单片机课程设计报告利用蜂鸣器播放音乐Word文档下载推荐.docx
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动手焊接一个51单片机
设计目标:
利用单片机上的蜂鸣器以及二极管实现音乐播放以及根据音乐的节奏而规律性闪亮的二极管。
并且通过程序调节音乐节奏的快慢。
2设计的过程
２.1 基本结构
1.STＣ89Ｃ５２ＲC
在本次的试验中采用了STC89Ｃ5２RC单片机，SＴＣ89C52RＣ单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗／超强抗干扰的单片机,指令代码完全兼容传统8０５1单片机,1２时钟/机器周期，工作电压:
５.5V～３.3Ｖ（5V单片机）／3．8Ｖ～2.0V（3V单片机）,工作频率范围:
0~40MHｚ，相当于普通8051的0~８0MＨz，实际工作频率可达48MＨz，用户应用程序空间为８K字节。
（STC8９C5２RＣ引脚图）
STC89C52RC单片机的工作模式：
（1）典型功耗<
0.1μＡ,可由外部中断唤醒,中断返回后，继续执行原程序
（2）空闲模式:
典型功耗２mA
（3）正常工作模式：
典型功耗4Ma～７ｍA
（4）唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备
２.蜂鸣器及其工作原理：
蜂鸣器按其结构分主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
本实验采用的是电磁式蜂鸣器。
蜂鸣器按其是否带有信号源又分为有源和无源两种类型。
有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号,驱动蜂鸣器发出声音。
无源蜂鸣器可以理解成与喇叭一样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音。
本实验采用的是有源蜂鸣器。
（蜂鸣器与单片机连接电路图）
2．2 软件设计过程
1.蜂鸣器发声原理
本实验由于采用有源蜂鸣器，只需将引脚端口Ｐ1^４清零，蜂鸣器即可发声;
P1^4置位,蜂鸣器停止发声。
采用置１置0的方法只能使蜂鸣器发声或停止发声,想要使蜂鸣器发出声音，必须对蜂鸣器发出声音的音频和节拍进行控制。
（音乐基础
音调：
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。
节拍:
节拍是让音乐具有旋律（固定的律动）,而且可以调节各个音的快满度。
“节拍”,即Beaｔ,简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。
若1拍实0.5ｓ，则１／4 拍为0.１２5s。
至于１拍多少s，并没有严格规定,就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下,有些人快一点，有些人慢一点,只要听的悦耳就好。
音持续时间的长短即时值,一般用拍数表示。
休止符表示暂停发音。
）
1）控制发声频率
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。
利用STC89C5２RC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从而产生不同频率。
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０x00,则表示曲子终了；
若查表结果为０xｆf,则产生相应的停顿效果。
以标准音高A为例，A的频率是4４0Ｈz，周期Ｔ=1／４４０=2272uｓ。
在占空比为５0%的情况下,导通时间=断开时间=半周期t=２27２ｕs/2＝113６us，利用P３^4端口的位操作,经过不断地反相变换即可得到标准音高Ａ的音频脉冲。
端口导通时间与断开时的时间利用定时器实现。
具体的方法是将单片机定时器的中断触发时间设为半周期ｔ,这样每隔半周期端口反相,输出连续的对应音高的频率。
设晶振的频率为f０,中断触发时间（半周期）为ｔ，定时器工作在模式1时计数器的初值为TＨL,高8位为TＨＬ，低8位为TL。
时钟周期即为1/f0，定时器每一次累加用去一个机器周期,一个机器周期包含12个时钟周期，即定时器每次加一所用时间是12／f０。
定时器在模式1下计时采用16位数,最大计数为2＾1６-１（６553５）,再次加一（65536）溢出触发中断。
根据以上分析可得如下关系:
音频对应定时器初值的高8位ＴH=THL／（2^8）=（６5５３6-t*f/1２）／256；
音频对应定时器初值的低8位ＴL=THＬ%（2^8）=（6553６-ｔ*f/1２）%２56;
附：
八度12音阶定时器初值表（只含自然音）
低音音名
频率Hz
晶振1２ＭHｚ
中音音名
晶振12ＭHz
高音音名
晶振12MHz
Do
26２
0xF88５
52３
0xＦＣ43
1046
0xFE２1
Re
2９4
0xF95A
58７
0xFCAD
1１75
0xFＥ56
Mi
３30
0xFA13
Ｍi
65９
0xＦD0A
1318
０ｘFE85
Fa
34９
0xFA6８
698
0xＦＤ3４
Ｆａ
13９7
０ｘFE9A
Sｏ
392
0xFB0４
So
78４
0ｘFD８２
1568
０xFＥＣ1
Lａ
４40
０xFB９０
La
８80
０xFDC8
１760
0xFEＥ４
Si
494
０ｘFＣ0C
988
0xFE06
1976
0xFF03
2）控制发声节拍
每个音符的节拍可通过延时一定的时间来实现,在具体实现时需要有一个基本的带参延时程序，用于主函数根据不同的音符调用不同的时延。
若以十六分之一音符的时长为基本延时时间,则十六分音符只需调用一次延时程序，八分音符则需调用两次延时程序,以此类推。
＊简谱编码
将简谱中的每个音符进行编码，每个音符用一个uｎsignedcｈaｒ字符类型表示，简谱可用一个uｎsｉgnｅdｃhar字符数组表示。
字符的前四位表示音频,可以表示0-f共十六个音符。
本实验中采用了中音区和高音区。
中音ｄo-sｉ分别编码为1~７,高音ｄo-ｓｉ分别编码为8～E,停顿编为0。
字符的后四位表示节拍，节拍以十六分音符为单位（在本程序中为1６5mｓ），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为４,其它的播放时间以此类推。
以０xff作为曲谱的结束标志。
程序从数组中取出一个数,然后分离出高4位得到音调 ，将值赋给定时器0,得到音调;
接着分离出该数的低4位，得到节拍。
本实验中播放音乐使用简谱如下:
将其编码成：
ucｈar ｃode sb[］=｛/／定义送别简谱
0x５4,0x32,0x５２,０x88，0x64,0x84，０x58,0x5４,０x12,0x22，０x3４,0ｘ22,０x12,
0x28,0ｘ0０,０ｘ00，
0x５4,0x３2,0x52，0x86，0x72,０ｘ64，0x８4，0ｘ58,0ｘ54，0x2２，0x3２,0x４6,０ｘf２，
0x1８,0x0０,0x00,
0x６４，0x84,0ｘ88,０x74,０ｘ６2,０ｘ72,0x8８,0x６2，0ｘ7２,0x82,０ｘ6２,0ｘ62,0x5２，
0x3２,０x1２,0x28,0ｘ00,0ｘ0０,
0x54，0x３2，０x5２,0ｘ86,0x７２,0ｘ6４,０x84，0ｘ58,0x54,0ｘ22,0x3２，0x46,0xf２，
0x18，0x00,0x00，
0x54，0x32,0ｘ52,0ｘ88，0x64，0x84，0x５８,0x54,0ｘ12,0x２2,0x３4,0x２2,０ｘ1２,
0x2８,0x00,0x00，
0ｘ54,0x32,0ｘ52,０x86,0x７2，0x6４,0x84,０ｘ５8,０x54，0x2２,０x32,0x４6，０xf2,
0ｘ１８,0x00,0x0０
};
2.３程序流图及说明
（主程序流程图）
程序代码：
#incｌｕdｅ <
ｒｅg５2.ｈ>
#defiｎeuｃｈarunsignedchar
#ｄefｉnｅuintｕｎsigｎediｎt
ｕinta=0；
//全局变量控制速度变换
sbitfm=P１^4;
//蜂鸣器控制端口
sbitｉnt０=P３＾2;
sbitｉnt1=P3＾3;
uchartｉｍeh,timel;
//用于存放定时器的高8位和低８位
ucharｃｏdesb[］={//定义送别简谱
0x５4，0x３2，0ｘ52,０x８8,0ｘ６４,0x84,0ｘ58，0x54,０ｘ12,０ｘ22，0ｘ34，0x22，0ｘ１2,0x28,0x00,0x00，
０x５4，0x32,0x52,0x86，0x72,０ｘ64,0x８４,0x58,0ｘ５4,０x２2,０x3２,0x４6,0xｆ2,０x１8,0x00,0ｘ０0，
0x6４,０x8４,０x88,0x74，０ｘ62，0x72,0x８8,０ｘ６2，0ｘ７2,０x８２,0x6２，0x6２,０ｘ52,0x３2,０x12,0ｘ２８,0x00,０x00，
0x54,０x32,０ｘ52,0x86,0x72，０ｘ6４,0x84，0x５8,0x54,0ｘ２２，0ｘ３2,0x46,0xf2,0x1８,0x０0,0x00,
０x５4,０x32,0ｘ5２，0x88,0ｘ64,0x8４,０x58,0x5４，０ｘ12,0x22,0x3４,0ｘ２2,0x12，0x28,0x0０,０x０0,
０x５4,0x32,0x52,０x8６,0x72，0ｘ64,０ｘ8４,0x5８,0x5４，０x22,0x3２,0ｘ４6,0xｆ２,0x１８,0x0０，0ｘ０0
}；
/／适合12M的晶振定时器初值表,高低8位分开
uchaｒ ｃode cｈuzhi[］={
ﻩ0xff,０xｆｆ,//占位
０ｘFC,０x43,//中央C调1-7
ﻩ0ｘFＣ,0xaｄ,ﻩ
ﻩ０ｘFd,0ｘ0ａ,
0ｘＦD,0ｘ34，ﻩ
0ｘFＤ,０x82，
ﻩ ０xＦＤ,0xc8,ﻩ
ﻩ 0xFE,
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