基于单片机的音乐播放器设计毕业论文.docx

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基于单片机的音乐播放器设计毕业论文

图书分类号：

密级：

毕业设计（论文）

基于单片机的MP3播放器设计

学生

汤明

学院名称

信电工程学院

专业名称

电子信息工程

指导教师

豹

2012年

5月

10日

摘要

因为单片机编写的MP3播放器具有执行效率高、频率输出稳定、易于修改、高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等,使单片机近几年得到迅猛发展和大围推广,广泛应用于工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、及通讯设备、日常消费类产品、玩具等[1]。

利用单片机设计的MP3播放器具有硬件电路简单，软件运行可靠等特点。

本文介绍了一种以AT89S52单片机为控制核心的MP3。

该设计采用2*16个点阵液晶模块LCD1602作为显示界面，蜂鸣器作为发声元件，并利用定时器进行中断控制。

本文分析了基于单片机的MP3播放器的工作原理，详细介绍了MP3播放器的功能及其硬件设计和软件设计的方法，给出了基于MCS-51单片机的MP3播放器的具体实现方案并重点讲述了其硬件实现与软件编写，实现了单片机MP3播放器对音乐的演奏。

关键词：

MP3播放器；AT89S52；LCD1602

1绪论

几千年来，各种乐器的发声无一不是依靠琴弦、簧片、哨片引起管柱振动而作为声源的。

随着现代电子工业技术的飞速发展，一种用新的声源来制造音响的新型乐器脱颖而出，这就是目前人们熟知的电子MP3播放器。

目前市场上的MP3播放器形形色色，例如大家所熟悉的MP3，随着电子技术的不断发展，MP3播放器的发展也会进一步发展。

目前单片机的应用渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

本课题即是在这种背景下，对基于MCS－51单片机的MP3播放器的设计与实现进行了硬件及软件的设计，并给出了一套完整的解决方案，实现了单片机MP3播放器对音乐的演奏。

基于单片机的MP3播放器可应用于MP3，MP4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能，作为单片机的重要硬件资源之一，利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，也可以产生包括"Do"、"Re"、"Me"--等音阶在的各种频率声音。

将各个音阶连接在一起，便可组成一支曲子或是演奏一段旋律。

基于这个思想，我设计了一款特殊的"MP3播放器"，本播放器可实现播放、暂停、选曲等功能。

由于时间及条件限制，本设计实现了一种简单的MP3播放器，其核心器件采用AT89S52单片机，本播放器具有电路简单,功能强大,易于拓展等特点。

在此基础上，可以添加按键，LED显示屏等模块，实现切换歌曲，歌名显示，动感音乐屏等功能[2]。

2设计综述

2.1单片机工作原理

2.1.1单片机概述

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。

2.1.2单片机的应用领域及发展趋势

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个畴：

一、在智能仪器仪表的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计、示波器、各种分析仪）。

二、在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

三、在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

四、在计算机网络和通信领域中的应用　　

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动，集群移动通信，无线电对讲机等。

单片机的发展趋势现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。

纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：

一、微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。

甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。

现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

二、低功耗CMOS化

MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。

像80C51就采用了HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。

CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。

所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。

2.2单片机产生音调的方法

MP3播放器是利用单片机产生乐曲音符，再把乐曲音符翻译成计算机音乐语言，用单片机进行信息处理，再通过蜂鸣器或喇叭放出音乐。

音乐的产生主要是通过单片机的I/O口输出高低不同的脉冲信号来控制蜂鸣器发音。

要想产生音频脉冲信号，需要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。

利用单片机定时器计时这个半个周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O口反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相，这样就能在此I/O口上得到此频率的脉冲。

通常，利用单片机的部定时器0，工作在方式1下，改变计数初值TH0和TL0来产生不同频率。

对于音乐的节拍，每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍。

如果1拍为0.4S，1/4拍为0.1S，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。

假设1/4拍为1DELAY，那么1拍应为4DELAY，以此类推。

所以只要求得1/4拍的DELAY,其余的节拍就是它的倍数。

总而言之，一首乐曲是由音阶和节拍两大要素构成。

一首乐曲演奏的原理是：

不同音阶分别对应不同的频率，发出不同的音调，而节拍则控制发出音调时间的长短；若将乐曲的音调连续发出，并使其按相应的节拍变化，即可演奏一首乐曲。

根据这一特点，我们采用单片机辅以相应的接口来设计MP3播放器。

2.3KEIL开发系统

使用Keil软件建立一个工程:

Keil是目前进行51单片机开发最常用的编译软件。

关于Keil的使用，有很多的资料介绍，这里只介绍其整个编译过程。

在Keil里，每一个完整的程序，都是以一个工程的形式建立的。

一个工程里可以有一个或多个*.c文件和*.h文件，但只可以有一个main（）函数。

一般的做法是将包含main（）函数的C文件加入到工程中，其他文件以#include头文件的形式加到这个C文件里。

这样，在编译的时候，其他的文件会被自动的导入到工程里来。

打开Keil软件后，出现（图2-3-1）所示界面。

当然，如果Keil在上次关闭时有打开的工程，再一次打开时它会自动加载上一次的工程文件。

图2-3-1Keil软件主界面

首先点击Project->NewProject…（Project->OpenProject…为打开一个已经存在的工程），如图2-3-2所示。

图2-3-2Keil软件打开新工程界面

点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击“保存”后，出现（如图2-3-3所示）界面。

在此界面上选择电路板上所用的单片机型号：

AtmelAT89S51（或者是AT89S52，视开发板上具体型号而定），单击“确定”。

图2-3-3选择电路板上所用的单片机型号

设置完成后，软件会提示“是否将8051上电初始化程序添加入工程？

”如图2-3-4所示，这个一般选择“否”。

（关于STARTUP.A51的相关容可查阅相应资料）

图2-3-4是否将8051上电初始化程序添加入工程

这样，就建立了一个空的51工程。

接下来的事，就是在这个工程里面加入自己的程序代码。

点击，或者File->New，便建立了一个空的文本框。

现在，就可以开始在里面输入你的代码了。

保存时注意：

如果是用C语言写的程序，则将文本保存成*.c，如果是用汇编写的程序，则将文本存成*.asm。

到目前为步，我们已经建立了一个工程，也写了一个程序代码。

但现在还不能开始编译。

因为还没有将程序代码添加到工程里面去。

下一步就是将写完的程序添加到工程里面，如图2-3-5所示，在左边ProjectWorkspace里的SourceGroup1上右击，选择AddFilestoGroup’SourceGroup1’。

在打开的对话框中，选择刚存的文件路径和对应的文件名。

图2-3-5添加文件到工程中

下一步，就开始编译刚输入进去的代码。

点击工具栏中的按钮。

接着，Keil会打出下面的提示：

Buildtarget'Target1'

assemblingled.asm...

linking...

ProgramSize:

data=8.0xdata=0code=100

"first"-0Error（s）,0Warning（s）.

其中“"first"-0Error（s）,0Warning（s）.”说明现在的工程编译通过，0个错误和0个警告。

建立工程的时候，默认是不生成HEX文件的，得在编译做如下设置：

单击，或者在ProjectWorkspace里Target1上右击，选择“OptionsforTarget‘Target1’”。

出现