基于单片机的音乐盒.docx
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基于单片机的音乐盒
摘要···································································Ⅱ
Abstract······························································Ⅱ
1绪论························································1
历史背景··················································1
目的意义··················································1
要紧问题··················································1
技术要求··················································1
2设计方案简述···············································2
设计功能要求··············································2
整体设计原理··············································2
整体设计框图··············································2
3详细设计····················································3
芯片的选择与介绍··········································3
要紧性能参数············································3
引脚功能说明············································3
最小单片机系统············································5
键盘部份··················································6
扬声器部份················································6
显示部份··················································6
硬件部份··················································6
流程图····················································7
4设计结果与分析··············································8
5总结························································9
参考文献·····················································10
附录一元器件清单············································11
附录二电路图················································12
附录三程序代码··············································13
摘要
为了实现单片机操纵音乐播放，这次课程设计做出了尝试，即电辅音乐盒的设计。
本设计采纳了扬声器发声来实现歌曲的播放，能维持大体音调不变，流畅播放出歌曲。
现选用STC89C52单片机。
用KeilC51编程软件编程，用PROTEUS单片机仿真软件仿真。
利用I/O口产生必然频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。
通过单片机P1口操纵，实现功能键盘操纵；功能键盘采纳按键开关，通过单片机P2口操纵，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；扬声器由单片机的P3口操纵，实现歌曲播放；
要紧工作进程是通过按下功能键实现上一首和下一首及暂停播放，同时有液晶屏显示当前播放歌曲的序号，扬声器播放出音乐。
关键词：
STC89C52单片机;方波;音调
Abstract
Inordertoachievesingle-chipmicrocomputertocontrolmusicplayer,Imadetheprojecttotry,thatis,thedesignofelectronicmusicbox.Iusedtoachieveaudiblespeakersongstoplay,tomaintainthesamebasictone,smoothplaybackofsongs.Single-chipSTC89C52isoptional.withKeilC51programmingsoftwareprogramming,andsimulationsoftwarePROTEUSsingle-chipsimulation.
TheuseofI/OIhaveacertainfrequencysquarewavetodrivethespeaker,theissueofdifferenttones,whichplaymusic.throughtheP1portsingle-chipcontrolfunctions;functionsusingthekeyboardbuttonswitches,single-chipP2throughpopulationcontrol,toachievethechangetheorderofsongstoplayandpausefunctions;buzzP3iscontrolledbyMCUportcontrol,therealizationofmusicplayback.
Themainprocessistoachievebypressingfunctionkeysonthefirstoneandthenext,andsuspensionofplay,whiletheLCDtheserialnumberofthecurrentlyplayingsong,themusicplayerspeaker.Keywords:
STC89C52microcontroller;square;tone
1绪论
历史背景
音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺振兴时期。
那时为使教会的的钟塔报时，而将大小的钟表上机械装置，被称为“可发作声音的组钟”。
机械音乐盒的进展史，可追溯至14世纪初期，所发明挂在教堂钟楼上的排钟,这种用发条装置来演奏的乐器，能发出清脆如水晶般的乐声，一度盛行荷兰，比利时和法国北部。
1811年以来，瑞士曾经是这项技艺的中心，它和瑞士钟表工业一样，二者相辅相成，一段时刻名领风流，称霸全世界。
音乐盒300连年的产品进展，同时也是人类文明300连年发展的历史鉴证。
每一个不同时期的音乐盒造型，都能折射出那时不同的社会意态和文明进展现状，它也成了时期的一面镜子。
现今，音乐盒的制造，延袭传统，结合现代，正日趋成为人们或为了典藏一段岁月，或为了收藏一份情感，或出于对音乐的追求，或关于旧时期的怀念，或为了居室的美化，等等，而取得众多品位人士的追求。
目的意义
为了更好地熟悉和把握单片机的大体功能和编程，咱们以为基础设计电辅音乐盒。
STC89C52单片机电辅音乐盒集成多个硬件资源模块，每一个模块各自能够成为独立的单元，也能够彼此组合，因此，能够为不同阶级的单片机爱好者所用。
同时，电辅音乐盒的设计具有很重要的现实意义。
咱们依照学习和实践的需要，进行了电辅音乐盒功能设计。
咱们在制作电辅音乐盒的进程中会学习到很多的东西，能够最大限度的了解咱们自制的这一个单片机电辅音乐盒，如此以后调试程序的时候便驾轻就熟，效率要提高很多。
要紧问题
制定音乐盒操纵系统需要完成功能，并依照此来制定设计方案；依照设计方案来进行硬件电路图的设计和软件模块的开发；通过仿真挪用后再来反复修改程序，最终达到预期功能。
技术指标
1.系统要有必然稳固性，不易受外界干扰的阻碍。
2.系统采纳外部或内部+5V供电。
3.实现音乐盒播放音乐的操纵。
4.LCD来显示歌曲序号的功能。
5.通过按键选择增加上一首、下一首、暂停/播放功能。
2设计方案简述
设计功能要求
1.利用I/O口产生必然频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲（最少三首乐曲，每首很多于30秒） 2．采纳LCD显示信息 3．开机时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称） 4．可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。
5．选作内容：
显示乐曲播放时刻或剩余时刻整体设计原理
通过单片机的按时器产生必然长度的方波，方波脉冲驱动扬声器发声。
要产生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时刻按时。
利用按时器计时那个半周期时刻,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刻再对I/O口反相,就可在I/O脚上取得此频率的脉冲。
如中音D0，频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒，因此只要令计数器按时1912/2=956，在每计数956次时将I/O口反相,就可取得中音D0（523HZ）。
当键盘有键按下时，判定键值，启动计数器T0，产生必然频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。
同时启动按时器T1，在LCD显示歌曲号。
通过单片机P1口操纵,实现功能键盘的功能；功能键盘采纳按键开关，通过单片机P2口操纵，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；扬声器由单片机的P3口操纵，实现歌曲播放。
通过按下功能键实现上一首和下一首及暂停播放，同时有LCD显示当前播放歌曲的序号，扬声器播放出音乐。
整体设计框图
单片机接+5V电源供电，晶振电路产生单片机所需时钟信号，通过功能键产生外部中断，操纵音乐盒的上一首和下一首曲目，再由I/O接口输出操纵扬声器发声，LCD显示。
另外，复位电路在于营造一个程序运行的初始状态，在程序犯错时，从头启动单片机工作。
电源
晶振部分
复位电路
STC89C52
扬声器
LCD显示
功能键
图1
编程设置好定不时刻，通过编程器写入STC89C52单片机系统。
由STC89C52单片机的按时器每秒钟通过口操纵LCD显示，复位信号由按钮输入，每按下一次，系统恢恢复设定状态。
3详细设计
芯片的选择和介绍
STC89C52有以下标准功能：
8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位按时/计数器，一个6向量两级终端结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节点工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但许诺RAM,按时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保留RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
要紧性能参数：
1.与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
2.8k字节可重擦写Flash闪速存储器
3.1000次擦写周期
4.全静态操作：
0Hz-24MHz
5.三级加密程序存储器
6.256
8字节内部RAM
7.32个可编程I/O口线
8.3个16位按时/计数器
9.8个中断源
10.可编程串行UART通道
低功耗空闲和掉电模式
图2
引脚功能说明：
VCC：
供电电压
GND：
接地
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被概念为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它能够被概念为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，现在P0外部必需被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外手下拉为低电平常，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口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，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口的管脚被外部拉低，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，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄放器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和操纵信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，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，由于外手下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
/INT0（外部中断0）
/INT1（外部中断1）
T0（记时器0外部输入）
T1（记时器1外部输入）
/WR（外部数据存储器写选通）
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些操纵信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时事实上并非从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线通过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的确实是输入缓冲器CPU将依照不同的指令别离发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要咱们费心1然后再实行读引脚操作不然就可能读入犯错什么缘故看上面的图若是不对端口置1端口锁存器原先的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,现在即便引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不必然是1假设先执行置1操作那么能够使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必需附加一个预备动作因此这种I/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口接下来让咱们再看另一个问题从图中能够看出这四个端口还有一个不同除P1口外P0P2P3口都还有其他的功能
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存许诺的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平常，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此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按时目的。
但是要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
现在，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
若是微处置器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每一个机械周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不显现。
EA/VPP：
当/EA维持低电平常，那么在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是不是有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端维持高电平常，其间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3．2最小单片机系统
XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
AD0
39
AD1
38
AD2
37
AD3
36
AD4
35
AD5
34
AD6
33
AD7
32
1
2
3
4
5
6
7
8
RXD
10
TXD
11
INT0
12
INT1
13
T0
14
RD
17
WR
16
T1
15
A15
28
A8
21
A9
22
A10
23
A11
24
A12
25
A13
26
A14
27
U1
STC89C52
X1
CRYSTAL
C1
22pF
C2
22pF
C3
22uF
C4
22uF
R1
1k
R2
1k
+5V
2
1
图3单片机系统
单片机最小系统以89C52为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,本钱相对较低,超级符合本设计的所有要求.89C52单片机系列是在MCS-51系列的基础上进展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采纳CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺,CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点.
单片机需要一个时刻基准来为各类操作提供秩序，此电路叫时钟电路，采纳不同的接线方式能够取得不同时钟电路，有内部时钟电路和外部时钟电路，如下图，外部时钟电路会使电路复杂，故采纳的是内部时钟电路。
时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,组成稳固的自激振荡器.本系统采纳的为6MHz的晶振,一个机械周期为2us,C1,C2为22pF。
图4时钟电路图
图5复位电路图
复位电路的大体功能是：
系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳固后，撤销复位信号。
为靠得住起见，电源稳固后还要经必然的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合进程中引发的抖动而阻碍复位。
复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,如下图。
RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.这次采纳的是手动复位，复位通过电容C3，C4和电阻R1,R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。
键盘部份
键盘是由一组按压式或触摸式开关组成的阵列，是一种经常使用的输入设备。
键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘两种。
1.编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码，这种键盘所需程序简单，但硬件电路复杂、价钱昂贵通常不被单片机系统采纳。
2.非编码键盘经常使用一些按键排列成行列矩阵，其硬件逻辑与按键编码不存在严格的对应关系，而要由所用的程序来决定。
非编码键盘的硬件接口简单，可是要占用较多的CPU时刻，通常采纳可编程键盘治理芯片来克服那个缺点。
本设计利用两种按键，一种是按键式非编码键盘和轻触式非编码开关。
扬声器部份
扬声器是一种把电信号转换成声音信号的电声器件。
确切地说，扬声器的工作事实上是把必然范围内的音频电功率讯号通过换能方式转变成失真小并具有足够声压级的可听声音。
咱们明白，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，假设能利用程序来操纵单处机某个口线的“高”电平或低电平，那么在该口上就能够产生必然频率的矩形波，接上喇叭就能够发出必然频率的声音，假设再利用延时程序操纵“高”“低”电平的持续时刻，就能够改变输出频率，从而改变音调。
显示部份
本设计方案采纳液晶显示屏1602作为显示器。
选用单片机的P0口作为液晶数据输入口，、别离接液晶的数据和时钟引脚。
用液晶作为显示器，极大地简化了硬件电路，同时增强了系统的显示能力。
硬件部份
在连接板子的时候，第一把各个部件焊接好，并连接线路，以后用万用表检查每项线路的连接状态，然后把程序刷人单片机中，检测运行情形，在硬件调试完毕后，接入+5V电源。
流程图
4设计结果及分析
本文描述了电辅音乐盒的硬件和软件制作方案，整体符合预期要求，能够成功实现按0-7按键能演奏不同的乐曲的大体功能，并添加了通过按键操纵上一首，下一首，暂停/播放的功能。
在播放乐曲的进程中，还增加了显示歌曲演奏时刻的功能。
另外，采纳了液晶显示技术，简化了硬件电路，还能显示英文的开机画面等。
固然，此设计还存在很多不足有待改良的地址
1．能够添加一个彩灯依照乐曲频率闪烁功能，增添趣味。
2．能够添加键盘输入乐曲功能，把电子琴和音乐盒结合起来。
整体来讲本次课程设计大体完成，但还有部份能够完善。
5总结
音乐盒设计是一项趣味性很强的设计，能激发我的浓厚爱好。
同时要求我从程序编程，调试，软件仿真和绘制开始，到硬件的焊接和调试，再到修改程序，在这期间我了解到了单片机开发的大致流程。
通过这次毕业设计，也让我学习到了很多新的东西，这些都让我收成颇丰。
单片机的按时器功能，LCD显示，功能键盘的设计，这些内容都很是丰硕。
有以前学习过的旧知识，也有很多不曾注意到得新知识，这些都曾使我的设计犯错，通过自己的尽力，教师指导和同窗的帮忙，终于克服了一个一个的困难，把硬件实物顺利做好，把软件调试顺利完成。
最后，衷心感激这次对我的毕业设计提供无私帮忙的所有教师和同窗!
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附录
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