基于at89c51单片机的音乐盒的设计大学毕设论文文档格式.docx

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第5章仿真及调试……………………………………………………13

5.1调试………………………………………………………13

5.2仿真………………………………………………………13

5.3程序调试中出现的问题及解决的办法………………………15

第6章设计小结及建议………………………………………………17

致谢……………………………………………………………18

参考文献………………………………………………………19

附录一元器件清单…………………………………………20

附录二部分源程序代码……………………………………21

基于AT89C51单片机的音乐盒的设计

【摘要】：

随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。

小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。

传统的音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。

本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，使用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。

【关键词】：

音乐盒；

单片机；

LCD

第1章

概述

传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。

但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。

水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。

另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。

本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。

与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。

电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。

基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。

所放歌曲的节奏可以根据需要进行设置，根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。

另外，可以设计彩灯外观效果，增设放歌时间、序号显示灯功能，使音乐盒的功能更加丰富，如图1-1所示。

图1-1单片机音乐盒功能框图

第2章音乐盒的发音原理

2.1播放音乐的原理

发音原理：

播放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。

2.2音符频率的产生

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（

）

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

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

音符编码

不发音

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

G

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

1/4

6/4

1/8

6/8

2/4

8/4

2/8

8/8

3/4

10/4

3/8

10/8

4/4

12/4

4/8

12/8

5/4

15/4

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

1/8拍的延时时间

125ms

62ms

187ms

94ms

250ms

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。

第3章硬件电路设计

3.1硬件电路

本设计中用到了AT89C51单片机，4*4键盘，蜂鸣器，16*2LCD等硬件电路常用元器件。

3.1.1时钟复位电路

时钟电路由单片机XTAL1、XTAL2引脚外接晶振（12MHz）及起振电容C1、C2（均为30pf）组成。

如图3-1所示：

图3-1时钟复位电路

3.1.2按键输入电路

按键输入电路由4*4矩阵键盘组成，P1口作为输入控制按键，其中P1.0~P1.3扫描行，P1.4~P1.7扫描列。

3.1.3输出显示电路

用P2.0~P2.2作为LCD的RS、R/W、E的控制信号；

用P0.0~P0.7作为LCD的D0~D7的控制信号。

由于P0口作为输出，应加上拉电阻。

用P3.7口控制蜂鸣器。

输出显示电路如图3-2所示：

图3-2输出显示电路

3.2整体硬件电路

如图3-3所示：

图3-3音乐盒硬件电路原理图

3.3原理说明：

当键盘有键按下时，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。

同时启动定时器T1，显示乐曲播放的时间，并驱动LCD,显示歌曲号及播放时间。

（1） 

硬件电路中用P1.0~P1.7控制按键，其中P1.0~P1.3扫描行，P1.4~P1.7扫描列；

（2） 

（3）用P0.0~P0.7作为LCD的D0~D7的控制信号；

（4） 

用P3.7口控制蜂鸣器；

（5） 

电路为12MHz晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。

3.4键盘按键

键盘按键分布如下：

2 

3 

5 

6 

7 

E 

F 

按键功能说明：

1—A

十首歌曲

下一首歌曲

上一首歌曲

暂停

开机画面

第4章软件设计

本程序可以实现该课程设计的基本要求，并可以通过按键播放达10首歌曲。

4.1程序设计流程

程序设计流程图如图4-1所示：