基于单片机的自动音乐播放器的方案设计书.docx

基于单片机的自动音乐播放器的方案设计书.docx

《基于单片机的自动音乐播放器的方案设计书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的自动音乐播放器的方案设计书.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的自动音乐播放器的方案设计书

Thedesignofautomaticmusicplayerbasedonmonolithicintegratedcircuit

Abstract

Inordertofacilitatepeople'sdailylife,optimizesschools',

institutions'timingsystem,usedhasdesignedonekindofautomaticmusic

playerwhichbasedonmonolithicintegratedcircuit.Thisdesignfixedtimeand

countsthefunctionusingmonolithicintegratedcircuit89C58RD+,completesthe

timethedemonstrationandfixedtimethefunction.And,Throughhypothesis

startingvalueoftimer,productthedifferentfrequencysound.Seversusing

thetimercompletesthecontrolofmusicmetrelength.ThroughLM386N1audio

poweramplifier,enlargessignalwhichthemonolithicintegratedcircuit

outputs,thenbroadcastmusicfromloudspeaker.ThroughMAX232chip,can

transformPCmachineonthevoltageandthemonolithicintegratedcircuit

supplyvoltage.Andthen,turnsonthecomputerthoughStringmouth,thenitcan

downloadprocedurewhichcompileswiththeClanguagetomonolithicintegrated

circuitfromcomputer.Atlast,itcandemonstratesthetimeonthedigital

tube.Whentimetoafterfixedtime,theloudspeakerautomaticallybroadcasts

sectionofcontinualmusics.Thisdesigngetridofthetraditionalalarm

clock'sgratingsound,displacesisthewonderfulmusic,canprovidesthe

accuratetimeforpeople'sdailylife.Thedesigncostveryinexpensive,itis

worthpromoting.

Audio

。

Automaticmusicbroadcast。

Monolithicintegratedcircuit：

Keyword

frequencytransformation。

Timedemonstration。

LM386N1audiopoweramplifier

论文总页数：

页

引言.......................................................................1

1设计任务................................................................2

2软件设计

2.1音乐编程原理及流程图...............................................

2.1.1声音的产生......................................................

2.1.2音频转换原理....................................................

2.1.3音频转换流程图..............................................

2.2时间显示程序设计..............................................

2.2.1时间显示模块..............................................

2.2.2时钟流程图..............................................

3硬件电路的设计..............................................................2

3.1硬件流程模块（此节作为第1节---后面几节就围绕它来写，并且要写“连贯”）

3.2主要模块电路的设计..........................

3.2.189C58RD+型单片机介绍.........................................

3.2.2LM386N及外围电路的设计............................

3.2.3串行通信和MAX232芯片...........................................

3.24AT89C52的定时/计数器概述.........................................

3.25.......

4KEIL仿真软件及Protel99SE的应用......................................

4.1KEIL51的应用..........................................................

4.2Protel99SE的应用.....................................................

4.3PCB板制作.............................................................

5仿真及调试过程..........................................................

5.1硬件调试过程

5.2软件仿真及调试过程

6结果分析................................................................结

论.....................................................................

参考文献.......................................................................

致谢.....................................................................29

声明.....................................................................30

附录.....................................................................16

基于单片机的自动音乐播放器的设计

引言

单片机，更确切地说应称为作微控制器，是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，其特点是功能强、体积小、可靠性高、价格低廉。

它一面世便在工业控制、数据采集、智能仪表化、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化程度。

因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。

本文将介绍一种以89C58RD+型单片机为基础元件设计的自动音乐播放器。

在当今这个科技高速发展的时代，时间对于每一个人都十分重要，时间就代表了金钱，代表了先机。

所以，准确的计时和及时的时间提示就显得相当重要，各个公司、机关、院校日常作息都需要计时和号音提示，我们的日常生活也离不开时间。

目前，此类音乐计时播放器在国内已经开始普及。

校园里的上下课的铃声，宿舍内早晨的起床号声音，都由以前枯燥刺耳的铃音转变成了好听的音乐，公路、广场中的计时装置也逐渐开始采用音乐来充当铃声。

此装置不仅为人们日常生活的计时提供了方便，同时也为目前快节奏的生活带来了乐趣。

本次设计以89C58RD+型单片机为基础，利用单片机编成技术对芯片进行功能设定，实现对时间的计时，并在四位共阴LED数码管上显示出来。

同时，利用单片机的定时器中断，在单片机内部产生所需要的音乐频率，并通过LM386N1型音频功率放大器将音频信号放大。

当定时时间到后，通过喇叭连续播放一段音乐。

此设计通过多次测试，计时准确，音乐声音宏亮清晰，节拍正常，达到预期效果。

本文将围绕基于单片机的自动音乐播放器，介绍一些关于单片机的基础知识、音乐播放器的制作原理及方法（其中包括了音乐编程原理）、定时器的设定、四位共阴LED数码管的）Protel99SE、Keil型音频功率放大器外围电路的介绍，以及仿真软件（LM386N1显示、．

的使用方法和相关PCB板的制作。

1设计任务

在基于单片机的自动音乐播放器中，采用89C58RD+型单片机为硬件基础，通过C语言对芯片进行编程。

单片机需外接+5V稳压电源，并通过MAX232电平转换芯片和串口接入PC机。

单片机工作时，用软件对定时器初值进行设定，从而得到所需要的声音频率；通过四位共阴LED数码管，可显示时间，并可进行定时设置；通过LM386N1芯片，将单片机输出的信号放大，接入喇叭即可发声。

具体要求如下：

（1）对时间进行定时，当定时时间到后，通过喇叭能连续播放一段音乐。

要求播放出的音乐的音阶准确，不能有太大偏差，否则会造成音乐声音刺耳难听；音乐播放必须连贯，即音乐必须有节奏感；喇叭放出的音乐声音响亮，不能太小，否则不能达到乐曲的提示作用。

（2）在四位共阴LED数码管上显示出时间（24小时制），包括小时、分钟，当定时1秒后，秒数加1；当定时满60秒后，秒数归零，分钟数加1；当定时满60分钟后，分钟数归零，小时数加1；当定时满24小时后，小时数归零。

软件设计

本设计的软件部分包含了两个重要组成部分:

音乐编程和时间程序（注:

也可以用下框图来反映----具体自己画和填写!

!

!

---便全面反映2.1和2.2等要写的东西）

2．1音乐编程原理及其流程图

2.1.1声音的产生

声音是音频振动的结果，振动的频率高则为高音，频率低则为低音。

音频范围为20HZ-200KHZ之间，而人类耳朵比较容易辨识的声音大概是200HZ-20KHZ。

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

DOREMEFASOLASI

音符．

低音简谱码1234567

频率/Hz523587659698784880987

高音简谱码1234567

频率/Hz1046117413181396156717601975

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

型单片机介绍3.2.189C58RD+

89C58RD+是一种带32KB闪烁可编程/可擦除制度存储器（EPEROM-FlashProgrammable

andErasableReadOnlyMemory）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

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。

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；当断保持高电平时，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）。

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。

并因此作为输入口当用于外部程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时，

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。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为一些特殊功能口，如表2-1所示。

表2-1

口管脚备选功能

P3.0RXD串行输入口

P3.1TXD串行输出口

P3.2外部中断0

P3.3外部中断1

P3.4T0计时器0外部输入

P3.5T1计数器1外部输入

P3.6外部数据存储器写选通

P3.7外部数据存储器读选通

3.2.2LM386N1及外围电路的设计

LM386N1乃音频功率放大器，主要应用于低压消费类产品。

为使外围元件最少，电压增益内置为20。

但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。

输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压引线双列直插式和贴片式，使8加之封装形式有塑封24mW,下，它的静态功耗仅为

LM386N1具有静态功耗低（约为4mA），可用电池供电；工作电压范围宽（4-12Vor5-18V）；外围元件少等特点。

LM386N1管脚示意图如图3-3。

LM386N外围电路如图3-4所示意