單片機數字音樂盒課程設計

1、數字音樂盒的設計摘 要隨著人類社會的發(fā)展，人們對視覺、聽覺方面的享受提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，多是機械型的，體積笨重，發(fā)音單調，不能實現批量生產。本設計是一個基于AT89C51系列單片機的音樂盒。該音樂盒主要由按鍵電路、復位電路、時鐘電路、顯示電路以及蜂鳴器組成。使用四個按鍵控制音樂盒，其中兩個按鍵用來控制歌曲的播放、暫停，另兩個用來控制液晶上歌曲次序的變化，本音樂盒共有三首歌曲。播放歌曲時，相應歌曲對應相應數碼管上歌曲次序及歌名的顯示。關鍵詞： AT89C51,蜂鳴器，LCD液晶顯示 目 錄1緒論41.1 課題描述41.2

2、 基本工作原理及框圖42 相關芯片及硬件電路設計42.1 AT89C51芯片42.1.1 AT89C51的功能特性52.1.2 AT89C51的主要性能參數52.2 晶振電路62.3 復位電路62.4 驅動電路72.4.1 蜂鳴器82.4.2 續(xù)流二極管82.4.3 濾波電容82.4.4 三極管82.5 顯示電路9 線段的顯示92.5.2 字符的顯示92.6 按鍵電路103 系統(tǒng)軟件設計103.1 軟件設計程序流程圖103.2 節(jié)拍的確定113.3 編碼123.4 仿真12總 結15致 謝16參考文獻17附錄181緒論1.1 課題描述 隨著科學技術的進步和社會的發(fā)展，人類所接觸的信息也在不斷增

3、加并且日益復雜。面對浩如煙海的信息，人們已經能夠利用計算機等工具高效準確地對之進行處理，但要想將處理完的信息及時，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術來實現。單片機技術與液晶顯示技術的結合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發(fā)展。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)音樂盒是機械型的，體積笨重，發(fā)音單調，不能實現批量生產。本文設計的音樂盒是以單片機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)價值。1.2 基本工作原理及框圖本次設計是一個基于AT89C51單片機的音樂盒，該音樂盒主要由按鍵電

4、路、復位電路、時鐘電路、蜂鳴器以及顯示電路組成。使用其中兩個按鍵來控制播放和暫停另外兩個按鍵用來控制換曲。利在液晶上顯示曲目的更換，共三首音樂，蜂鳴器每播放一首歌時液晶上顯示相對應的歌曲次序。系統(tǒng)組成框圖如圖1。圖1基本工作原理框圖2 相關芯片及硬件電路設計2.1 AT89C51芯片圖2 AT89C51引腳圖2.1.1 AT89C51的功能特性AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個十六位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟

5、件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。2.1.2 AT89C51的主要性能參數AT89C51主要性能參數如下：l 與MC51產品指令系統(tǒng)完全兼容l K字節(jié)可編程閃爍存儲器 l 壽命：1000寫/擦循環(huán)l 數據保留時間：10年l 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hzl 三級程序存儲器鎖定l 128*8位內部RAMl 32可編程I/O線l 兩個16位定時器/計數器l 5個中斷源 l 可編程串行通道l 低功耗的閑置和掉電模式l 片內振蕩器和時鐘電路 2.2

6、 晶振電路晶體振蕩器，簡稱晶振，它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網絡。晶振有一個重要的參數，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。晶振在應用具體起到的作用，微控制器的時鐘源可以分為兩類：一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器。RC振蕩器能夠快速啟動，成本也比較低，但通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內精度較差，會在標稱輸出頻率的5%至50%范圍內變化,震蕩脈沖頻fosc在0至24MHZ范圍內變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。圖3為晶振電路。圖3 晶振電路2.3 復位電路 單片機在啟

7、動時都需要進行復位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。51系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。圖4為復位電路。圖4復位電路2.4 驅動電路由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅動的（但AVR可以驅動小功率蜂鳴器），所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流就可以了。 蜂鳴器驅動電路一般都包含以下幾個部分：一個三極管

8、、一個蜂鳴器、一個續(xù)流二極管和一個電源濾波電容。圖5為蜂鳴器驅動電路。圖5 蜂鳴器驅動電路2.4.1 蜂鳴器 發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅動方式（直流/方波）等。這些都可以根據需要來選擇。 2.4.2 續(xù)流二極管 蜂鳴器本質上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會產生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅動三極管，并干擾整個電路系統(tǒng)的其它部分。 2.4.3 濾波電容 濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響，也可改善電源的交流阻

9、抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個220uF的電解電容。2.4.4 三極管 三極管Q1起開關作用，其基極的高電平使三極管飽和導通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。2.5 顯示電路2.5.1 線段的顯示點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內容決定，當（000H）=FFH時，

10、則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。2.5.2 字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內帶字符發(fā)生器的控制器來說，

11、顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。圖6為顯示電路。圖6 顯示電路2.6 按鍵電路P1.0-P1.5作為控制按鍵，其中P1.0-P1.1掃描行，P1.4-P1.5掃描列；可通過功能鍵選擇樂曲、暫停、播放。圖7為按鍵電路。圖7 按鍵電路3 系統(tǒng)軟件設計總體原理：播放一段音樂需要的是兩個元素，一個是音調，另一個是音符。首先要了解對應的音調，音調主要由聲音的頻率決定，同時也與聲音強度有關。對一定強度的純音，音調隨頻率的升降而升降；對一定頻率的純音、低頻純音的音調隨聲強增加而下降，

12、高頻純音的音調卻隨強度增加而上升。另外，音符的頻率有所不同?；谏厦娴膬热?，這樣就對發(fā)音的原理有了一些初步的了解。音符的發(fā)音主要靠不同的音頻脈沖。利用單片機的內部定時器/計數器0，使其工作在模式1，定時中斷，然后控制P3引腳的輸出音樂。只要算出某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時間，利用定時器計時這個半周期時間，每當計時到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。3.1 軟件設計程序流程圖 流程圖如圖8所示。圖8 程序流程圖按下電源開關鍵后，整體電路開始運作，電源指示燈發(fā)光。此時，按下連接于P1.4和P1.5

13、端口的開關按鍵開始選曲，每按一下單片機將依序更換歌曲并在液晶上顯示歌曲次序及歌名。歌曲次序及歌名將在數碼管上以文字“1+歌曲名，2+歌曲名，3+歌曲名”的形式循環(huán)呈現。當開始按下連接于P1.0的開關按鍵后，單片機將依序播放歌曲，按下P1.1開關按鍵后歌曲播放將暫停。3.2 節(jié)拍的確定 若要構成音樂，光有音調是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂具有旋律（固定的律動），而且可以調節(jié)各個音的快滿度?！肮?jié)拍”,即Beat，簡單說就是打拍子，就像我們聽音樂不自主的隨之拍手或跺腳。若1拍實0.5s，則1/4拍為0.125s。至于1拍多少s，并沒有嚴格規(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

14、點，有些人慢一點，只要聽的悅耳就好。音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數表示。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，而每個音符對應著不同頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合，加以與拍數對應的延時，構成音樂。了解音樂的一些基礎知識，我們可知產生不同頻率的音頻脈沖即能產生音樂。對于單片機來說，產生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機的定時/計數器來產生這樣的方波頻率信號。因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應的頻率，以及單片機定時計數的關系。3.3 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。播放長度以十六分音符為單位（在本

15、程序中為165ms），一拍即四分音符等于4個十六分音符，編為4,其它的播放時間以此類推。音調作為編碼的高4位，而播放時間作為低4位，如此音調和節(jié)拍就構成了一個編碼。以0xff作為曲譜的結束標志。舉例1：音調do,發(fā)音長度為兩拍，即二分音符，將其編碼為0x18。舉例2：音調re,發(fā)音長度為半拍，即八分音符，將其編碼為0x22歌曲播放的設計。先將歌曲的簡譜進行編碼，儲存在一個數據類型為unsigned char的數組中。程序從數組中取出一個數，然后分離出高4位得到音調，接著找出相應的值賦給定時器0，使之定時操作蜂鳴器，得出相應的音調；接著分離出該數的低4位，得到延時時間，接著調用軟件延時。3.4

16、仿真圖9 仿真初始界面圖10 仿真播放第一首圖11 仿真播放第二首圖12 仿真播放第三首總 結這次單片機課程設計相對來說，硬件部分是比較簡單的，主要是程序的設計，因為需要計算頻率和歌曲時間，用了兩個定時器。另一個難點在于對音調和節(jié)拍的理解，對于這個知識點我花了兩天的時間翻閱圖書，最終明白了，對于音調和節(jié)拍的編寫。在大學課堂的學習只是純理論的專業(yè)知識，而我們應該把所學的用到現實生活中去，此次的音樂盒設計給我奠定了一個實踐基礎，我會在以后的學習、生活中磨練自己，使自己適應社會激烈的競爭。通過此次課程設計，卻改變了很多， 首先，對于硬件電路的工作原理有了進一步的學習，同樣就有了進一步的認識；其次，軟

17、件方面，在程序的設計，程序的調試方面都學到了很多東西。致 謝經過近一個星期的忙忙碌碌，這次的單片機課程設計已經快要接近尾聲了。在這次的單片機課程設計過程中，無論是在理論學習階段，還是在設計的選題、資料查詢和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，我都得到到了許多人的悉心的指導和幫助。首先，借此機會我向我們的單片機授課教師及課程設計指導老師表示衷心的感謝，老師的指導和幫助，是我順利完成本次課程設計的基礎和前提。另外，感謝各位同學的幫助和勉勵。同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！我愿在未來的學習和研究過程中，以更加豐厚的成果來答謝曾經關心、幫助和支持過我的所有老師、同學和朋友。參考文獻1 何立民. 單片機高級教程M北京：

18、北京航空航天大學出版社，2001.3. 2 趙曉安. MCS-51單片機原理及應用M. 天津：天津大學出版社，2001.33 肖洪兵. 跟我學用單片機M. 北京：北京航空航天大學出版社，2002.8 4 夏繼強. 單片機實驗與實踐教程M. 北京：北京航空航天大學出版社，2001.4 5于鳳明單片機原理及接口技術M北京：中國輕工業(yè)出版社1998.5 6陳偉人. 單片微型計算機原理與應用M.北京：清華大學出版社, 2006.5. 7李廣第單片機基礎M北京：北京航空航天大學出版社，1999.3. 附錄總體電路圖：圖13 總體電路圖程序：#include <REG51.H>#include

19、 <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar m,n; uchar i,timecount=0,timesec=0,timemin=0,timecheck=0;char r0=2;sbit beepIO=P30;typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;typedef bit BOOL ; sbit rs= P20;sbit rw = P21;sbit ep = P22;sbit pausekey=P11;uchar k,q,

20、f;uchar code dis1 ="1 ji mo sha zhou" uchar code dis2 = "2 tong hua"uchar code dis3 ="3 qian nian lian"uchar code T492=0,0,0xF8,0x8B,0xF8,0xF2,0xF9,0x5B,0xF9,0xB7,0xFA,0x14,0xFA,0x66,0xFA,0xB9,0xFB,0x03,0xFB,0x4A,0xFB,0x8F,0xFB,0xCF,0xFC,0x0B,0xFC,0x43,0xFC,0x78,0xFC,0x

21、AB,0xFC,0xDB,0xFD,0x08,0xFD,0x33,0xFD,0x5B,0xFD,0x81,0xFD,0xA5,0xFD,0xC7,0xFD,0xE7,0xFE,0x05,0xFE,0x21,0xFE,0x3C,0xFE,0x55,0xFE,0x6D,0xFE,0x84,0xFE,0x99,0xFE,0xAD,0xFE,0xC0,0xFE,0x02,0xFE,0xE3,0xFE,0xF3,0xFF,0x02,0xFF,0x10,0xFF,0x1D,0xFF,0x2A,0xFF,0x36,0xFF,0x42,0xFF,0x4C,0xFF,0x56,0xFF,0x60,0xFF,0x

22、69,0xFF,0x71,0xFF,0x79,0xFF,0x81;uchar code music12=0,4, 22,4,22,4,17,4,15,4,15,4,17,12,15,4,15,2,17,2,15,4,13,4,13,4,15,12,0,4,20,4,20,4,20,4,17,4,20,4,20,4,20,4,17,4,22,4,17,4,17,4,15,4,15,4,17,12,22,4,22,4,17,4,15,4,15,4,17,12,15,4,15,2,17,2,15,4,13,4,13,4,15,12,20,4,20,4,20,2,17,2,17,4,20,4,20,4

23、,20,2,17,2,17,2,17,2,24,4,20,4,20,2,17,2,17,4,20,4,22,12,17,4,22,4,25,4,25,4,17,4,22,4,25,8,24,4,22,2,24,2,22,4,20,4,15,4,17,12,15,4,15,4,15,4,10,4,15,4,17,4,20,8,17,4,24,4,24,4,20,4,15,4,17,12,17,4,22,4,25,4,25,4,17,4,22,4,25,8,29,4,27,2,29,2,27,4,25,4,25,4,27,12,29,4,29,2,27,4,25,4,27,6,27,2,25,4,

24、24,4,20,4,20,2,17,2,20,4,20,2,22,2,22,16,0xFF,0xFF;uchar code music22=0,4, 16,6,19,2,19,6,16,2,14,6,0,10,16,6,19,2,19,6,16,2,14,8,0,8,26,8,21,6,24,2,23,6,21,2,19,8,21,16,0,8,16,6,19,2,19,6,16,2,14,8,0,8,26,8,21,6,23,2,21,14,24,6,23,2,21,6,19,2,16,6,14,2,13,8,14,16,0,4,19,6,19,2,21,6,21,2,23,8,21,4,0

25、,4,19,6,19,2,16,6,19,2,16,8,14,6,0,4,19,6,19,2,21,6,21,2,23,8,21,4,0,4,19,6,19,2,16,6,19,2,16,8,14,6,0,4,26,16,21,4,26,4,21,4,26,16,21,4,26,16,0,4,16,8,16,8,14,8,16,8,21,4,26,4,21,4,26,4,0,8,16,8,16,8,14,8,16,8,21,4,26,4,21,4,26,4,0,8,19,8,19,6,21,2,16,8,0,8,19,6,21,2,19,6,21,2,16,8,0,8,21,8,26,8,21

26、,4,24,12,23,6,21,2,19,8,21,16,14,4,21,4,14,4,19,4,16,6,14,2,13,8,14,16,0xFF,0xFF;uchar code music32=0,4,27,4,19,4,19,4,27,4,26,4,26,2,27,2,24,8,22,4,17,4,24,4,22,4,19,16,15,4,12,4,12,4,15,4,17,8,19,8,26,6,26,2,26,4,24,4,24,4,19,4,19,8,27,4,19,4,19,4,27,4,26,4,26,2,27,2,24,6,24,2,22,4,17,4,24,4,22,4,

27、19,16,15,4,12,4,12,4,15,4,17,8,19,8,19,6,19,2,19,4,17,4,14,4,14,4,14,4,7,4,12,24,0xFF,0xFF;uchar timetable ="00:00"void delay(uchar p) uchar i,j; for(;p>0;p-) for(i=181;i>0;i-) for(j=181;j>0;j-);BOOL lcd_bz()BOOL result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result =

28、 (BOOL)(P0 & 0x80);ep = 0;return result; void lcd_wcmd(BYTE cmd)while(lcd_bz();rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();P0 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;void lcd_pos(BYTE pos)lcd_wcmd(pos | 0x80);void lcd_wdat(BYTE dat)while(lcd_bz();rs = 1;rw =

29、0;ep = 0;P0 = dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0; void lcd_init()lcd_wcmd(0x38);delay(1);lcd_wcmd(0x0c);delay(1);lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1); void pause() uchar i,j; for(i=150;i>0;i-) for(j=150;j>0;j-); void timecount_init() in

30、terrupt 3 TH1=(65535-45872)/256; TL1=(65535-45872)%256; timecount+; if(timecount=20) timesec+;timecount=0;if(timesec=60)timesec=0;timemin+; void adfa() interrupt 0 timesec=0; timemin=0; r0+; delay(5); if(r0>11) r0=11; void adfii() interrupt 2 if(pausekey=0) beepIO=0; while(pausekey=0); while(paus

31、ekey=1); while(pausekey=0); delay(8); else timesec=0; timemin=0; r0-; delay(5); if(r0<=0) r0=1;void T0_int() interrupt 1 beepIO=!beepIO; TH0=Tm0; TL0=Tm1;void zhuanhuan()timetable3=timesec/10+'0'timetable4=timesec%10+'0'timetable2=':'timetable0=timemin/10+'0'timetable1=timemin%10+'0'void timedis()if(timecheck!=timesec)timecheck=timesec;zhuanhuan();lcd_pos(0x49