数字音乐盒的课程设计.docx
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数字音乐盒的课程设计
数字音乐盒的设计
摘要
传统音乐盒，多是机械型的，体积笨重，发音单调，水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。
另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。
本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒。
该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、显示电路以及蜂鸣器组成。
使用四个按键控制音乐盒，其中两个按键用来控制歌曲的播放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序的变化，本音乐盒共有三首歌曲。
播放歌曲时，相应歌曲对应相应数码管上歌曲次序及歌名的显示。
关键词：
AT89C51，蜂鸣器，LCD液晶显示，音乐盒
1绪论
1.1课题描述
随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。
小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。
传统的音乐盒大多数是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。
本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，使用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。
本设计是基于单片机的数字音乐盒设计,由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机电子数字音乐盒[1]。
1.2基本工作原理及框图
本次设计是一个基于AT89C51单片机的音乐盒，该音乐盒主要由时钟电路、复位电路、按键电路、蜂鸣器以及显示电路组成。
使用其中两个按键来控制播放和暂停另外两个按键用来控制换曲。
利在液晶上显示曲目的更换，共三首音乐，蜂鸣器每播放一首歌时液晶上显示相对应的歌曲次序。
系统组成框图如图1。
图1基本工作原理框图
2相关芯片及硬件电路设计
2.1AT89C51芯片
图2AT89C51引脚图
2.1.1AT89C51的功能特性
AT89C51提供以下标准功能：
4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
2.1.2AT89C51的主要性能参数
AT89C51主要性能参数如下：
●与MC－51产品指令系统完全兼容
●K字节可编程闪烁存储器
●寿命：
1000写/擦循环
●数据保留时间：
10年
●全静态工作：
0Hz-24Hz
●三级程序存储器锁定
●128*8位内部RAM
●32可编程I/O线
●两个16位定时器/计数器
●5个中断源
●可编程串行通道
●低功耗的闲置和掉电模式
2.2时钟电路
时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。
在一个单片机应用系统中，时钟是保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢[2]。
为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MHZ的晶振，另外有两个22PF的电容，晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。
时钟电路如图3。
图3时钟电路
2.3复位电路
单片机在启动时都需要进行复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。
51系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。
当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位[3]。
单片机系统的复位方式有：
手动按钮复位和上电复位。
复位电路如图4。
图4复位电路
2.4按键电路
按键的闭合与否，反映在行线输出电压上就呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。
P1.0，P1.1，P1.4，P1.5作为控制按键，其中P1.0-P1.1扫描行，P1.4-P1.5扫描列；可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。
按键电路如图5。
图5按键电路
2.5蜂鸣器电路
电路中蜂鸣器是发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等[4]。
由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，单片机的I/O口是无法直接驱动的（但AVR可以驱动小功率蜂鸣器），所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。
蜂鸣器由一个三极管，两个电阻和一个二极管组成。
蜂鸣器电路如图6。
图6蜂鸣器电路
2.6显示电路
2.6.1线段的显示
点阵图形式液晶由M×N显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。
例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。
这就是LCD显示的基本原理[5]。
2.6.2字符的显示
用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。
这样一来就组成某个字符。
但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可[6]。
显示电路如图7。
图7显示电路
2.7总体电路
总结时钟电路、复位电路、按键电路、蜂鸣器以及显示电路，把其放入一个电路。
得到总体的电路。
总体电路如图8。
图8总体电路图
3系统软件设计
3.1程序主要流程
流程图如图9所示。
图9流程图
3.2程序设计
对音乐doremifasolasi分别编码为1~7，重音do编为8，重音re编为9，停顿编为0。
播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。
音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。
以0xff作为曲谱的结束标志[7]。
举例1：
音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。
举例2：
音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22歌曲播放的设计。
先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsignedchar的数组中。
程序从数组中取出1个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。
程序：
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharm,n;
uchari,timecount=0,timesec=0,timemin=0,timecheck=0;
charr0=2;
sbitbeepIO=P3^0;
typedefunsignedcharBYTE;
typedefunsignedintWORD;
typedefbitBOOL;
sbitrs=P2^0;
sbitrw=P2^1;
sbitep=P2^2;
sbitpausekey=P1^1;
uchark,q,f;
ucharcodedis1[]={"1jimoshazhou"};
ucharcodedis2[]={"2tonghua"};
ucharcodedis3[]={"3qiannianlian"};
ucharcodeT[49][2]={{0,0},
{0xF8,0x8B},{0xF8,0xF2},{0xF9,0x5B},{0xF9,0xB7},{0xFA,0x14},{0xFA,0x66},{0xFA,0xB9},{0xFB,0x03},{0xFB,0x4A},{0xFB,0x8F},{0xFB,0xCF},{0xFC,0x0B},
{0xFC,0x43},{0xFC,0x78},{0xFC,0xAB},{0xFC,0xDB},{0xFD,0x08},{0xFD,0x33},{0xFD,0x5B},{0xFD,0x81},{0xFD,0xA5},{0xFD,0xC7},{0xFD,0xE7},{0xFE,0x05},
{0xFE,0x21},{0xFE,0x3C},{0xFE,0x55},{0xFE,0x6D},{0xFE,0x84},{0xFE,0x99},{0xFE,0xAD},{0xFE,0xC0},{0xFE,0x02},{0xFE,0xE3},{0xFE,0xF3},{0xFF,0x02},
{0xFF,0x10},{0xFF,0x1D},{0xFF,0x2A},{0xFF,0x36},{0xFF,0x42},{0xFF,0x4C},{0xFF,0x56},{0xFF,0x60},{0xFF,0x69},{0xFF,0x71},{0xFF,0x79},{0xFF,0x81}
};
ucharcodemusic1[][2]={{0,4},
{22,4},{22,4},{17,4},{15,4},{15,4},{17,12},
{15,4},{15,2},{17,2},{15,4},{13,4},{13,4},{15,12},{0,4},
{20,4},{20,4},{20,4},{17,4},{20,4},{20,4},{20,4},{17,4},
{22,4},{17,4},{17,4},{15,4},{15,4},{17,12},
{22,4},{22,4},{17,4},{15,4},{15,4},{17,12},
{15,4},{15,2},{17,2},{15,4},{13,4},{13,4},{15,12},
{20,4},{20,4},{20,2},{17,2},{17,4},{20,4},{20,4},{20,2},{17,2},{17,2},{17,2},
{24,4},{20,4},{20,2},{17,2},{17,4},{20,4},{22,12},
{17,4},{22,4},{25,4},{25,4},{17,4},{22,4},{25,8},
{24,4},{22,2},{24,2},{22,4},{20,4},{15,4},{17,12},
{15,4},{15,4},{15,4},{10,4},{15,4},{17,4},{20,8},
{17,4},{24,4},{24,4},{20,4},{15,4},{17,12},
{17,4},{22,4},{25,4},{25,4},{17,4},{22,4},{25,8},
{29,4},{27,2},{29,2},{27,4},{25,4},{25,4},{27,12},
{29,4},{29,2},{27,4},{25,4},{27,6},{27,2},{25,4},{24,4},
{20,4},{20,2},{17,2},{20,4},{20,2},{22,2},{22,16},
{0xFF,0xFF}};
ucharcodemusic2[][2]={{0,4},
{16,6},{19,2},{19,6},{16,2},{14,6},{0,10},{16,6},{19,2},{19,6},{16,2},{14,8},{0,8},
{26,8},{21,6},{24,2},{23,6},{21,2},{19,8},{21,16},{0,8},
{16,6},{19,2},{19,6},{16,2},{14,8},{0,8},{26,8},{21,6},{23,2},{21,14},
{24,6},{23,2},{21,6},{19,2},{16,6},{14,2},{13,8},{14,16},{0,4},
{19,6},{19,2},{21,6},{21,2},{23,8},{21,4},{0,4},{19,6},{19,2},{16,6},{19,2},{16,8},{14,6},{0,4},
{19,6},{19,2},{21,6},{21,2},{23,8},{21,4},{0,4},{19,6},{19,2},{16,6},{19,2},{16,8},{14,6},{0,4},
{26,16},{21,4},{26,4},{21,4},{26,16},{21,4},{26,16},{0,4},
{16,8},{16,8},{14,8},{16,8},{21,4},{26,4},{21,4},{26,4},{0,8},{16,8},{16,8},{14,8},{16,8},{21,4},{26,4},{21,4},{26,4},{0,8},
{19,8},{19,6},{21,2},{16,8},{0,8},{19,6},{21,2},{19,6},{21,2},{16,8},{0,8},
{21,8},{26,8},{21,4},{24,12},{23,6},{21,2},{19,8},{21,16},
{14,4},{21,4},{14,4},{19,4},{16,6},{14,2},{13,8},{14,16},
{0xFF,0xFF}};
ucharcodemusic3[][2]={{0,4},
{27,4},{19,4},{19,4},{27,4},{26,4},{26,2},{27,2},{24,8},
{22,4},{17,4},{24,4},{22,4},{19,16},
{15,4},{12,4},{12,4},{15,4},{17,8},{19,8},
{26,6},{26,2},{26,4},{24,4},{24,4},{19,4},{19,8},
{27,4},{19,4},{19,4},{27,4},{26,4},{26,2},{27,2},{24,6},{24,2},
{22,4},{17,4},{24,4},{22,4},{19,16},
{15,4},{12,4},{12,4},{15,4},{17,8},{19,8},{19,6},{19,2},{19,4},{17,4},{14,4},{14,4},{14,4},{7,4},{12,24},
{0xFF,0xFF}};
uchartimetable[]="00:
00";
voiddelay（ucharp）
{
uchari,j;
for（;p>0;p--）
for（i=181;i>0;i--）
for（j=181;j>0;j--）;
}
BOOLlcd_bz（）
{
BOOLresult;
rs=0;
rw=1;
ep=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
result=（BOOL）（P0&0x80）;
ep=0;
returnresult;
}
voidlcd_wcmd（BYTEcmd）
{
while（lcd_bz（））;
rs=0;
rw=0;
ep=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
P0=cmd;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=0;
}
voidlcd_pos（BYTEpos）
{
lcd_wcmd（pos|0x80）;
}
voidlcd_wdat（BYTEdat）
{
while（lcd_bz（））;
rs=1;
rw=0;
ep=0;
P0=dat;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=0;
}
voidlcd_init（）
{
lcd_wcmd（0x38）;
delay
（1）;
lcd_wcmd（0x0c）;
delay
（1）;
lcd_wcmd（0x06）;
delay
（1）;
lcd_wcmd（0x01）;
delay
（1）;
}
voidpause（）
{
uchari,j;
for（i=150;i>0;i--）
for（j=150;j>0;j--）;
}
voidtimecount_init（）interrupt3
{
TH1=（65535-45872）/256;
TL1=（65535-45872）%256;
timecount++;
if（timecount==20）
{
timesec++;
timecount=0;
if（timesec==60）
{timesec=0;
timemin++;
}
}
}
voidadfa（）interrupt0
{timesec=0;
timemin=0;
r0++;
delay（5）;
if（r0>11）
r0=11;
}
voidadfii（）interrupt2
{
if（pausekey==0）
{
beepIO=0;
while（pausekey==0）;
while（pausekey==1）;
while（pausekey==0）;
delay（8）;
}
else
{
timesec=0;
timemin=0;
r0--;
delay（5）;
if（r0<=0）
r0=1;
}
}
voidT0_int（）interrupt1
{
beepIO=!
beepIO;
TH0=T[m][0];TL0=T[m][1];
}
voidzhuanhuan（）
{
timetable[3]=timesec/10+'0';
timetable[4]=timesec%10+'0';
timetable[2]=':
';
timetable[0]=timemin/10+'0';
timetable[1]=timemin%10+'0';
}
voidtimedis（）
{
if（timecheck!
=timesec）
{
timecheck=timesec;
zhuanhuan（）;
lcd_pos（0x49）;
lcd_wdat（timetable[0]）;
lcd_wdat（timetable[1]）;
lcd_wdat（timetable[2]）;
lcd_wdat（timetable[3]）;
lcd_wdat（timetable[4]）;
}
}
voidmain（）
{
uchari=0,lcd_check=0;
TMOD=0x11;
TH1=（65535-45872）/256;
TL1=（65535-45872）%256;
PX0=1;
PX1=1;
EX0=1;
EX1=1;
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
TR1=1;
pausekey=1;
lcd_init（）;
while
（1）
{
if（r0==0）
{
delay
（1）;
lcd_pos（0）;
i=0;
while（dis1[i]!
='\0'）
{
lcd_wdat（dis222[i]）;
i++;
}
}
if（r0==1）
{
timedis（）;
if（lcd_check!
=r0）
{lcd_wcmd（0x01）;
delay
（1）;
lcd_check=r0;
lcd_pos（0）;
i=0;
while（dis1[i]!
='\0'）
{
lcd_wdat（dis1[i]）;
i++;
}
}
m=music1[i][0];n=music1[i][1];
if（m==0x00）
{TR0=0;delay（n）;i++;}//
elseif（m==0xFF）
{TR0=0;delay（30）;i=0;timesec=0;timemin=0;}//
elseif（m==music1[i+1][0]）
{TR0=1;delay（n）;TR0=0;pause（）;i++;}
else
{TR0=1;delay（n）;i++;}
if（r0==2）
{timedis（）;
if（lcd_check!
=r0）
{lcd_wcmd（0x01）;
delay
（1）;
lcd_check=r0;
lcd_pos（0）;
i=0;
while（dis2[i]!
='\0'）
{
lcd_wdat（dis2[i]）;
i++;
}
}
m=music2[i][0];n=music2[i][1];
if（m==0x00）
{TR0=0;delay（n）;i++;}//
elseif（m==0xFF）
{TR0=0;delay（30）;i=0;timesec=0;timemin=0;}//
elseif（m==music2[i+1][0]）
{TR0=1;delay（n）;TR0=0;pause（）;i++;}
else
{TR0=1;delay（n）;i++;}
}
}
4系统软件仿真
在这里系统仿真我们使用实验室常用的Protues仿真软件，把总电路画入ISIS软件，把程序加入Keil软件，然后进行软件和硬件的统一调试[8]。
图10仿真初始界面
图11仿真播放第一首
图12仿真播放第
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