八音盒设计课程设计说明书.docx
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八音盒设计课程设计说明书
1概述
设计一个八音盒，以扬声器作为发声装置，用16个LED小灯作为显示装置，以4x4键盘作为功能按键，八音盒中预存4首不同节拍的乐曲，用户可以选择播放模式。
播放时在单色LED显示器上显示出所播曲目的编号和曲目名称，16个小灯随着音乐节拍变化而变化。
1.1组员分工
张磊：
软件编程
于海彬：
软件编程，显示模块
彭彬：
曲目乐谱编码，曲目播放模块以及实验报告
代涛：
硬件焊接，以及实验报告
1.2操作说明
键1：
播放曲目1
键2：
播放曲目2
键3：
播放曲目3
键4：
播放曲目4
键0：
暂停/恢复播放
键5：
终止播放
键6：
随机播放
2设计方案
2.2系统功能
播放分两种模式：
随机播放和选择播放。
随机播放从4首预存曲目中随机选出一首曲目播放，选择播放模式由用户指定要播放的曲目。
播放时可以暂停播放或终止播放。
按下暂停/恢复键可暂停或恢复播放，按下终止键可以终止播放。
播放时在单色LED显示器上显示出所播曲目的编号和曲目名称。
播放时16个小灯随着音乐节拍变化而变化，小灯的具体亮灭模式自行设定。
2.2设计思路
首先确定4x4键盘的扫描程序，然后编写发声程序，将歌曲录入尝试播放，确定各按键功能，编写数码管程序显示歌曲名称，利用寄存器外拓接口，控制小灯随频率变化亮灭。
2.3键盘的识别
键盘的确定功能，就是判断键盘中的那一个键按下，确定所在行列位置。
通常采用逐行（或逐列）扫描查询识别。
具体过程是：
依次轮流是列线中的一列输出低电平，其它三位为高电平，再在相应的顺次读行输出口的电平状态，如某行为低电平，则该行与置为低电平的列线相交叉处的按键即为闭合的按键，对应的在单片机内部进行调用播放歌的序号。
按键去抖动，通常采用软件延时的方法：
在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。
2.4音乐盒显示部分
七段LED数码管构成“日”字形，还有一只发光二极管作为小数点。
因此，这种七段数码管又可称为八段数码管。
通过8个发光段的不同组合，可以显示0—9和A—F等十六个数字字母，从而可以实现十六进制整数和小数的显示。
LED数码管显示器可以分为共阴极和共阳极两种接法。
（1）共阴极结构：
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，其它的每段显示如上图所示，每段数码管都要加一个限流电阻为510欧。
（2）共阳极结构：
如果所有的发光二极管的阳极接在一起，称之为共阳极结构，则数码管显示段输入低电平有效，当某段输入低电平该段便发光；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）接线端接高电平，其它的每段显示如上图所示每一段数码管同理也要加一个限流510欧的电阻。
需要显示时送入用不同电平组合代表的数据至数码管。
这种装入数码管中显示字形的数据称为字形码，又称段选码。
显示字符0—9和A—F与显示段选码的关系如下表所示。
通常显示段选码存放在程序存储器中的固定区域中，构成显示段选码表，当要显示某字符时，通过查表指令获取该字符所对应的段选码。
段选码表
显示字符
共阴极段码
共阳极段码
显示字符
共阴极段码
共阳极断码
0
3FH
C0H
8
7FH
80H
1
06H
F9H
9
6FH
90H
2
5BH
A4H
A
77H
88H
3
4FH
B0H
B
7CH
83H
4
66H
99H
G
39H
C6H
5
6DH
92H
D
5EH
A1H
6
7DH
82H
E
79H
86H
7
07H
F8H
F
71H
8EH
熄灭
00H
FFH
2.5硬件电路图
8254芯片：
8254芯片共有六种工作方式，分别对应与六种不同的用途。
2、方式0：
计数到0结束输出正跃变信号方式。
2、方式1：
硬件可重触发单稳方式。
3、方式2：
频率发生器方式。
4、方式3：
方波发生器。
5、方式4：
软件触发选通方式。
6、方式5：
硬件触发选通方式。
8255芯片：
8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。
各通道的引脚编号如下：
1、A口：
编号为PA0～PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
2、B口：
编号为PB0～PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
3、C口：
编号为PC0～PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。
4x4键盘：
扬声器模块：
74ls273：
3系统设计
3.1曲目编码
一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。
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的时间。
3.1.1音调的确定
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。
音符与频率的对应关系表：
音符
1（低）
2（低）
3（低）
4（低）
5（低）
6（低）
7（低）
频率
131
147
165
175
196
220
274
音符
1（中）
2（中）
3（中）
4（中）
5（中）
6（中）
7（中）
1（高）
频率
262
294
330
349
392
440
494
523
3.1.2节拍的产生
节拍指强拍和弱拍的组合规律，具体是指在乐谱中每一小节的音符总长度，常见的1/4,2/4，3/4，4/4，3/8,6/8,7/8,9/8，12/8拍等等，每小节的长度是固定的。
一首乐曲的节拍是作曲时就固定的，不会改变。
一首乐曲可以是由若干种节拍相结合组成的。
音乐中的音符除了有高低之分外，当然还要表示长短之分。
这里引用一个基础的音乐术语----拍子。
拍子是表示音符长短的重要概念。
表示音乐的长短需要有一个相对固定的时间概念。
简谱里将音符分为全音符、二分音符、四分音符、十六分音符、三十二分音符等。
在这几个音符里面最重要的是四分音符，它是一个基本参照度量长度，即四分音符为一拍。
这里一拍的概念是一个相对时间度量单位。
一拍的长度没有限制，可以是1秒也可以市2秒或半秒。
假如一拍是一秒的长度，那么二拍就是两秒；一拍定为半秒的话，两拍就是一秒的长度。
一旦这个基础的一拍定下来，那么比一拍长或短的符号就相对容易了。
用一条横线“—”在四分音符的右面或下面来标注，以此来定义该音符的长短。
下面列出了常用音符和它们的长度标记：
音符名称
写 法
时 值
全音符
5 — — —
四拍
二分音符
5 —
二拍
四分音符
5
一拍
八分音符
5
半拍
十六分音符
5
四分之一拍
三十二分音符
5
八分之一拍
横线有标注在音符后面的，也有记在音符下面的，横线标记的位置不同，被标记的音符的时值也不同。
从表中可以发现一个规律，就是：
要使音符时值延长，在四分音符右边加横线“—”，这时的横线叫延时线、延时线越多，音持续的时间（时值）越长。
相反，音符下面的横线越多，则该音符时间越短。
3.2程序模块流程图
3.2.1主程序
随机播放从4首预存曲目中随机选出一首曲目播放，选择播放模式由用户指定要播放的曲目。
播放时可以暂停播放或终止播放。
按下暂停/恢复键可暂停或恢复播放，按下终止键可以终止播放。
播放时在单色LED显示器上显示出所播曲目的编号和曲目名称。
3.2.2随机数模块
赋值一个标志变量，设定一个让其加一的循环程序，加到五重置为一，用以产生一到四的随机数。
随机数流程图：
3.2.3扫描键盘
将8255A的C口高四位设为输入连接行信号，低四位设为输出，由于本设计8个按键足够，所以仅C0，C1接收第一、二列信号。
扫描时先将第一列输入低电平，扫描行信号是否有低电平判断键是否按下，再将第二列输入低电平，判断第二列按键。
形成键特征值，去抖动，根据键特征值判断程序的跳转。
扫描键盘流程图：
3.2.4播放模块
在扫描键盘之后呢，则根据按键执行播放程序，随机播放或者选择播放都根据按键确定。
随机播放流程图：
选择播放流程图：
播放曲目流程图：
3.2.5显示模块
在播放的同时，用LED显示播放曲目的编号和名称。
具体实现是先给LED送位选，然后指针查表，再送段选，指针移位，这样就能实现了。
显示模块流程图：
3.3硬件连线
●第五片8255芯片接线：
C口高四位接P3～P0，低二位接Q1～Q0,其中C口低四位的前两位用于接扬声器（PC3,PC2）
●74ls273接口：
两片都用B口作为输入PA7为接左边小灯273的CP的接口;PA6为接右边小灯273的PC口WR接口都接高电平（+5V电源）
4总结
本次课程设计我们小组经过共同努力终于顺利完成了设计要求，我们成功地设计了一简单音乐播放器，实现了通过按键播放多首音乐，数码管显示播放歌曲的信息，小灯随着美妙的乐曲而闪烁，效果良好。
硬件设计和软件设计都符合设计要求，调试结果符合任务要求，达到了预期的目标。
通过这次课程设计我们都学到了许多东西，更加明白团结、合作的重要意义，这对即将走上社会的我们来说是最好的收获。
温故而知新，可以为师矣！
知识需要温习，这次的课程设计对我们来说是检验更是提高，我们相信我们在以后的学习生活中会做的更好。
参考文献
[1]、黄勤，计算机硬件技术基础[M]，重庆大学出版社，2002年9月
[2]、黄勤，计算机硬件技术基础实验教程[M]，重庆大学出版社，2002年3月
附录一：
1程序清单
.486
;第五片8255芯片端口地址,接线：
C口高四位接P3～P0，低四位接Q3～Q0,其中C口第四位的前两位用于接扬声器（PC3,PC2）
PORTAEQU300H
PORTBEQU304H
PORTCEQU308H
CTRLEQU30CH
TIME2EQU348H
CTRL1EQU34CH
;;;;;8个按键特征值;;;;;
K0EQU0EEH;暂停与恢复
K1EQU0EDH;
K2EQU0EBH
K3EQU0E7H
K4EQU0DEH
K5EQU0DDH;终止按键
K6EQU0DBH
K7EQU0D7H
CODESEGMENTUSE16
ASSUMECS:
CODE
ORG1000H
;;;;;;
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