基于单片机的自动音乐播放器的方案设计书17107Word格式文档下载.docx
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一般音响电路是以正弦波信号驱动喇叭，产生悦耳的音乐的；
在数字电路里，则是以脉冲信号驱动喇叭以产生声音。
同样的频率，脉冲信号或正弦信号产生的音效，对于人类的耳朵来说很难有所区别。
若用单片机产生声音，可利用程序产生频率，送到输入/输出端口，例如P1.0，再从该点连接到喇叭的驱动电路，即可驱动喇叭。
2.1.2音频转换原理
若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期，再将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。
就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。
利用单片机的内部定时器使其工作计数器模式（MODEL1）下，改变其计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶。
例如，频率为523HZ，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计时器计时956us/1us=956，每计数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式是：
N=F1/2/F2（式3-2-1）
式3-2-1中，N是计数值；
F1是机器频率（晶体振荡器为12MHZ时，其频率为1MHZ）；
F2为想要产生的声音频率。
其计数初值T的求法如下：
T=65536–N=65536-F1/2/F2（式3-2-2）
本次设计采用16位定时方式，晶体振荡器频率为6MHZ，根据式3-2-1和式3-2-2可以计算出各音乐频率的计数器初值，再将十进制的计数器初值转换为四位16进制，将其制表写入程序中，通过查表装入要求的初值即可。
音阶与频率的对应关系如表3-1所示。
表2-1
音符
DO
RE
ME
FA
SO
LA
SI
低音简谱码
1
2
3
4
5
6
7
频率/Hz
523
587
659
698
784
880
987
高音简谱码
1046
1174
1318
1396
1567
1760
1975
2.1.3节拍的产生
音阶的频率是固定的，而节拍有快有慢，拍子越短节奏越快，拍子越长节奏越慢。
控制发音的时间有两种方法：
调用延时子程序或采用定时器中断。
本次设计采用的是定时器终端方式。
首先在整首乐曲中找出最短的拍子，一般为1/4拍，拍子的时间约为0.125s。
然后以1/4拍为基准，然后设定每0.125s产生一次中断，其定时器值为125000，定时常数为08F3H。
若采用模式2，定时器值太小，不是很好用。
所以采用模式1，将定时器值设为62500，即0CDCH，则只需要执行2次定时器中断就可以产生1/4拍的时间长度。
同样，若要产生其它的拍子（如1/2拍，3/4拍……）,只需要定时器中断N次，产生N*0.125s定时，使其满足各个节拍的时间长度即可。
设计的程序按如下方法编写：
（1）将音符代码装入8位字节高4位，节拍代码装入低4位，组成一个字节，以此类推。
将整段乐曲转换成一定长度的编码表。
具体编程方法如下：
1.首先，定义toneh[]和tonel[]两个数组，将各个音乐频率的定时器初值的16进制数的高8位装入toneh[]，低8位装入tonel[]。
2.利用单片机的定时器中断，将toneh[]和tonel[]的数据分别装入TH0和TL0，并且，收到信号P1.0就反相。
voidtimer0（void）interrupt1using1
{
P1_0=!
P1_0;
TH0=toneh[rti];
TL0=tonel[rti];
}
3.利用定时器1控制音乐节拍的时间长度，将上文所述的定时器初值装入定时器1。
voidtimer1（void）interrupt3using2
TH1=0x0c;
TL1=0xdc;
m++;
（2）在程序执行时顺序查此表，取出音符代码，查频率表，置入T/C口，取出节拍代码，供定时器使用，启动后即可发出声音。
2.1.4音频转换流程图
设计的软件流程如图2-2所示。
程序开始运行时先对单片机进行初始化，其中包括定时器及其工作方式的选择、外部中断设定、定时器初值的设定。
利用单片机，通过软件的方式产生所需要的音乐频率，并将收到的信号与音频编码表进行对比。
若信号在编码表中，则将该频率的定时器初值写入定时器中，并读取频率的音阶，再从单片机的P1.0口输出，经过音频放大器驱动喇叭发出声音，利用驱动喇叭演示程序即可控制音乐的节拍。
若信号不在编码表中，则返到初始化。
2.2时间显示程序设计
2.2.1设计思路
对于时间程序的设计，主要依靠单片机内部定时器的计数功能实现。
时钟由秒针、分针和时针组成，在程序中分别由sdata，mdata，hdata表示各单位的数据。
首先对sdata，mdata，hdata分别设定一个初值，其中sdata设为0，表示秒针初始为0。
然后利用定时器对秒针计数，当计数值达到1秒的时间后产生定时器中断，sdata的数据就加1。
由于本次设计采用的晶振频率为6MHz，所以定时器取值为2500。
将hdata的数据装入第一和第二个数码管，将mdata的数据装入第三和第四个数码管。
当sdata的数据为59时，若此时再来一个定时器中断，则秒针重新归零，而分针就加1。
同样，分针和时针的进位也是同一道理。
当设定的闹钟时间一到，程序即转入音频程序，驱动喇叭放出音乐。
2.2.2时钟程序流程图
时钟程序流程图如图2-3所示。
（应有简单的文字叙述或解释）
3硬件电路的设计
3.1硬件流程模块
设计的硬件流程模块如图3-1所示。
首先，PC机通过串口及MAX232芯片将程序下载到单片机中，其中包括把一个个的单音写入单片机的ROM存储器中，程序运行时再将音乐数据按顺序读出，利用单片机的定时器中断控制音乐节拍的长度，这样就能形成一段乐曲。
在单片机P1.0口接入音频放大电路，将单片机输出的信号放大，再通过喇叭播放音乐。
单片机P2口接4位共阴LED数码管，并外接1K欧的排阻，利用单片机内部的定
时器中断控制时间程序，然后在数码管上显示出时间。
3.2模块电路的设计
3.2.189C58RD+型单片机介绍
89C58RD+是一种带32KB闪烁可编程/可擦除制度存储器（EPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS的8位微处理器。
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的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，因而ATMEL的89C58RD+是一种高效微控制器，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。
并且，比起跟它同种类型的89C51，它具有更大的Flash存储器，可下载很大容量的程序代码，因此功能更加强大，应用范围更广泛。
89C58RD+有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，9个中断源，内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,可编程UART串行通信口，SPI串行口，89C58RD+可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
89C58RD+有PDIP、TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同应用系统的需求。
89C58RD+管脚如图3-2所示,其中
（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。
在Flash编程期间，此管脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE以不变的频率周期输出正脉冲信号，次频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如果禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行外部执行状态ALE禁止，置位无效。
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
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