单片机八音盒设计知识讲解.docx
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单片机八音盒设计知识讲解
单片机八音盒设计
黑龙江工业学院
单片机综合实训报告
院系：
电气与信息工程系
专业班级：
电气工程及自动化本（三）
姓名：
陈强
学号：
04991303037
指导教师：
魏喜雯
报告成绩：
1、设计目的
（1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、芯片选择、模块化编程等多项知识。
（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计系统能够真正使用。
（3）把原理和实践相结合，充分发挥个人和团体的合作能力，并在实践中得到锻炼。
（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。
（5）利用AT89C51单片机结合内部定时器设计一个八音盒，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律。
2、设计任务要求
本设计利用AT89C51单片机结合内部定时器设计一个八音盒，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律。
本设计可以学习AT89C51定时器程设计，按键扫描及歌曲旋律简单直觉式输入法的设计方法。
其基本功能为：
（1）使用数码显示管来显示目前演奏的歌曲编号；
（2）具有8个按键操作来选择演奏哪一首歌曲；
（3）内建8首歌曲旋律，按下单键可以演奏歌曲。
3、设计方案选取与论证
（1）选用Keil软件和Protues软件，选用AT89C51单片机，它有4kB内部ROM,2个定时/计数器，5个中断源。
（2）通过中断实现歌曲的播放和暂停。
（3）通过定时实现LED闪烁和音乐频率的变化。
（4）通过按键实现歌曲的选择。
3.1八音盒的发音原理
一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。
首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。
对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。
另外，音符的频率有所不同。
基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。
音符的发音主要靠不同的音频脉冲。
利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，然后控制P3.7引脚的输出音乐。
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，利用定时器计时这个半周期时间，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。
3.2音符频率的产生
3.2.1音符及定时器初始值：
例如：
中音1（do）的音频=523HZ,周期T=1/523s=1912
。
定时器/计数器0的定时时间为：
T/2=1912/2
=956
。
定时器956
的计数值=定时时间/机器周期=956
/1
=956（时钟频率=12MHZ）。
装入T0计数器初值为65536-956=64580。
将64580装入T0寄存器中，启动T0工作后，每计数956次时将产生溢出中断，进入中断服务时，每次对P3.0引脚的输出值进行取反，就可得到中音DO（523HZ）的音符音频。
将51单片机内部定时器工作在计数器模式1下，改变计数初值TH0,TL0以产生不同的频率。
下表2-1是C调各音符频率与计数初值T的对照表：
表2-1C调各音符频率与计数初值T的对照表
音符
频率（Hz）/初值（
）
音符
频率（Hz）/初值（
）
低1DO
262/63627
中1DO
523/64580
高1DO
1042/65056
低2RE
294/63835
中2RE
589/64687
高2RE
1245/65134
低3M
330/64021
中3M
661/64780
高3M
1318/65157
低4FA
350/64107
中4FA
700/64822
高4FA
1397/65178
低5SO
393/64264
中5SO
786/64900
高5SO
1568/65217
低6LA
441/64402
中6LA
882/64969
高6LA
1760/65252
低7SI
495/64526
中7SI
990/65031
高7SI
1967/65282
3.2.2音符、音符编码及定时器初始值：
为了产生音符，必须求出音符低音5—高音5的计数初值。
例如C调的低1DO的THTL=65536-50000/262=63627，中音DO的THTL=65536-500000/523=64580,高音DO的THTL=65536-500000/1042=65056。
为了方便写谱，对其进行简单的编码，在编程时，根据音符编码查找对应的计数初值。
比如说音乐是C调的，那么出现低音的5SO，直接将代码写为1；出现低音6LA,直接写一个2的代码；出现低音7SI，直接写一个3代码。
表2-2音符编码表
音符
音符编码
音符
音符编码
不发音
0
低5SO
1
低6LA
2
低7SI
3
中1DO
4
中2RE
5
中3M
6
中4FA
7
中5SO
8
中6LA
9
中7SI
A
高1DO
B
高2RE
C
高3M
D
高4FA
E
高5SO
F
高6LA
G
3.2.3节拍频率的产生、节拍的产生与编码：
音乐中的节拍用延时时间产生。
例如，1拍=0.4s，1/4拍=0.1s，以此类推。
假设1/4拍执行一次延时程序，则1/2拍就执行两次延时程序，所以只要求出1/4拍的延时时间，其余节拍就是它的倍数。
为了方便，将节拍数也进行了编码，并且计算了乐谱节拍编程时的延时时间，如表2-3和表2-4所示。
表2-3节拍数编码表
按1/4拍为一个延时时间的节拍编码与节拍对应的表
按1/8拍为一个延时时间的节拍编码与节拍对应的表
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
1
1/4
6
6/4
1
1/8
6
6/8
2
2/4
8
8/4
2
2/8
8
8/8
3
3/4
A
10/4
3
3/8
A
10/8
4
4/4
C
12/4
4
4/8
C
12/8
5
5/4
F
15/4
5
5/8
表2-4乐谱节拍编程时的时间延时表
乐谱节拍
1/4拍的延时时间
乐谱节拍
1/8拍的延时时间
4/4
125ms
4/4
62ms
3/4
187ms
3/4
94ms
2/4
250ms
2/4
125ms
音符编码和节拍编码完成后，在编程时，每个音符占一个字节，高四位是音符编码，低四位是节拍编码。
4、硬件电路设计
4.1总体设计框图
本设计中用到了AT89C51单片机，8个开关，扬声器，数码管等硬件电路常用元器件。
4.2晶振与复位电路
晶振电路为系统提供基本的时钟频率信号，它结合单片机内部电路产生所需的时钟频率。
复位电路由单片机XTAL1、XTAL2引脚外接晶振（12MHz）及起振电容C1、C2（均为30pf）组成。
当复位按钮按下时，内存和相关的寄存器，计数器，计时器所具有状态表示的器件全部被复位，回到初始状态。
（如下图所示）
4.3按键输入电路
按键输入电路由8个开关组成，P1口作为输入控制按键。
4.4输出显示电路
用P0.0~P0.7作为数码管的D0~D7的控制信号。
由于P0口作为输出，应加上拉电阻。
用P2.0口控制发光二极管以及扬声器。
5、仿真过程及仿真结果
6、心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
对于我们这些工科学生来说，这是一次考验。
怎么才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？
怎样让自己的业余更接近专业？
怎样让自己的计划更具有序性，而不会忙无一用？
这都是我们所要考虑和努力的。
这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。
不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不够好。
这次课程设计通过自己的努力，同学的帮助，还有老师的辛勤指导下，最终顺利完成。
7、程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineulongunsignedlong
sbitSPEAK=P2^0;//接蜂鸣器管脚
ucharth0_f;
uchartl0_f;
ucharcodeSEG[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67};
ucharcodejie8[8]={12,14,16,17,19,21,23,24};
/************************中断函数*******************************************/
timer0（）interrupt1
{
TL0=tl0_f;TH0=th0_f;
SPEAK=~SPEAK;//取反音乐输出IO
}
ucharcodefreq[36*2]={0xA9,0xEF,//00220HZ,1//0
0x93,0xF0,//00233HZ,1#
0x73,0xF1,//00247HZ,2
0x49,0xF2,//00262HZ,2#
0x07,0xF3,//00277HZ,3
0xC8,0xF3,//00294HZ,4
0x73,0xF4,//00311HZ,4#
0x1E,0xF5,//00330HZ,5
0xB6,0xF5,//00349HZ,5#
0x4C,0xF6,//00370HZ,6
0xD7,0xF6,//00392HZ,6#
0x5A,0xF7,//00415HZ,7
0xD8,0xF7,//00440HZ1//12
0x4D,0xF8,//00466HZ1#//13
0xBD,0xF8,//00494HZ2//14
0x24,0xF9,//00523HZ2#//15
0x87,0xF9,//00554HZ3//16
0xE4,0xF9,//00587HZ4//17
0x3D,0xFA,//00622HZ4#//18
0x90,0xFA,//00659HZ5//19
0xDE,0xFA,//00698HZ5#//20
0x29,0xFB,//00740HZ6//21
0x6F,0xFB,//00784HZ6#//22
0xB1,0xFB,//00831HZ7//23
0xEF,0xFB,//00880HZ`1
0x2A,0xFC,//00932HZ`1#
0x62,0xFC,//00988HZ`2
0x95,0xFC,//01046HZ`2#
0xC7,0xFC,//01109HZ`3
0xF6,0xFC,//01175HZ`4
0x22,0xFD,//01244HZ`4#
0x4B,0xFD,//01318HZ`5
0x73,0xFD,//01397HZ`5#
0x98,0xFD,//01480HZ`6
0xBB,0xFD,//01568HZ`6#
0xDC,0xFD,//01661HZ`7//35
};
changedata（uchar*song,uchar*diao,uchar*jie）
{
uchari,i1,j;
chargaodi;//高低+/-12音阶
ucharbanyin;//有没有半个升音阶
ucharyinchang;//音长
ucharcodejie7[8]={0,12,14,16,17,19,21,23};//C调的7个值
*diao=*song;
for（i=0,i1=0;;）
{
gaodi=0;//高低=0
banyin=0;//半音=0
yinchang=4;//音长1拍
if（（*（song+i）=='|'）||（*（song+i）==''））i++;//拍子间隔和一个空格过滤
switch（*（song+i））
{
case',':
gaodi=-12;i++;//低音
break;
case'`':
gaodi=12;i++;//高音
break;
}
if（*（song+i）==0）//遇到0结束
{
*（diao+i1）=0;//加入结束标志0
*（jie+i1）=0;
return;
}
j=*（song+i）-0x30;i++;//取出基准音
j=jie7[j]+gaodi;//加上高低音
yinc:
switch（*（song+i））
{
case'#':
//有半音j加一个音阶
i++;j++;
gotoyinc;
case'-':
//有一个音节加长
yinchang+=4;
i++;
gotoyinc;
case'_':
//有一个音节缩短
yinchang/=2;
i++;
gotoyinc;
case'.':
//有一个加半拍
yinchang=yinchang+yinchang/2;
i++;
gotoyinc;
}
*（diao+i1）=j;//记录音符
*（jie+i1）=yinchang;//记录音长
i1++;
}
}
voidplay（uchar*songdata）
{
uchari,c,j=0;
uintn;
uchardiaodata[48];//音调缓冲
ucharjiedata[48];//音长缓冲
changedata（songdata,diaodata,jiedata）;//解释音乐符号串
TR0=1;
while（P1=0xff）
{
for（i=0;diaodata[i]!
=0;i++）//逐个符号演奏
{
tl0_f=freq[diaodata[i]*2];//取出对应的定时值送给T0
th0_f=freq[diaodata[i]*2+1];
for（c=0;c{
for（n=0;n<29500;n++）;//29500
if（P1!
=0xff）//（（!
K1）||（!
K2）||（!
K3）||（!
K4））//发现按键,立即退出播放
{
TR0=0;
return;
}
}
TR0=0;
for（n=0;n<460;n++）;//音符间延时
TR0=1;
}
}
TR0=0;
}
//茉莉花
ucharcodemolihua[]={"33_5_6_`1_`1_6_|55_6_5-|33_5_6_`1_`1_6_|55_6_5-|"
"5553_5_|665-|32_3_53_2_|11_2_1|"
//"3_2_1_3_2.3_|56_`1_5-|23_5_2_3_1_,6_|,5-,61|"
//"2.3_1_2-1_,6_|,5--"
};
//世上只有妈妈好
ucharcodemamahao[]={
"6.5_35|`16_5_6-|35_6_53_2_|1_,6_5_3_2-|"
"2.3_55_6_|321-|5.3_2_1_,6_1_|,5--"
};
//小毛驴
ucharcodexiaomaolv[]={"1_1_1_3_|5_5_5_5_|6_6_6_`1|5-|"
"4_4_4_6_|3_3_3_3_|2_2_2_2_|5-"};
//我是一只菠萝
ucharcodeboluo[]={
"1-|2_4_3_2_55|5_6_3_4_22|2_4_3_2_1_`1_7_6_|5_4_2_3_11|"
"2_4_3_2_55|5_6_3_4_22|2_4_3_2_1_5_2_3_|1---|"
};
//小星星
ucharcodexiaoxingxing[]={
"1155|665-|4433|221-|"
"5544|332-|5544|332-|"
"1155|665-|4433|221-|"
};
//春天在哪里
ucharcodechuntian[]={"3_3_3_1_|,5,5_|3_3_3_1_|3-|5_5_3_1_|,5_,5_,5|,6_,7_1_3_|2-|"
"3_3_3_1_|,5,5_|3_3_3_1_|3-|5_6_5_6_|5_4_3_1_|,5_3_|2_1_"};
//两只老虎
ucharcodelaohu[]={"1231|1231|345-|345-|"
"5_6_5_4_31|5_6_5_4_31|"
"151-|151-"};
//就是爱你
ucharcodejiushiaini[]={"3_2_3_4_5,7_1_|1`1_7_75_6_|66_5_5_3_2_1_3_|4_,6_,7_1_32|"
"3_2_3_4_5,7_1_|1`1_7_7_`3_|3-6_|5_4_.4_5_5-|4_,6_,7_1_32._1_|"};
//黑白配
ucharcodeheibai[]={"32345-|1,7123-|3,5,611-|"};
//找朋友
ucharcodezhaopeng[]={"5_6_5_6_|5_6_5|5_`1_7_6_|5_6_5"};
//数鸭子
ucharcodeshuya[]={"313_3_1|3_3_5_6_5-|6_6_5_5_4_4_4|2_3_2_1_2"};
//欢乐颂
ucharcodehuanle[]={"3345|5432|1123|322-|3345|5432|1123|211-|"};
//一分钱
ucharcodeyifen[]={"5`1|6_`1_5|3_5_2_3_|5|3_5_6_`1_|5_6_5_3_|5_13_2"};
//乐谱方式输入的音乐播放
/*******************************主函数****************************************/
voidmain（void）
{
P1=0xff;
P0=SEG[0];
TMOD=0x01;//使用定时器0的16位工作模式
TR0=0;
ET0=1;
EA=1;
while
（1）
{
switch（P1）
{
case0xfe:
while（P1==0xfe）
{
;
}
P0=SEG[1];
play（molihua）;
SPEAK=0;
break;//0按下相应的键显示相对应的码值
case0xfd:
while（P1==0xfd）
{
;
}
P0=SEG[2];
play（yifen）;
SPEAK=0;
break;//1
case0xfb:
while（P1==0xfb）
{
;
}
P0=SEG[3];
play（mamahao）;
SPEAK=0;
break;//2
case0xf7:
while（P1==0xf7）
{
;
}
P0=SEG[4];
play（xiaomaolv）;
SPEAK=0;
break;//3
case0xef:
while（P1==0xfe）
{
;
}
P0=SEG[5];
play（laohu）;
SPEAK=0;
break;//4
case0xdf:
while（P1==0xdf）
{
;
}
P0=SEG[6];
play（huanle）;
SPEAK=0;
break;//5
case0xbf:
while（P1==0xbf）
{
;
}
P0=SEG[7];
play（chuntian）;
SPEAK=0;
break;//6
case0x7f:
while（P1==0x7f）
{
;
}
P0=SEG[8];
play（zhaopeng）;
SPEAK=0;
break;//7
default:
break;
}
TR0=0;
}
}
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