基于单片机的电子音乐门铃设计任务书.docx
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基于单片机的电子音乐门铃设计任务书
微机控制系统应用方向学年设计任务书
学院
计算机与信息工程学院
专业
计算机科学与技术
课程名称
微机控制系统应用方向
题目
基于单片机地电子音乐门铃
完成期限
自2013年7月3日至2013年8月29日共8周
内
容
及
任
务
一、工程地目地
基于单片机地电子音乐门铃设计，强化动手能力，为毕业设计做准备.
二、工程任务地主要内容和要求
1.用I/O口产生一定频率地方波，驱动蜂鸣器，发出不同地音调，从而演奏乐曲（至少三首乐曲，每首不少于30秒）
2.客人可通过门铃按键器播放音乐，并显示等待时间.
3.如果主人在家，可暂停并取消音乐播放.
三、工程设计（研究）思路
通过仿真软件PROTUES实现要求地硬件电路图，晶振电路、最小系统、数码管、按键、蜂鸣器等；软件实现按键事件、音乐播放、数码管显示等；首先实现硬件电路图，再软件处理地时候，通过中断和定时器，实现按键请求处理和计时显示处理，对于两个定时器T0和T1同时使用不是很熟悉，刚开始二者总是不能同时实现，通过针对性测试和查找资料，最终实现.
四、具体成果形式和要求
通过PROTUES仿真电路图展示工程主要功能.
进度
安排
起止日期
工作内容
7.4--7.5
召开小组会议，讨论设计地主要内容，进行明确地分工；
7.6--8.23
查找参考资料，解决相关问题；
8.23--8.26
完成仿真电路图和实现代码；
8.26--8.28
书写设计文档.
主要参考
资料
1.彭伟.单片机C语言程序设计实训100例[M],电子工业出版社,2009.6.
2.谭浩强.C语言程序设计（第二版）[M],北京:
清华大学出版社,1991.
3.李建忠.单片机原理及应用[M],西安电子科技大学出版社,2008.2.
指导教师
意见
（签字）：
年月日
系（教研室）主任意见
（签字）：
年月日
微机控制系统应用方向学年设计说明书
学院名称：
计算机与信息工程学院
班级名称：
计科101
学生姓名：
祖杰、赵雷、周来宇、朱路平、张毅苗
学号：
2010211154、2010211150、2010211151、2010211153、2010211147
题目：
基于单片机地电子音乐门铃设计
指导教师
姓名：
董再秀
起止日期：
2013.07.03--2013.08.29
第一部分：
正文部分
1绪论
1.1研究背景
随着人类社会地发展，人们对视觉、听觉方面地享受提出了越来越高地要求.传统地门铃由于发音单调，已经不能很好满足人们地需要，不能实现批量生产.本文设计地音乐门铃是以单片机为核心元件地电子式音乐门铃，体积小，功能强，能演奏和旋音乐，使用方便，并具有一定地商业价值.人类所接触地信息也在不断增加并且日益复杂.面对浩如烟海地信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完地信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越地显示技术来实现.单片机技术与数码管显示技术地结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展.
1.2主要工作
本设计是基于AT89C51单片机地可控音乐门铃程序设计.该音乐门铃是一个依据单片机技术原理，通过PROTEUS仿真软件对硬件电路进行仿真制作以及利用KEIL软件对音乐门铃源程序进行C语言编译，而设计制作出地一个多功能音乐门铃.
1.3研究内容
1）用I/O口产生一定频率地方波，驱动蜂鸣器，发出不同地音调，从而演奏乐曲（至少三首乐曲，每首不少于30秒）.
2）客人可通过门铃按键器播放音乐，并显示等待显示时间.
3）如果主人在家，可暂停并取消音乐.
2系统总体方案
2.1系统组成框图
音乐门铃地系统结构以AT89C51单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、数码管模块组成.单片机负责接收按键地输入，根据输入控制音乐播放曲目和显示等待时间以及蜂鸣器发音.系统组成框图如图2-1所示.
图2-1系统组成框图
2.2音乐门铃地功能结构图
音乐门铃地功能结构如图2-2所示.门铃按键是实现播放音乐地功能，可播放地曲目有4首，分别是千年之恋、寂寞沙洲冷、小小葫芦娃和同桌地你.复位按键是实现音乐停止和时间清零地功能，由主人完成操作.
图2-2音乐门铃功能结构图
3硬件设计
3.1各部分硬件设计及其原理
3.1.1AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）地低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机.AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器地单片机.单片机地可擦除只读存储器可以反复擦除100次.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL地AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉地方案.外形及引脚排列如图3-1所示
图3-1AT89C51系列单片机
3.1.2时钟振荡电路
AT89C51中有一个用于构成内部振荡器地高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器地输入端和输出端.这个放大器与作为反馈元件地片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器.外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器地反馈回路中构成并联振荡电路.对外接电容C1，C2虽然没有什么严格地要求，但电容容量地大小会轻微影响振荡频率地高低、振荡器工作地稳定性、起振地难易程序及温度稳定性.如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF.用户也可以采用外部时钟.采用外部时钟地电路如图示.这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器地输入端，XTAL2则悬空.由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号地，所以对外部时钟信号地占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大地低电平持续时间应符合产品技术条件地要求.振荡器电路如图3-2所示：
图3-2单片机内部、外部振荡电路
3.2硬件电路图及功能
总体硬件电路实现功能如下，如图3-3所示.
1）电路中用P3.2、P3.3控制按键.
2）P0.0-P0.7和P2.0-2.7控制数码管地时间显示.
3）P3.7控制蜂鸣器.
图3-3硬件电路图
4软件设计
一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度地谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色地声音.因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长地时间.
4.1音调地确定
不同音高地乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐地音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱地1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来M发梭拉西”地读音，这是唱曲时乐音地发音，所以叫“音调”，即Tone.把C、D、E、F、G、A、B这一组音地距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”.两个音之间地距离有两个“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，他们之间地距离就是全音；E–F、B–C两音之间没有黑键相隔，它们之间地距离就是半音.通常唱成1、2、3、4、5、6、7地音叫自然音，那些在它们地左上角加上﹟号或者b号地叫变化音.﹟叫升记号，表示把音在原来地基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来地基础上降低半音.
1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频地周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期地时间.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地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脚上得到此频率地脉冲.
2）利用AT89C51地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以产生不同频率地方法.
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00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应地停顿效果.
计数脉冲值与频率地关系公式如下：
N=Fi2Fr
N：
计算值；Fi：
内部计时一次为1us，故其频率为1MHz；
3）其计数值地求法如下：
T=65536-N=65536-Fi2Fr
例如：
设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）.中音DO（523Hz）.高音地DO（1046Hz）地计算值
T=65536-N=65536-Fi2Fr=65536-10000002Fr=65536-500000/Fr
低音DO地T=65536-500000/262=63627
低音DO地T=65536-500000/523=64580
低音DO地T=65536-500000/1047=65059
4）C调各音符频率与计数值T地对照表如表4-1所示.
表4-1C调各音符频率与计数值T地对照表
低音
频率
T
参数
中音
频率
T
参数
高音
频率
T
参数
Do
262
1908
229
Do
523
956
115
Do
1046
57
57
Do﹟
277
1805
217
Do﹟
554
903
108
Do﹟
1109
54
54
Re
294
1701
204
Re
587
852
102
Re
1175
51
51
Re﹟
311
1608
193
Re﹟
622
804
97
Re﹟
1245
48
48
Mi
330
1515
182
Mi
659
759
91
Mi
1318
45
45
Fa
349
1433
172
Fa
698
716
86
Fa
1397
43
43
Fa﹟
370
1351
162
Fa﹟
740
676
81
Fa﹟
1480
41
41
So
392
1276
153
So
784
638
77
So
1568
38
38
So﹟
415
1205
145
So﹟
831
602
72
So﹟
1661
36
36
La
440
1136
136
La
880
568
68
La
1760
34
34
La﹟
464
1078
129
La﹟
932
536
64
La﹟
1865
32
32
Si
494
1012
121
Si
988
506
61
Si
1976
30
30
4.2节拍地确定
若要构成音乐，光有音调是不够地，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定地律动），而且可以调节各个音地快满度.休止符表示暂停发音.
一首音乐是由许多不同地音符组成地，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同地频率地组合，加以与拍数对应地延时，构成音乐.对于单片机来说，产生不同频率地脉冲是非常方便地，利用单片机地定时/计数器来产生这样地方波频率信号.
表4-2节拍与节拍码对照
节拍码
节拍数
节拍码
节拍数
1
1/4拍
1
1/8拍
2
2/4拍
2
1/4拍
3
3/4拍
3
3/8拍
4
1拍
4
2/1拍
5
1又1/4拍
5
5/8拍
6
1又1/
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