单片机的音乐盒设计报告.docx
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单片机的音乐盒设计报告
单片机-数字音乐盒设计报告
学院：
信息科学与工程学院
班级：
设计人员：
**************************************
完成时间：
2012年06月03号
【摘要】本设计是一个基于AT89C51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及软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒。
该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。
使用一个按键控制音乐盒，即切换歌曲按键，本音乐盒共有两首歌曲。
播放歌曲时，蜂鸣器发出音调。
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；AT89C51单片机；KEIL；PROTEUS；音调
一、概述………………………………………………………………………01
二、系统组成框图……………………………………………………………01
三、各部分硬件设计及其原理………………………………………………01
3.1AT89C51简介………………………………………………………………………………………01
3.2时钟振荡电路……………………………………………………………………………………02
3.3硬件电路图及功能………………………………………………………………………………02
四、软件设计…………………………………………………………………03
4.1音调、节拍以及编码的确定方法…………………………………………………………………03
4.2程序相应代码块……………………………………………………………………………………04
4.3程序源代码（见附录A）…………………………………………………………………………05
五、调试………………………………………………………………………05
5.1检查硬件连接………………………………………………………………………………………05
5.2检查软件系统………………………………………………………………………………………06
5.3总体运行图…………………………………………………………………………………………06
六、总结………………………………………………………………………07
参考文献………………………………………………………………………07
附录A程序源代码及注释…………………………………………………………………08
一、概述
本设计是以AT89C51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内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。
二、系统组成框图
音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心，加上1个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、L模块组成。
图3.1总体设计框图
三、各部分硬件设计及其原理
3.1AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片
机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图3.2所示
图3.2AT89C51系列单片机
3.2时钟振荡电路
AT89C51中有一个用于构成内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陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。
外接石英晶体及电容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、起振的难易程序及温度稳定性。
如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF
10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF
10PF。
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，即内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分频触发器后作为内部时钟信号的，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单片机内部、外部振荡电路
3.3硬件电路图及功能
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）P2.3控制蜂鸣器。
3）电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。
四、软件设计
在本程序中设置了一个标志——count1，分别初始化为0。
按键1使得count1在1~4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。
4.1音调、节拍以及编码的确定方法
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。
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（266Hz）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（294Hz）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的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及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=Fi
2
Fr
N：
计算值；Fi：
内部计时一次为1us，故其频率为1MHz；
4）其计数值的求法如下：
T=65536-N=65536-Fi
2
Fr
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-Fi
2
Fr=65536-1000000
2
Fr=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
4.2程序相应代码块
主程序代码:
main（）
{
count2=1;//唱第一首歌
P34=0;//选取矩阵键盘的一列
EA=1;//开总中断
EX0=1;//开外部中断0
IT0=1;//外部中断0下降沿触发方式
EX1=1;//开外部中断1
IT1=1;//外部中断1下降沿触发方式
TMOD=0x01;//定时器0工作在方式1
TH0=0;
TL0=0;
ET0=1;
while
（1）
{
duan=1;
beep（）;
delay1（300）;
duan=0;
song（）;
delay1（1000）;
}
播放音乐子程序代码：
voidsong（）
{
uinttemp;
ucharjp;//jp是简谱
i=0;
while
（1）
{if（count1==0）
{
break;
}
if（count1==1）//选曲
temp=qnzl[i];//播放千年之恋
if（count1==2）
temp=jmszl[i];//播放寂寞沙洲冷
if（temp==0xff）//结束标志
break;
jp=temp/16;//取数的高4位
duan=1;
duan=0;
if（jp!
=0）
{
timeh=cuzhi[jp*2];
timel=cuzhi[jp*2+1];
}
else
{
TR0=0;
fm=1;//关蜂鸣器
}
delay（temp%16）;//取数的低4位
TR0=0;//唱完一个音停10MS
fm=1;
delay1（10）;
TR0=1;
i++;
}
TR0=0;
fm=1;
}
延时程序代码：
voiddelay（uintz）//延时165MS,即十六分音符
{uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=19000;y>0;y--）;
}
voiddelay1（uintz）//延时1MS
{uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=112;y>0;y--）;
}
4.3程序源代码（见附录A）
五、调试
5.1检查硬件连接
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总体运行图
图5.1系统总体运行图
六、总结
单片机的设计至今为止已经进入了令人鼓舞的阶段，在进行了长达一个学期的时间的摸索与实验，使我们不仅仅是对于单片机入门软件与硬件的常用设计与功能，还使我们对于一项设计研究的制作过程所需要的详细步骤和具体的实现方法的力度的掌握。
当然在这次宝贵的设计活动中，经验才是对于我们最大的收获，而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力，用受益匪浅这个词语来概括这次难忘的活动我觉得再合适不过了。
但是，光是完成了作品还是不可以自我满足的，在从一开始的时候就怀着将作品制作得更加人性化，更加令人满意，更加地使功能完美又方便地被应用领域这个最终目的下，随着对单片机这门学科的认识加深，到达了拓展的程度，我想这个目的将在不远的时期内被实现。
总之，这次设计从软件编写、调试到软硬件联机调试，我们倾注了大量的时间和心血。
真是曾经为程序的编写而冥思苦想过，曾经为无法找出错误而郁闷苦恼过，也曾经为某一功能不能实现而犹豫彷徨过，但最终我们完成设计了。
参考文献
[1]谭浩强.C语言程序设计（第二版）[M]，北京：
清华大学出版社，1991.
[2]彭伟.C语言程序设计初实训100例——基于8051+Proteus仿真电子工业出版社2009.6
附录A程序源代码及注释
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitduan=P2^6;
sbitkey1=P3^3;//按key1可切换歌曲
sbitfm=P3^7;//蜂鸣器连续的IO口
sbitP34=P3^4;//矩阵键盘的一列
ucharcount1;//歌曲标志
uchartimeh,timel,i;
//---------------------------简谱---------------------------------------
//编程规则:
字节高位是简谱,低位是持续时间,
//代表多少个十六分音符
//1-7代表中央C调,8-E代表高八度,0代表停顿
//最后的0是结束标志
ucharcodeqnzl[]={//千年之恋
0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02,
0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,
0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,
0x42,0x63,0x83,0x83,0x91,0x91,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,
0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff//结束标志
};
ucharcodejmszl[]={//寂寞沙洲冷
0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,
0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,
0x51,0x52,0x31,0x52,0x62,0x13,0x11,0x13,0x32,0x28,0x08,0x28,
0x31,0x32,0x31,0x32,0x11,0x21,0x51,0x52,0x51,0x52,
0x51,0x51,0x31,0x32,0x31,0x32,0x81,0x72,0x63,
0x62,0x71,0x81,0x72,0x61,0x61,0x52,0x31,0x21,0x32,0x51,0x54,
0x22,0x12,0x11,0x12,0x11,0x12,0x12,0x14,0x26,0x32,0x26,
0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,
0x02,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x62,0x52,0x34,
0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x82,
0x51,0x51,0x51,0x51,0x31,0x61,0x53,
0x21,0x11,0x21,0x11,0x22,0x11,0x21,0x26,
0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x52,
0x31,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x81,0x61,0x31,0x56,
0x32,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x91,0x81,0x61,0x81,0x61,0x51,0x31,0x51,0x34,
0x21,0x31,0x51,0x31,0x21,0x11,0x61,0x21,0x16,
0xff};
//----------------------------简谱音调对应的定时器初值---------------------------
ucharcodecuzhi[]={
0xff,0xff,//占位
0xFC,0x8E,//中央C调1-7
0xFC,0xED,
0xFD,0x43,
0xFD,0x6A,
0xFD,0xB3,
0xFD,0xF3,
0xFE,0x2D,
0xFE,0x47,//高八度1-7
0xFE,0x76,
0xFE,0xA1,
0xFE,0xC7,
0xFE,0xD9,
0xFE,0xF9,
0xFF,0x16
};
voiddelay1（uintz）;//延时1MS
voiddelay（uintz）;//延时165MS,即十六分音符
voidsong（）;
voidbeep（）;//蜂鸣器叫一声
main（）
{
count1=1;//唱第一首歌
P34=0;//选取矩阵键盘的一列
EA=1;//开总中断
EX0=1;//开外部中断0
IT0=1;//外部中断0下降沿触发方式
EX1=1;//开外部中断1
IT1=1;//外部中断1下降沿触发方式
TMOD=0x01;//定时器0工作在方式1
TH0=0;
TL0=0;
ET0=1;
while
（1）
{
duan=1;
beep（）;
delay1（300）;
duan=0;
song（）;
delay1（1000）;
}
}
voidint0（）interrupt0
{
EA=0;//关总中断
delay1
（1）;//去抖
if（key1==0）
{
count1=0;//不让蜂鸣器唱歌
TR0=0;
}
EA=1;//开总中断
}
voidint1（）interrupt2
{
EA=0;//关总中断
delay1
（1）;//去抖
if（key1==0）
{
TR0=1;
i=0;//从头开始唱
count1++;
if（count1==3）
count1=1;
}
EA=1;//开总中断
}
voidtimer0（）interrupt1//用于产生各种音调
{
TH0=timeh;
TL0=timel;
fm=~fm;
}
voidsong（）
{
uinttemp;
ucharjp;//jp是简谱
i=0;
while
（1）
{if（count1==0）
{
break;
}
if（count1==1）//选曲
temp=qnzl[i];
if（count1==2）
temp=jmszl[i];
if（temp==0xff）
break;
jp=temp/16;//取数的高4位
duan=1;
duan=0;
if（jp!
=0）
{
timeh=cuzhi[jp*2];
timel=cuzhi[jp*2+1];
}
else
{
TR0=0;
fm=1;//关蜂鸣器
}
delay（temp%16）;//取数的低4位
TR0=0;//唱完一个音停10MS
fm=1;
delay1（10）;
TR0=1;
i++;
}
TR0=0;
fm=1;
}
voiddelay（uintz）//延时165MS,即十六分音符
{uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=19000;y>0;y--）;
}
voiddelay1（uintz）//延时1MS
{uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=112;y>0;y--）;
}
voidbeep（）//蜂鸣器叫一声
{uchari;
for（i=0;i<50;i++）
{fm=~fm;
delay1
（1）;
}
fm=1;
}
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