基于单片机的简易音乐播放器的设计Word下载.docx

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本设计是一个基于AT89C52系列单片机的音乐播放器，依据单片机技术原理，通过硬件电路设计以及软件编译，设计出一个多功能音乐播放器。

该音乐播放器主要由按键电路、晶振电路、复位电路以及扬声器组成。

最后利用proteus对音乐播放器进行仿真调试。

1.2原理说明

当按键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。

其中:

1）硬件电路中用P2.0-P2.3控制4个按键，K1-K3分别控制三首音乐，K4为停止键；

2）P1.0-P1.3为LED显示，四个发光二极管分别对应四个按键，显示所播放歌曲；

3）用P3.7口控制蜂鸣器；

4）电路为12MHz晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为22pf。

二、硬件电路设计

2.1系统方案设计

硬件方框图如图2-1所示。

主要由单片机核心芯片AT89C52，LED发光二极管，蜂鸣器，晶振电路，复位电路组成，由引脚输出定时器产生的各种固定频率的方波信号，然后由蜂鸣器产生各种频率的声音。

由于该方案中使用内部振荡电路，XTAL1、XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容构成晶振电路。

图2-1设计方框图

2.2模块电路的设计

2.2.1AT89C52型单片机的介绍

AT89C52是美国Atmel公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，其管脚图如图2-2所示。

片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和256B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。

图2-2AT89C52引脚图

主要性能参数如下:

1）与MCS-51产品指令和引脚完全兼容；

2）8K字节可重擦写Flash闪速存储器；

3）1000次擦写周期；

4）全静态操作：

0HZ-24HZ；

5）三级加密程序存储器；

6）256*8字节内部RAM；

7）32个可编程I/O口线；

8）3个16位定时/计数器；

9）8个中断源；

10）可编程串行UART通道；

11）低功耗空间和掉电模式。

各引脚功能如下：

1.时钟引脚

XTAL1：

接外部晶体的一个引脚。

在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。

当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发声器的输入端。

XTAL2：

接外部晶体的另一个引脚。

在单片机内部，它是构成内部振荡器的反相放大器的输出端。

当采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。

注意：

如果采用片内的振荡电路，要在单片机的引脚XTAL1和XTAL2之间连接一个石英晶体或陶瓷谐振器，并接两个电容到地。

2.控制线或其他电源的复位引脚

RST：

复位输入端。

ALE/

：

当访问外部寄存器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。

外部程序存储器的选通信号。

在有外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次

有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的

信号将不出现。

/Vpp：

当

保持低电平时，则在此期间访问外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意要加密方式1时，

将内部锁定为RESET；

断保持高电平时，此间访问内部程序存储器。

在Flash编程期间，此管脚也用于施加12V编程电源（Vpp）。

3.输入/输出引脚

P0口：

P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。

P0口能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在Flash编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0口输出原码，此时，P0口外部必须被拉高。

P1口：

P1口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。

P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在Flash编程和校验时，P1口为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高。

且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉底，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部8位地址数据校验时，P2口输出其特殊功能起存器的内容。

P2口在Flash编程和校验时，接收高8位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为一些特殊功能口，如表2-1所示。

表2-1P3口特殊功能

口

管脚

备选功能

P3.0

RXD

串行输入口

P3.1

TXD

串行输出口

P3.2

外部中断0

P3.3

外部中断1

P3.4

T0

计时器0外部输入

P3.5

T1

计时器1外部输入

P3.6

外部数据存储器写选通

P3.7

外部数据存储器读选通

2.2.2单片机最小系统的设计

单片机的最小系统设计包括：

时钟电路、复位电路，如图2-3所示。

在内部方式时钟电路中，必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的频率取值在1.2MHz～12MHz之间。

复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。

其中，电容的大小是10uF，电阻的大小是10k。

图2-3单片机最小系统

2.2.3蜂鸣器电路设计

蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个功率放大的电路。

由单片机P3.7接口外接一个1K电阻和两个NPN型三极管来驱动蜂鸣器。

其主要任务是输出大信号和大功率，对音频信号有效不失真的进行放大以推动扬声器发出声音，原理图如图2-4所示。

图2-4蜂鸣器电路

2.2.4按键电路设计

采用4个按钮来实现选择歌曲播放，由P2.0-P2.3控制，外接四个10K的上拉电阻，并通过三个与门接P3.2实现外部中断。

原理图如图2-5所示。

图2-5按键电路

2.2.5LED显示电路设计

四个发光二极管分别由P1.0-P1.3控制，播放第一首歌时D1亮，第二、第三首歌时D2、D3亮，停止时D4亮，其中电阻为220Ω。

原理图如图2-6所示。

图2-6LED显示电路

三、软件设计

3.1系统主模块流程图

主模块是系统软件的主框架。

结构化程序设计一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式，“自上而下”法的核心就是主框架的构建。

它的合理与否关系到程序最终的功能的多少和性能的好坏。

本系统的主模块程序框图如图3-1所示。

开始系统初始化，判断是否有键按下，当K1键按下时，播放第一首歌，K4键按下停止播放，并返回到系统初始化，再判断是否有键按下。

K2、K3键也分别控制两首歌的播放。

图3-1系统主模块流程图

3.2音乐产生原理

单片机发音原理：

单片机演奏音乐基本是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能象电子琴那样能奏出多种音色的声音，但一定要弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和“节拍”。

音调：

表示一个音符唱多高的频率。

节拍：

表示一个音符唱多长的时间。

3.2.1音调

在音乐中所谓“音调”，其实就是我们常说的“音高”。

在音乐中常把中央C上方的A音定为标准音高，其频率f=440Hz，其余与其比较。

f1和f2为两个音符，当这两个音符的频率相差一倍时，也即f2=2×

f1时，则称f2比f1高一个倍频程。

在音乐中1与

，2与

，正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度音。

在一个八度音内，有12个半音。

以1—i八音区为例，12个半音是：

1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。

这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。

如果我们只要知道了这十二个音符的音高，也就是其基本音调的频率，我们就可根据倍频程的关系得到其他音符基本音调的频率。

确定一个频率所对应的定时器的定时初值的方法：

以标准音高A为例：

标准音高A的频率f=440Hz,其对应的周期为：

T=1/f=1/440=2272μs。

因此，需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272μs的方波脉冲，如图3-2所示。

图3-2方波脉冲

由上图可知,单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反的时间应为：

t=T/2=2272/2=1136μs

这个时间t也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。

一般情况下，单片机奏乐时，其定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。

设振荡器频率为f0，则定时器的予置初值由下式来确定：

t=12*（TALL–THL）/f0

式中TALL=216=65536,THL为定时器待确定的计数初值。

因此定时器的高低计数器的初值为：

TH=THL/256=（TALL–t*f0/12）/256

TL=THL%256=（TALL–t*f0/12）%256

将t=1136μs代入上面两式（注意：

计算时应将时间和频率的单位换算一致），即可求出标准音高A在单片机晶振频率f0=12Mhz，定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的予置初值为：

TH440Hz=（65536–1136*12/12）/256=FBH

TL440Hz=（65536–1136*12/12）%256=90H

根据上面的求解方法，我们就可求出其他音调相应的计数器的予置初值。

3.2.2节拍

音符的节拍我们可以举例来说明。

在一张乐谱中，我们经常会看到这样的表达式，如1=C

、1=G

……等等，这里1=C,1=G表示乐谱的曲调，和我们前面所谈的音调有很大的关联，

、

就是用来表示节拍的。

以

为例加以说明，它表示乐谱中以四分音符为节拍，每一小结有三拍。

如图3-