的信息也在不斷增加并且日益復(fù)雜。面對(duì)浩如 煙海的信息，人們已經(jīng)能夠利用計(jì)算機(jī)等工具高效準(zhǔn)確地對(duì)之進(jìn)行處理，但要想將處理完的信息及 時(shí)，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)技術(shù)與液晶顯示技術(shù) 的結(jié)合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發(fā)展。 隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)視覺、聽覺方面的享受提

6、出了越來越高的要求。小小的音樂盒可 以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒多是機(jī)械型的，體積笨重，發(fā)音 單調(diào)，不能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設(shè)計(jì)的音樂盒是以單片機(jī)為核心元件的電子式音樂盒，體積小，重 量輕，能演奏和旋音樂，功能多，外觀效果多彩，使用方便，并具有一定的商業(yè)價(jià)值。 1 概述 本設(shè)計(jì)是以 at89c51 芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上放音設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)音樂演奏控制器的硬 件電路，通過軟件程序來控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器使其演奏出優(yōu)美動(dòng)聽的音樂。用戶可以按照自己 的喜好選擇音樂并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)器碼存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中。對(duì)于不同型號(hào)的單片機(jī)只需要相應(yīng)的 改變一下地址即可。該軟、硬件系

7、統(tǒng)具有很好的通用性，很高的實(shí)際使用價(jià)值，為廣大的單片機(jī)和 音樂愛好者提供了很好的借鑒。 1.11.1 課題意義課題意義 音樂盒的起源，可追溯至中世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時(shí)期。當(dāng)時(shí)為使教會(huì)的鐘塔報(bào)時(shí)，而將大小的鐘 表裝上機(jī)械裝置，被稱為“可發(fā)出聲音的組鐘” 。音樂盒有著 300 多年的發(fā)展歷史，是人類文明發(fā) 展的歷史見證。 傳統(tǒng)的音樂盒多是機(jī)械音樂盒，其工作原理是通過齒輪帶動(dòng)一個(gè)帶有鐵釘?shù)蔫F桶轉(zhuǎn)動(dòng),鐵桶上 的鐵釘撞擊鐵片制成的琴鍵，從而發(fā)出聲音。但是，機(jī)械式的音樂盒體積比較大，比較笨重，且發(fā) 音單調(diào)。水、灰塵等外在因素，容易使內(nèi)部金屬發(fā)音條變形，從而造成發(fā)音跑調(diào)。另外，機(jī)械音樂 盒放音時(shí)為了讓音色穩(wěn)定,

8、必須放平不能動(dòng)搖，而且價(jià)格昂貴，不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 本文設(shè)計(jì)的音樂盒，是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)制作的電子式音樂盒。與傳統(tǒng)的機(jī)械式音樂盒相比更小 巧，音質(zhì)更優(yōu)美且能演奏和弦音樂。電子式音樂盒動(dòng)力來源是電池，制作工藝簡(jiǎn)單，可進(jìn)行批量生 產(chǎn)，所以價(jià)格便宜?；趩纹瑱C(jī)制作的電子式音樂盒，控制功能強(qiáng)大，可根據(jù)需要選歌，使用方便。 根據(jù)存儲(chǔ)容量的大小，可以盡可能多的存儲(chǔ)歌曲。另外，可以設(shè)計(jì)彩燈外觀效果，使音樂盒的功能 更加豐富。 1.21.2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)一個(gè)基于 at89c51 系列單片機(jī)的音樂盒，利用按鍵切換演奏出不同的樂曲。蜂鳴器發(fā)出 某個(gè)音調(diào)，與之相對(duì)應(yīng)的 led 亮起。使用兩個(gè)按鍵，一個(gè)用來

9、切換歌曲，另一個(gè)切換八路 led 的 變化花樣。 1.31.3 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 1）電路有兩種工作模式：演奏音樂模式和花樣燈模式。 演奏音樂模式：演奏完整的一首的歌曲，八路 led 隨著音樂變化。 花樣燈模式：八路 led 變化出各種花樣，蜂鳴器隨著發(fā)出“嘀嘀”聲 2）按下按鍵 1 進(jìn)入演奏音樂模式，再按切換歌曲，共兩首歌曲。 3）按下按鍵 2 進(jìn)入花樣燈模式，再按切換 led 花樣，共三種花樣。 此電路的程序只占用了 1k 左右，可編制更多的音樂和 led 花樣，使系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大。 2 系統(tǒng)總體方案介紹 2.12.1 系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)組成框圖 音樂盒的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以 at89c51 單片機(jī)

10、位控制核心，加上 2 個(gè)按鍵、時(shí)鐘復(fù)位電路、蜂鳴器、 led 模塊組成。單片機(jī)負(fù)責(zé)接收按鍵的輸入，根據(jù)輸入控制音樂播放曲目和音樂花樣燈的顯示樣式 以及蜂鳴器發(fā)音。系統(tǒng)組成框圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1 系統(tǒng)組成框圖 2.22.2 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)圖音樂盒的功能結(jié)構(gòu)圖 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示。key1 負(fù)責(zé)切換播放歌曲，播放歌曲共 2 首，分別是揮著翅膀 的女孩和寂寞沙洲冷。key2 負(fù)責(zé)切換 led 顯示花樣，顯示花樣共 3 種，第一種順序顯示，第二種 由兩邊向中間移動(dòng)然后向兩邊移動(dòng)，第三種循環(huán)顯示。 圖 2.2 音樂盒功能結(jié)構(gòu)圖 2.3 主要設(shè)計(jì)軟件介紹主要設(shè)計(jì)軟件介紹 本

11、設(shè)計(jì)利用 keil 編程軟件對(duì)音樂盒源程序進(jìn)行編程并調(diào)試，配合 proteus 仿真軟件對(duì)硬件進(jìn) 行仿真調(diào)試，兩種軟件的簡(jiǎn)介如下： 2.3.1 proteus 軟件簡(jiǎn)介軟件簡(jiǎn)介 proteus 軟件是英國(guó) labcenter electronics 公司出版的 eda 工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州 風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司） 。它不僅具有其它 eda 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。 它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、 從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus 是世界上著名的 eda 工具(

12、仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 pcb 設(shè) 計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb 設(shè)計(jì)軟件和虛 擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086 和 msp430 等，2010 年即將增加 cortex 和 dsp 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 iar、keil 和 mplab 等多種編譯器。 2.3.2 keil 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的

13、匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)?cpu 可以執(zhí) 行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。 機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 mcs-51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 a51，隨 著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件 也在不斷發(fā)展，keil 軟件是目前最流行開發(fā) mcs-51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商 紛紛宣布全面支持 keil 即可看出。keil 提供了包括 c 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功 能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uvision）

14、將這些部份組合在 一起。運(yùn)行 keil 軟件需要 pentium 或以上的 cpu，16mb 或更多 ram、20m 以上空閑的硬盤空間、 win98、nt、win2000、winxp 等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用 51 系列單片機(jī)的愛 好者來說是十分必要的，如果你使用 c 語(yǔ)言編程，那么 keil 幾乎就是你的不二之選（目前在國(guó)內(nèi) 你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件） ，即使不使用 c 語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言 編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。keil c51 生成的目標(biāo) 代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開

15、發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí) 語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 3 硬件設(shè)計(jì) 3.1 總體設(shè)計(jì)框圖總體設(shè)計(jì)框圖 圖 3.1 總體設(shè)計(jì)框圖 3.2 各部分硬件設(shè)計(jì)及其原理各部分硬件設(shè)計(jì)及其原理 3.2.1 at89c51at89c51 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能 cmos 8 位微處理器，俗稱單 片機(jī)。at89c2051 是一種帶 2k 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除 只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 atm

16、el 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 cpu 和閃爍存儲(chǔ)器組合 在單個(gè)芯片中， atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器， at89c2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 at89c51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如 圖 3.2 所示 圖 3.2 at89c51 系列單片機(jī) 3.2.2 led 顯示電路設(shè)計(jì)與原理顯示電路設(shè)計(jì)與原理 led 顯示電路是由 8 個(gè) led 發(fā)光二極管組成，連接方式為共陽(yáng)極，led 接到單片機(jī)的 p1 口， 若為低電平，可使 led 亮起。發(fā)光

17、二極管的亮、滅由內(nèi)部程序控制，8 個(gè) led 發(fā)光二極管分別對(duì) 應(yīng)不同的音階，所以 led 會(huì)隨著音階的變化按規(guī)律亮、滅。 3.2.3 時(shí)鐘振蕩電路時(shí)鐘振蕩電路 at89c51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 xtal1 和 xtal2 分別是 該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成 自然振蕩器。外接石英晶體及電容 c1、c2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電 容 c1，c2 雖然沒有什么嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作 的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我

18、們推薦電容使用 30pf10pf， 而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40pf10pf。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如 圖示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 xtal1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2 則懸空。 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比 沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。振蕩 器電路圖如下： 圖 3.3 單片機(jī)內(nèi)部、外部振蕩電路 3.3 硬件電路圖及功能硬件電路圖及功能 總體硬件電路實(shí)現(xiàn)功能如下，如圖 3.4 所示 1） 電路中用 p3.2、p3.3 控制按鍵。

19、2） p1.0p1.7 控制 led。 3） p2.3 控制蜂鳴器。 4） 電路為 12mhz 晶振頻率工作，起振電路中 c1、c2 均為 30pf。 圖 3.4 硬件電路圖 4 軟件設(shè)計(jì) 在本程序中設(shè)置了兩個(gè)標(biāo)志count1 和 count2，分別初始化為 1 和 0。按鍵 1 使得 count1 在 1 和 2 之間切換，按鍵 2 使得 count2 在 14 之間切換。程序檢測(cè) count1 的值，count1 等于 1 時(shí)播放 第一首歌曲，等于 2 時(shí)播放第二首。另一方面根據(jù) count2 的值來切換 led 的花樣。count1 和 count2 的值是互斥的，設(shè)置 count1 等

20、于 1、2 時(shí)，count2 同時(shí)設(shè)置為 0；設(shè)置 count2 等于 14 時(shí)， count1 也同時(shí)設(shè)置為 0。 4.14.1 音調(diào)、節(jié)拍以及編碼的確定方法音調(diào)、節(jié)拍以及編碼的確定方法 一般說來，單片機(jī)演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說不能 像電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機(jī)奏樂只需弄清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音調(diào)” 和節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間。 4.1.14.1.1 音調(diào)的確定音調(diào)的確定 不同音高的樂音是用 c、d、e、f、g、a、b 來表示，這 7 個(gè)字母就是音樂的音名，它們一般 依次唱成 do、re、mi、fa、so、la、si,即唱成簡(jiǎn)譜的

21、 1、2、3、4、5、6、7，相當(dāng)于漢字“多 來米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫“音調(diào)” ，即 tone。把 c、d、e、f、g、a、b 這一組音的距離分成 12 個(gè)等份，每一個(gè)等份叫一個(gè)“半音” 。兩個(gè)音之間 的距離有兩個(gè)“半音” ，就叫“全音” 。在鋼琴等鍵盤樂器上，cd、de、fg、ga、ab 兩音之間隔著一個(gè)黑鍵，他們之間的距離就是全音；ef、bc 兩音之間沒有黑鍵相隔，它們之 間的距離就是半音。通常唱成 1、2、3、4、5、6、7 的音叫自然音，那些在它們的左上角加上號(hào) 或者 b 號(hào)的叫變化音。叫升記號(hào)，表示把音在原來的基礎(chǔ)上升高半音，b 叫降記音，表示在原來 的基礎(chǔ)

22、上降低半音。例如高音 do 的頻率（1046hz）剛好是中音 do 的頻率（523hz）的一倍，中 音 do 的頻率（523hz）剛好是低音 do 頻率（266 hz）的一倍；同樣的，高音 re 的頻率 （1175hz）剛好是中音 re 的頻率（587hz）的一倍，中音 re 的頻率（587hz）剛好是低音 re 頻 率（294 hz）的一倍。 1）要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率） ，然后將此周期除以 2，即為半周期 的時(shí)間。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這半個(gè)周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的 i/o 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí) 此半周期時(shí)間再對(duì) i/o 反相，就可在 i/o 腳上得到此頻率的脈

23、沖。 2）利用 at89c51 的內(nèi)部定時(shí)器使其工作在計(jì)數(shù)器模式 mode1 下，改變計(jì)數(shù)值 th0 及 tl0 以產(chǎn)生不同頻率的方法。 此外結(jié)束符和休止符可以分別用代碼 00h 和 ffh 來表示，若查表結(jié)果為 00h，則表示曲子終 了；若查表結(jié)果為 ffh，則產(chǎn)生相應(yīng)的停頓效果。 3）例如頻率為 523hz，其周期 t=1/523=1912us，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí) 956us/1us=956，在每 次技術(shù) 956 次時(shí)將 i/o 反相，就可得到中音 do（523hz） 。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下： n=fi2fr n：計(jì)算值；fi：內(nèi)部計(jì)時(shí)一次為 1us，故其頻率為 1mhz；

24、4） 其計(jì)數(shù)值的求法如下： t=65536-n=65536-fi2fr 例如：設(shè) k=65536，f=1000000=fi=1mhz，球低音 do（261hz） 。中音 do（523hz） 。高音的 do（1046hz）的計(jì)算值 t=65536-n=65536-fi2fr=65536-10000002fr=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 調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值 t 的對(duì)照表如表 4.1 所

25、示。 表 4.1 c 調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值 t 的對(duì)照表 低音頻率t參數(shù)中音頻率t參數(shù)高音頻率t參數(shù) do2621908229do523956115do10465757 do 2771805217 do 554903108 do 11095454 re2941701204re587852102re11755151 re 3111608193 re 62280497 re 12454848 mi3301515182mi65975991mi13184545 fa3491433172fa69871686fa13974343 fa 3701351162 fa 74067681 fa 14804141

26、so3921276153so78463877so15683838 so 4151205145 so 83160272 so 16613636 la4401136136la88056868la17603434 la 4641078129 la 93253664 la 18653232 si4941012121si98850661si19763030 4.1.24.1.2 節(jié)拍的確定節(jié)拍的確定 若要構(gòu)成音樂，光有音調(diào)是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂具有旋律（固定的律動(dòng)） ，而且可以 調(diào)節(jié)各個(gè)音的快滿度。 “節(jié)拍”,即 beat，簡(jiǎn)單說就是打拍子，就像我們聽音樂不自主的隨之拍手 或跺腳。若 1 拍實(shí) 0

27、.5s，則 1/4 拍為 0.125s。至于 1 拍多少 s，并沒有嚴(yán)格規(guī)定，就像人的心跳 一樣，大部分人的心跳是每分鐘 72 下，有些人快一點(diǎn)，有些人慢一點(diǎn)，只要聽的悅耳就好。音持 續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示。休止符表示暫停發(fā)音。 一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同頻率，這樣就可以利用不同的頻 率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂。了解音樂的一些基礎(chǔ)知識(shí)，我們可知產(chǎn)生不同頻率 的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂。對(duì)于單片機(jī)來說，產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機(jī)的定 時(shí)/計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)。因此，需要弄清楚音樂中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片 機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)

28、的關(guān)系。 表 4.2 節(jié)拍與節(jié)拍碼對(duì)照 節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù) 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 每個(gè)音符使用 1 個(gè)字節(jié)，字節(jié)的高 4 位代表音符的高低，低 4 位代表音符的節(jié)拍，圖 5.2 為節(jié) 拍碼的對(duì)照。如果 1 拍為 0.4 秒，1/4 拍實(shí) 0.1 秒，只要設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的

29、時(shí)間。假設(shè) 1/4 拍為 1delay，則 1 拍應(yīng)為 4delay，以此類推。所以只要求得 1/4 拍的 delay 時(shí)間，其余 的節(jié)拍就是它的倍數(shù)，如圖 5.3 為 1/4 和 1/8 節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定。 表 4.3 1/4 和 1/8 節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定 曲調(diào)值delay曲調(diào)值delay 調(diào) 4/4125 毫秒調(diào) 4/462 毫秒 調(diào) 3/4187 毫秒調(diào) 3/494 毫秒 調(diào) 2/4250 毫秒調(diào) 2/4125 毫秒 4.1.34.1.3 編碼編碼 do re mi fa so la si 分別編碼為 17，重音 do 編為 8,重音 re 編為 9，停頓編為 0。播放長(zhǎng)度以十 六分音符為單

30、位（在本程序中為 165ms） ，一拍即四分音符等于 4 個(gè)十六分音符，編為 4,其它的播 放時(shí)間以此類推。音調(diào)作為編碼的高 4 位，而播放時(shí)間作為低 4 位，如此音調(diào)和節(jié)拍就構(gòu)成了一個(gè) 編碼。以 0 xff 作為曲譜的結(jié)束標(biāo)志。 舉例 1：音調(diào) do,發(fā)音長(zhǎng)度為兩拍，即二分音符，將其編碼為 0 x18。 舉例 2：音調(diào) re,發(fā)音長(zhǎng)度為半拍，即八分音符，將其編碼為 0 x22 歌曲播放的設(shè)計(jì)。先將歌曲的簡(jiǎn)譜進(jìn)行編碼，儲(chǔ)存在一個(gè)數(shù)據(jù)類型為 unsigned char 的數(shù)組中。 程序從數(shù)組中取出一個(gè)數(shù)，然后分離出高 4 位得到音調(diào)，接著找出相應(yīng)的值賦給定時(shí)器 0，使之定 時(shí)操作蜂鳴器，得出相應(yīng)

31、的音調(diào)；接著分離出該數(shù)的低 4 位，得到延時(shí)時(shí)間，接著調(diào)用軟件延時(shí)。 表 4.4 簡(jiǎn)譜對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)譜碼、t 值、節(jié)拍數(shù) 簡(jiǎn)譜發(fā)音簡(jiǎn)譜碼t 值節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù) 5低音 so16426011/4 拍 6低音 la26440022/4 拍 7低音 ti36452433/4 拍 1中音 do46458041 拍 2中音 re56468451 又 1/4 拍 3中音 mi66477761 又 1/2 拍 4中音 fa76482082 拍 5中音 so864898a2 又 1/2 拍 6中音 la964968c3 拍 7中音 tia65030f3 又 3/4 拍 1高音 dob65058 2高音 rec65110

32、 3高音 mid65157 4高音 fae65178 5高音 sof65217 4.2 軟件程序設(shè)計(jì) 4.2.14.2.1 程序流程圖程序流程圖及相應(yīng)代碼塊及相應(yīng)代碼塊 主程序流程圖 開始 初始化 標(biāo)志位 count=0 標(biāo)志位 count=1 標(biāo)志位 count=2 標(biāo)志位 count=3 播放音樂 yes no 花樣燈1 花樣燈1 花樣燈1 yes yes yes no no no 圖 4.1 主程序流程圖 主程序代碼: main() uchar x; count1=0;/流水燈無(wú)花樣 count2=1;/唱第一首歌 p34=0;/選取矩陣鍵盤的一列 ea=1;/開總中斷 ex0=1;/開

33、外部中斷 0 it0=1;/外部中斷 0 下降沿觸發(fā)方式 ex1=1;/開外部中斷 1 it1=1;/外部中斷 1 下降沿觸發(fā)方式 tmod=0 x01;/定時(shí)器 0 工作在方式 1 th0=0; tl0=0; et0=1; while(1) if(count1!=0) /音樂停止，花樣燈開始按照花樣閃爍 switch(count1) case 1: for(x=0;x14;x+) duan=1; p1=huayang1x; beep(); delay1(300); duan=0; if(count1!=1) break; break; case 2: for(x=0;x14;x+) duan

34、=1; p1=huayang2x; beep(); delay1(300); duan=0; if(count1!=2) break; break; case 3: for(x=0;x0;x-) for(y=19000;y0;y-); void delay1(uint z)/延時(shí) 1ms uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=112;y0;y-); 4.2.24.2.2 程序源代碼（見附錄程序源代碼（見附錄 a a） 5 調(diào)試 5.15.1 檢查硬件連接檢查硬件連接 在 protues 檢查各硬件管腳是否連接正確，線路邏輯是否正確，例如：晶振電路的連接，復(fù)位 電路是否設(shè)

35、計(jì)正確。 5.25.2 檢查軟件系統(tǒng)檢查軟件系統(tǒng) 1根據(jù)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)檢查各流程圖是否正確，再根據(jù)流程圖來檢查程序是否也正確。 2將所有程序組織起來，在軟件環(huán)境下運(yùn)行，檢查程序是否正確。通過對(duì)硬件和軟件系統(tǒng)的 認(rèn)真檢查，反復(fù)測(cè)試，如果沒有出現(xiàn)問題即可把源程序編譯成 hex 文件裝載到單片機(jī)中，對(duì)硬件進(jìn) 行仿真。 5.35.3 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果 5.3.15.3.1總體運(yùn)行圖總體運(yùn)行圖 圖 5.1 系統(tǒng)總體運(yùn)行圖 5.3.25.3.2花樣燈花樣燈 3 3 種花樣圖種花樣圖 由于截圖只能看到靜態(tài)圖，不能看到整體圖樣，下面畫圖說明： 圖 5.2 花樣燈 （1）第一種花樣燈顯示方式為：從 d1 移向

36、d2，然后 d1 熄滅，再?gòu)?d2 移向 d3，然后 d2 熄滅，以此類推，往復(fù)循環(huán)。 圖 5.2 第一種花樣 （2）第二種花樣燈顯示方式為：從兩邊向中間移動(dòng)，首先從 d1 移向 d8，再?gòu)?d8 移向 d2，以 此類推，往復(fù)循環(huán)。具體如圖 5.3。 圖 5.3 第 2 種花樣 （3）第三種花樣燈顯示方式為：從 d1 移向 d2，然后 d1 熄滅，再?gòu)?d2 移向 d3，然后 d2 熄滅，以此往復(fù)循環(huán)。與第一種方式的不同之處為：當(dāng) d1 移向 d2 時(shí)，d1 不熄滅，再?gòu)?d2 移向 d3 時(shí)，d2 也不熄滅，以此類推。 圖 5.4 第 3 中花樣 6 總結(jié) 單片機(jī)的設(shè)計(jì)至今為止已經(jīng)進(jìn)入了令人

37、鼓舞的階段，在進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)多月的時(shí)間的摸索與實(shí) 驗(yàn)，使我不僅僅是對(duì)于單片機(jī)入門軟件與硬件的常用設(shè)計(jì)與功能，還使我對(duì)于一項(xiàng)設(shè)計(jì)研究的制作 過程所需要的詳細(xì)步驟和具體的實(shí)現(xiàn)方法的力度的掌握。 當(dāng)然在這次寶貴的畢業(yè)設(shè)計(jì)活動(dòng)中，經(jīng)驗(yàn)才是對(duì)于我們最大的收獲，而且還增強(qiáng)了自身對(duì)未知 問題以及對(duì)知識(shí)的深化認(rèn)識(shí)的能力，用受益匪淺這個(gè)詞語(yǔ)來概括這次難忘的活動(dòng)我覺得再合適不過 了。但是，光是完成了作品還是不可以自我滿足的，在從一開始的時(shí)候就懷著將作品制作得更加人 性化，更加令人滿意，更加地使功能完美又方便地被應(yīng)用領(lǐng)域這個(gè)最終目的下，隨著對(duì)單片機(jī)這門 學(xué)科的認(rèn)識(shí)加深，到達(dá)了拓展的程度，我想這個(gè)目的將在不遠(yuǎn)的時(shí)期內(nèi)

38、被實(shí)現(xiàn)。 總之，這次設(shè)計(jì)從軟件編寫、調(diào)試到軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試，我傾注了大量的時(shí)間和心血。真是曾經(jīng) 為程序的編寫而冥思查找過，曾經(jīng)為無(wú)法找出錯(cuò)誤而郁悶苦惱過，也曾經(jīng)為某一功能不能實(shí)現(xiàn)而猶 豫彷徨過，但最終我成功了。 我不僅品味到了結(jié)果的喜悅，更明白了過程的彌足珍貴。 致謝 感謝我的導(dǎo)師馮永政老師，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他 們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大 的心愿。 感謝我的室友們，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。 四年了，仿佛就在昨

39、天。四年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何 不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家 珍重。我們?cè)谝黄鸬娜兆?，我?huì)記一輩子的。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的 師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！ 參考文獻(xiàn) 1 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用m，西安電子科技大學(xué)出版社，2008.2. 2 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)m，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.6. 3 黃智偉.凌陽(yáng)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)m，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.1

40、1. 4 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)m，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7. 5 趙曙光，郭萬(wàn)有，楊頌華.可編程邏輯器件原理開發(fā)與應(yīng)用m,西安：西安電子科技大學(xué)， 2000. 6 候伯亨.vhdl 硬件描述語(yǔ)言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)m, 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1999. 7 康華光. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)m, 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999. 8 譚浩強(qiáng).c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版）m，北京：清華大學(xué)出版社，1991. 9 陳小忠，黃寧. 單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序m，北京：北京人民郵電出版社， 2005. 10 歐偉明，周春臨，瞿遂春.電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)m，西安電子

41、科技大學(xué)出版社，2005.9. 11 賈立新，王涌.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐m，北京：清華大學(xué)出版社，2007. 12 羅亞非.凌陽(yáng) 16 位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)m，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003. 13 雷思孝.凌陽(yáng)單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù)m，西安電子科技大學(xué)，2004. 科技外文文獻(xiàn) getting started with vision2 the keil software 8051 development tools listed below are programs you use to compile your c code, assemble your assembly source f

42、iles, link and locate object modules and libraries, create hex files, and debug your target program. vision2 for windows is an integrated development environment that combines project management, source code editing, and program debugging in one single, powerful environment. the c51 ansi optimizing

43、c cross compiler creates relocatable object modules from your c source code. the a51 macro assembler creates relocatable object modules from your 8051 assembly source code. the bl51 linker/locator combines relocatable object modules created by the c51 compiler and the a51 assembler into absolute obj

44、ect modules. the lib51 library manager combines object modules into libraries that may be used by the linker. the oh51 object-hex converter creates intel hex files from absolute object modules. the rtx-51 real-time operating system simplifies the design of complex, time-critical software projects. s

45、oftware development cycle when you use the keil software tools, the project development cycle is roughly the same as it is for any other software development project. 1. create a project, select the target chip from the device database, and configure the tool settings. 2. create source files in c or

46、 assembly. 3. build your application with the project manager. 4. correct errors in source files. 5. test the linked application. vision2 ide the vision2 ide combines project management, a rich-featured editor with interactive error correction, option setup, make facility, and on-line help. use visi

47、on2 to create your source files and organize them into a project that defines your target application. vision2 automatically compiles, assembles, and links your embedded application and provides a single focal point for your development efforts. lib51 library manager the lib51 library manager allows

48、 you to create object library from the object files created by the compiler and assembler. libraries are specially formatted, ordered program collections of object modules that may be used by the linker at a later time. when the linker processes a library, only those object modules in the library th

49、at are necessary to create the program are used. bl51 linker/locator the bl51 linker creates an absolute object module using the object modules extracted from libraries and those created by the compiler and assembler. an absolute object file or module contains no relocatable code or data. all code a

50、nd data reside at fixed memory locations. the absolute object file may be used: to program an eprom or other memory devices, with the vision2 debugger for simulation and target debugging, with an in-circuit emulator for the program testing. vision2 debugger the vision2 symbolic, source-level debugge

51、r is ideally suited for fast, reliable program debugging. the debugger includes a high-speed simulator that let you simulate an entire 8051 system including on-chip peripherals and external hardware. the attributes of the chip you use are automatically configured when you select the device from the

52、device database. the vision2 debugger provides several ways for you to test your programs on real target hardware: install the mon51 target monitor on your target system and download your program using the monitor-51 interface built-in to the vision2 debugger. use the advanced gdi interface to attac

53、h use the vision2 debugger front end with your target system. monitor-51 the vision2 debugger supports target debugging using monitor-51. the monitor program resides in the memory of your target hardware and communicates with the vision2 debugger using the serial port of the 8051 and a com port of y

54、our pc. with monitor-51, vision2 lets you perform source-level, symbolic debugging on your target hardware. rtx51 real-time operating system the rtx51 real-time operating system is a multitasking kernel for the 8051 microcontroller family. the rtx51 real- time kernel simplifies the system design, pr

55、ogramming, and debugging of complex applications where fast reaction to time critical events is essential. the kernel is fully integrated into the c51 compiler and is easy to use. task description tables and operating system consistency are automatically controlled by the bl51 linker/locator. c51 op

56、timizing c cross compiler the keil c51 cross compiler is an ansi c compiler that was written specifically to generate fast, compact code for the 8051 microcontroller family. the c51 compiler generates object code that matches the efficiency and speed of assembly programming. using a high-level langu

57、age like c has many advantages over assembly language programming: knowledge of the processor instruction set is not required. rudimentary knowledge of the memory structure of the 8051 cpu is desirable (but not necessary). details like register allocation and addressing of the various memory types a

58、nd data types is managed by the compiler. programs get a formal structure (which is imposed by the c programming language) and can be divided into separate functions. this contributes to source code reusability as well as better overall application structure. the ability to combine variable selectio

59、n with specific operations improves program readability. keywords and operational functions that more nearly resemble the human thought process may be used. programming and program test time is drastically reduced. the c run-time library contains many standard routines such as: formatted output, num

60、eric conversions, and floating- point arithmetic. existing program parts can be more easily included into new programs because of modular program construction techniques. the language c is a very portable language (based on the ansi standard) that enjoys wide popular support and is easily obtained f