根据51单片机的音乐盒的设计与实现.docx
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根据51单片机的音乐盒的设计与实现
沈阳航空航天大学
课程设计报告
课程设计名称：
单片机系统综合课程设计
课程设计题目：
基于51单片机的音乐盒的设计与实现
第1章总体设计方案
1.1设计原理
电子音乐已广泛地应用于社会生活的各个领域。
其类型从音乐卡片到CD、MP3等多种多样，制作原理也各不相同。
声音是通过振动产生的。
单片机对某一I/O引脚以一定的频率循环置1和清0，这一引脚便产生一定频率的方波，该方波通过放大后作用于扬声器便产生一定频率的声音。
若改变输出方波的频率，产生的声音也就改变了。
通过控制输出方波的时间长短,声音的长短也就得到控制。
因此，根据乐谱，单片机就可产生电子音乐。
音乐中最关键的两个要素是音符和节拍。
单片机控制的音乐发生器系统由硬件电路和软件两部分构成。
利用单片机控制的电子音乐发生器软硬件上具有独特的优点，系统的开发周期短，成本低，电路制作容易。
更换歌曲时，硬件电路无需作任何修改，只需修改软件即可实现。
软件编程时，可用51系列单片机的汇编语言。
同时还可根据个人的习好通过软件改变节拍的延时时间，增加电子音乐的趣味性。
1.2设计思路
采用汇编语言程序设计的方法结合硬件电路设计方法，利用Lab6000实验箱上已有芯片来实现音乐盒的各项功能。
1）提出方案
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口反相就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
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。
同时在LCD显示歌曲序号和歌曲名称。
2）总体方案实现
（1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/音频），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口反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
（2）利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下,改变记数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。
例如频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒,因此只要令计数器定时956/1=956在每记数9次时将I/O口反相,就可得到中音D0（523HZ）。
1.3实验环境
硬件环境：
Lab6000实验箱，PC机。
软件环境：
Wave应用软件。
第2章详细设计方案
2.1硬件电路设计
硬件电路的设计需要借助Protel软件来实现。
基于单片机音乐盒的硬件电路设计是由8751单片机芯片、晶振电路、键控电路、播音电路和显示电路几部分组成，总体框架图如图2.1所示。
图2.1硬件电路连线图
1）单片机电路的设计
图2.2是8751单片机图，8751单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上，除模拟比较器外其内部结构与8051内部结构基本一致。
如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。
它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。
但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
在8751单片机中存在中断源，其中有两个外部中断源、两个内部中断源和一个串行中断源。
通过TXAL1与TXAL2输入时钟信号，通过p0.0~p0.7输出控制现实控制信号的显示，通过P1.0输出控制蜂鸣器发声，有INT0，INT1，T1分别作为上一曲、下一曲和开始暂停的控制输入。
图2.28751单片机
2）键控电路的设计
如图2.3控制电路所示，下一曲按键与单片机的INT1相连、上一曲按键与INT0相连、开始/暂停键与T1相连。
当电键按下时接口接低电平，从而实现对音乐播放器的控制。
下一曲按键接通实现下一曲更换，上一曲按键接通实现上一曲更换，开始/暂停按键接通实现开始/暂停操作。
图2.3键控电路
3）显示电路的设计
如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称之为共阴极结构，则数码管显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光；使用时管子的上下端正中间的两个或者一个（内部公共端已经接在一起）接线端接低电平，其它的每段显示如图2.4所示。
本次课设通过单片机的P0.0-P0.7分别与数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp间接连接，从而显示播放音乐的序号。
图2.4数码管
4）晶振电路的设计
如图2.5所示，晶振电路由两个22pF的电容和一个6Mhz的晶体振荡器组成。
图中第一条输入线与8751单片机的X1相连接，图中第二条输入线与单片机的X2相连接。
晶振电路为单片机提供时间信号，为音乐的播放节拍控制提供基本时间单位。
图2.5晶振电路
5）播音电路的设计
如图2.6播音电路所示，播音电路是由数字扬声器连接p1.0接口实现音乐的输出。
如果通过p1.0直接接通扬声器，肯定不会发出音乐，这里还需要通过一个三极管将电流放大，然后通过单片机调用相应程序，并将音乐信号由p1.0口输出，驱动扬声器发出美妙的音乐。
图2.6播音电路
2.2主程序设计
主程序实现对单片机进行初始化后，进入曲目识别子程序，进行歌曲曲目判断。
确定歌曲曲目后，数码管再进行显示。
然后，子程序对是否播放进行循环判断，得到播放中断的指令后再进行播放。
执行播放后，关闭数码管显示并调用查表子程序进行播放音乐。
在播放音乐的过程中，查表子程序循环判断音乐是否结束。
当音乐结束时，程序跳转回曲目识别子程序。
主程序流程图如图2.7所示。
图2.7主程序流程图
2.3功能模块的设计与实现
功能模块包括，对开始/暂停，上一曲，下一曲三个中断子程序的设计，具体的设计与实现如下几点所示：
1）播放/暂停子程序功能模块的设计与实现
播放/暂停在程序利用内部中断T0口。
将T0口设为计数中断并工作在方式2下。
标识符初值赋值为R1=00H，计数初值设为TH0=0FFH,TL0=0FFH。
当按键第一次产生中断信号时，播放/暂停子程序改变标志符R1，将其赋值为01H。
此时播放器由暂停状态进入播放状态。
当按键第二次产生中断信号时，播放/暂停子程序判断R1是否为02H后，将R1再次赋值为00H。
此时，播放器由播放状态进入暂停状态。
具体流程图如图2.8所示。
图2.8播放/暂停子程序功能图
2）曲目选择子程序功能模块的设计与实现
曲目选择子程序分为上一曲子程序和下一曲子程序。
上一曲和下一曲功能实现方式类似，分别由外部中断
和外部中断
。
下面以实现上一曲功能为例：
首先设置标识符R7初始值为00H。
当按键产生中断信号，上一曲中断子程序改变标识符R7的值为01H并改变曲目R0的值。
播放子程序判断出标识符R7改变后，先将R7赋值为00H，然后跳转到曲目识别子程序。
具体流程图如图2.9所示。
图2.9曲目选择子程序功能图
第3章结果测试及分析
3.1结果测试
音乐播放器很好的实现了播放/暂停、上一曲、下一曲的功能，并满足了数码管显示的特殊要求。
音效良好，能很好听出乐曲的曲名。
当然设计的音乐播放器也存在着不足之处。
8位LED数码管只能显示10以内的歌曲曲目，超过10将无法显示。
3.2结果分析
调试过程中所遇到的问题：
（1）在歌曲中，当遇到一个音符发音为4拍，在编曲中为*CH，因时间较长，当定时器T1此时来中断时，就会对歌曲播放产生影响，若改为发音一拍，中断对歌曲播放影响减弱，但音乐效果变差。
改进方案：
若采用可以定时时间更长的单片机，可以避免所有问题。
（2）数码管显示的时间与真正的时间进度不一致。
原因分析：
定时器初值设置有误。
本次设计的晶振为6MHZ，而程序中的初值却设置成了6MHZ晶振所采用的值5000，导致显示的时间比真正的时间要慢。
参考文献
[1]王爱英.计算机组成与设计[M].北京：
教育出版社，2003
[2]杨素行.微型计算机系统原理及应用[M].北京：
清华大学出版社，1996
[3]张雪兰.汇编语言程序设计[M].北京：
清华大学出版社，2006
[4]龚尚福.微机原理与接口技术[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2003
[5]王中民.微型计算机原理[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2003
[6]沈美明，温冬婵.IBM-PC汇编语言程序设计[M].北京：
清华大学出版社，200
附录1元件清单
名称
数量（个）
型号
备注
电阻
3
数码管
1
7SEG-DIGITAL
开关
3
BUTTON
单片机
1
AT89C51
三极管
3
2N3906
扬声器
1
SPEAKER
电源
2
5V
电容
3
22pf（2个）
晶振
1
CRYSTAL
译码器
1
74LS138
地址锁存器
1
74LS373
七路反向器
1
ULN2003A
三态反向八D锁存器
1
74LS374
附录2总电路图
附录3程序代码
NEQU3
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPLAST_SONG
ORG000BH
AJMPF_T0
ORG0013H
AJMPNEXT_SONG
ORG001BH
AJMPSTART_PAUSE
ORG0030H
MAIN:
MOVDPTR,#TABLE
MOVR0,#30H
MOVR5,#00H
MOVR6,#1
SET_TAB:
MOVA,R5;设置每首歌曲的入口信息，存放在以30H开始的存储单元中。
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R0,A
INCR5
INCR0
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R0,A
INCR5
INCR0
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R0,A
INCR0
INCR5
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R0,A
INCR0
INCR5
INCR6
CJNER6,#N+1,SET_TAB
;***********************************
MOVTMOD,#61H
MOVTH1,#0FFH
MOVTL1,#0FFH
SETBET1
SETBET0
SETBPT1
SETBIT0
SETBIT1
SETBEX1
SETBEX0
SETBEA
SETBTR1
SETBP1.0
CLRF0;设置F0=0，用来作暂停/播放的标置位用
MOV22H,#01H
MOVDPTR,#OUT_TAB
MOVA,22H
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#8004H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#8002H
MOVA,#01H
MOVX@DPTR,A
MOVR7,#00H
START0:
MOVR4,#00H
MOVR0,#30H
MOVA,R7;将歌曲的节拍表的入口地址送到DPTR
ADDA,R0
MOVR0,A
MOVDPH,@R0
INCR0
MOVDPL,@R0
INCR0
MOVA,R4
INCR4
MOVCA,@A+DPTR;取出第一节拍数
MOV26H,A;将取出的音符数+节拍数保存在职26H单元中
NEXT:
MOVR0,#30H;开始取出歌曲的第一个数据
MOVA,R7
ADDA,R0
MOVR0,A
MOVDPH,@R0
INCR0
MOVDPL,@R0
INCR0
MOVA,R4
INCR4
MOVCA,@A+DPTR
JZEND0
MOVR1,A;不为0，取出节拍数
ANLA,#0FH
MOVR2,A
MOVA,R1
SWAPA
ANLA,#0FH
JNZSING
CLRTR0
SJMPSING1
SING:
DECA;开始唱,进行相应的数据处理
MOVR3,A
RLA
MOVDPH,@R0
INCR0
MOVDPL,@R0
INCR0
MOVCA,@A+DPTR
MOV21H,A
MOVTH0,A
MOVA,R3
RLA
INCA
MOVCA,@A+DPTR
MOV20H,A
MOVTL0,A
SETBTR0
SING1:
LCALLDELAY
JBF0,L1
AJMPNEXT
L1:
CLRTR0
JBF0,$
AJMPNEXT
END0:
CLRTR0
MOVA,22H
CJNEA,#N,L2
MOV22H,#01H
MOVR7,#00H
MOVDPTR,#8004H
MOVA,#06H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#8002H
MOVA,#01H
MOVX@DPTR,A
AJMPL3
L2:
MOVA,R7;没有全部唱完，唱下一首,歌曲的入口信息调整
ADDA,#4
MOVR7,A
INC22H
CLREA
PUSHDPH
PUSHDPL
MOVA,22H
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#8004H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#8002H
MOVA,#01H
MOVX@DPTR,A
POPDPL
POPDPH
L3:
SETBEA
AJMPSTART0
F_T0:
MOVTH0,21H;定时器0置初值
MOVTL0,20H
CPLP1.0
RETI
;********************************************
NEXT_SONG:
PUSHACC;下一曲中断程序处理，保护现场
PUSHDPH
PUSHDPL
CLREA
MOVA,22H
CJNEA,#N,L4
MOVR7,#00H
MOV22H,#01H
AJMPBACK
L4:
INC22H
MOVA,R7
ADDA,#4
MOVR7,A
BACK:
MOVR4,#00H
MOVDPTR,#OUT_TAB
MOVA,22H
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#8004H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#8002H
MOVA,#01H
MOVX@DPTR,A
MOVB,R0;对下首要演唱的歌曲的几分拍进行调整,同时对R0中的内容进行保护
MOVR4,#00H
MOVR0,#30H
MOVA,R7
ADDA,R0
MOVR0,A
MOVDPH,@R0
INCR0
MOVDPL,@R0
INCR0
MOVA,R4
INCR4
MOVCA,@A+DPTR
MOV26H,A
DECR4
MOVR0,B
POPDPL
POPDPH
POPACC
SETBEA
RETI
;********************************************
LAST_SONG:
PUSHACC
PUSHDPH
PUSHDPL
CLREA
MOVA,22H
CJNEA,#1,L5
MOV22H,#N
MOVB,#4;将R7指向最后一首歌曲
MOVA,#N-1
MULAB
MOVR7,A
AJMPBACK2
L5:
DEC22H
MOVA,R7
SUBBA,#4
MOVR7,A
BACK2:
MOVR4,#00H
MOVDPTR,#OUT_TAB
MOVA,22H
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#8004H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#8002H
MOVA,#01H
MOVX@DPTR,A
MOVB,R0
MOVA,R7
ADDA,R0
MOVR0,A
MOVDPH,@R0
INCR0
MOVDPL,@R0
INCR0
MOVA,R4
INCR4
MOVCA,@A+DPTR
MOV26H,A
DECR4
MOVR0,B
POPDPL
POPDPH
POPACC
SETBEA
RETI
;********************************************
START_PAUSE:
CPLF0
JBF0,RETURN;F0为1，停止
SETBTR0
RETURN:
RETI
DELAY:
MOV27H,26H
D2:
MOV28H,#100
D3:
MOV29H,#200
DJNZ29H,$
DJNZ28H,D3
DJNZ27H,D2
DJNZR2,DELAY
RET
OUT_TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,73H;共阴数码管显视用
TABLE:
DWSONG1,TABLE1,SONG2,TABLE2,SONG3,TABLE3
TABLE1:
DW64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030
DW63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524
SONG1:
DB04H
DB32H,54H,52H,32H,54H,52H,32H,12H,12H,32H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB0C2H,32H,32H,12H,21H,31H,24H,32H,34H,0D2H,0C2H,14H,14H,32H,52H,52H,32H,52H,54H,32H,34H,31H,21H,12H,24H,24H
DB34H,0E2H,0C2H,0D1H,0E1H,0D4H,12H,0E2H,32H,32H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H,0D2H,0E2H,32H,32H,0E2H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H
DB22H,0D1H,11H,0E2H,0D2H,0C4H,0C4H,32H,52H,52H,32H,62H,5H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,31H,31H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H
DB32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,34H,34H,32H,52H,52,32H,62H,51H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,32H,12H,32H,32H,54H,52H
DB32H,52H,52H,31H,31H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB00H
TABLE2:
DW63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777
DW64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178
SONG2:
DB02H
DB04H,94H
DB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02H
DB0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4H
DB04H,0C2H,0C2H,0D4H,0C2H,0D2H,0D8H,0D4H,0D2H,92H
DB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02H
DB0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,0E8H,0D8H
DB00H
TABLE3:
DW64898,64968,65030,65086,65135,65158,65199,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64862
SONG3:
DB03H
DB04H,04H,0C2H,14H,12H,12H,12H,11H,11H,0C2H,0D1H,0E1H,14H,14H,02H,32H,12H,21H,31H,52H,51H,51H,54H
DB32H,31H,31H,12H,11H,31H,52H,51H,31H,24H,24H,24H,64H,54H,24H,34H,52H,34H,52H,32H,21H,31H,12H,11H,21H,34H,04H
DB52H,51H,0D1H,12H,12H,32H,31H,31H,52H,51H,51H,22H,22H,22H,0D2H,0D1H,0D1H,24H,22H,0C2H,14H,12H,12H,34H,32H,32H,54H,54H,54H,54H
DB00H
END
课程设计总结：
说实话，这是第一次系统的全面的接触这一类的问题。
对我来说是一个很难得的锻炼机会，但同时也是一个挑战，也是一个对我以前所学知识的检验。
这次课程设计很好地帮助我复习了以前所学的数电、模电以及电路原理的相关知识。
更帮助我更好地理解了单片机程序设计的一些指令代码，让我明白了一些以前比较模糊的知识。
明白了七段数码管的接线的一些注意点。
除了学习上有所收获之外我也明白了一些道理。
在做事时朋友之间应该互相帮助。
在设计过程中，我遇到了很多困难，在同学的帮助下，我解决了它们，同时我也帮助别人解决了不少问题。
这次课程设计让我明白了做事要精益求精，不能差不多就行。
必须要做到最好，不能将就。
在设计时我遇到的最大的问题是七段数码管的接线问
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