单片机课程设计报告数字音乐盒精品.docx
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单片机课程设计报告数字音乐盒精品
沈阳航空航天大学
课程设计报告
课程设计名称：
单片机系统综合课程设计
课程设计题目：
数字音乐盒的设计与实现
院（系）：
计算机学院
专业：
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
说明：
结论（优秀、良好、中等、及格、不及格）作为相关教环节考核必要依据；格式不符合要求；数据不实,不予通过。
报告和电子数据必须作为实验现象重复的关键依据。
学术诚信声明
本人声明：
所呈交的报告（含电子版及数据文件）是我个人在导师指导下独立进行设计工作及取得的研究结果。
尽我所知，除了文中特别加以标注或致谢中所罗列的内容以外，报告中不包含其他人己经发表或撰写过的研究结果，也不包含其它教育机构使用过的材料。
与我一同工作的同学对本研究所做的任何贡献均己在报告中做了明确的说明并表示了谢意。
报告资料及实验数据若有不实之处，本人愿意接受本教学环节“不及格”和“重修或重做”的评分结论并承担相关一切后果。
本人签名:
日期：
年月日
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程设计名称
XXXX课程设计
专业
学生姓名
班级
学号
题目名称
起止日期
年
月
日起至
年
月
日止
课设内容和要求：
参考资料：
教研室审核意见：
教研室主任签字：
指导教师（签名）
年
月
日
学生（签名）
年
月
日
课程设计总结：
在不知不觉中两个星期过去了,回想起来,真是一言难尽,期间既有无奈辛酸,又有成功的喜悦。
学了一学期的单片机，对单片机的硬件设计，软件设计掌握的掌握程度远远不够，但经过这段时间努力，在老师的耐心指导下，从设计、论证、修改到编程、调试，终于使我的设计完成了。
使我无论在理论基础知识还是在实际的操作能力上都有了较大的提高，更让我懂得了一分耕耘一分收获的道理。
通过本次音乐盒的设计，极大地激发了我对单片机的学习兴趣，同时也让我学习到了很多新的东西，比如单片机的定时器功能，LED的数码显示，功能键盘的设计等，这些都让我受益匪浅。
这其中有以前书本上学习过的知识，也有很多未曾注意到得新知识，比如如何将乐谱转换成机器能识别的代码，并让机器演奏音乐这一点，课本上并未涉及，但通过查找资料，让我学会了如何实现，我认为更主要的是让我明白了如何主动学习。
这些曾使我的设计出错的问题，通过自己的努力，老师指导和同学的帮助，终于被我一个一个的克服了，顺利把硬件实物顺利做好，把软件调试完成了。
通过此次课程设计，让我明白了很多，不光让我明白了很多新的知识，更让我懂得了如何学习，让我知道了如何做人，这一点主要感谢我的课设指导老师，是他一直在教导我，鼓励我，才让我顺利完成了任务，在这里我表示衷心的感谢。
一分耕耘一分收获，只要真心付出了，就一定会有所回报。
我愿在未来的学习和研究过程中,以更加丰厚的成果来答谢曾经帮助过我的老师,同学和朋友.
1概述
1.1数字音乐盒简介
音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。
当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“可发出声音的组钟”。
音乐盒300多年的产品发展，同时也是人类文明300多年发展的历史鉴证。
每个不同时期的音乐盒造型，都能折射出当时不同的社会心态和文明发展现状，它也成了时代的一面镜子。
现今，音乐盒的制造，延袭传统，结合现代，正日益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，或对于旧时代的怀念，或为了居室的美化，等等，而得到众多品位人士的追求。
音乐盒的分类：
18音，30音，这些是代表音乐盒机芯的音数，其实也就是机芯里面，那一排钢条的数量，钢条的数量越多，也就是音数越高，奏出来的音色就越丰富，曲子也就是越好听，同时曲子的播放时间也相应长一点。
一般18音的曲子为25秒左右，30音的曲子为35秒左右。
50音的差不多有60秒。
目前来说，一般市面上卖的“爱丽丝”都是18音的，其次是30音，50音。
此次设计的目的就是运用单片机来设计一套控制系统，来完成音乐播放的控制，并设计一套硬件来进行音调播放的实际模拟，从而有欣赏音乐的效果。
1.2发声原理介绍
首先介绍蜂鸣器的发声原理。
众所周知，音调和音调的时长是音符的主要特征，通过产生不同的音调和音调的时长可以奏出不同的音符来。
然后一个个音符串联在一起就可以产生美妙的音乐来了。
音调主要由声音的频率决定，通过单片机给蜂鸣器不同的音频脉冲来产生不同的音调。
要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（周期=1/频率），然后将此周期除以2即为半周期的时间。
利用单片机的定时器工作在计数模式MODE1下，设定TH0和TL0的值以产生这半个周期，每当计时到达时就将输出脉冲的I/O（即接蜂鸣器的那个管脚）反相，然后重复计时此半个周期再对I/O反相，就可以在I/O引脚上得到此频率的脉冲。
下面附上不同音调所对应的频率表：
音符
频率（Hz）/初值（
）
音符
频率（Hz）/初值（
）
低1DO
262/63627
中1DO
523/64580
高1DO
1042/65056
低2RE
294/63835
中2RE
589/64687
高2RE
1245/65134
低3M
330/64021
中3M
661/64780
高3M
1318/65157
低4FA
350/64107
中4FA
700/64822
高4FA
1397/65178
低5SO
393/64264
中5SO
786/64900
高5SO
1568/65217
低6LA
441/64402
中6LA
882/64969
高6LA
1760/65252
低7SI
495/64526
中7SI
990/65031
表1.1C调各音符频率与计数初值T的对照表
节拍的产生：
音乐中的节拍用延时时间产生。
例如，1拍=0.4s，1/4拍=0.1s，以此类推。
假设1/4拍执行一次延时程序，则1/2拍就执行两次延时程序，所以只要求出1/4拍的延时时间，其余节拍就是它的倍数。
为了方便，将节拍数也进行了编码，并且计算了乐谱节拍编程时的延时时间。
按1/4拍为一个延时时间的节拍编码与节拍对应的表
按1/8拍为一个延时时间的节拍编码与节拍对应的表
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
1
1/4
6
6/4
1
1/8
6
6/8
2
2/4
8
8/4
2
2/8
8
8/8
3
3/4
A
10/4
3
3/8
A
10/8
4
4/4
C
12/4
4
4/8
C
12/8
5
5/4
F
15/4
5
5/8
表1.2节拍数编码表
乐谱节拍
1/4拍的延时时间
乐谱节拍
1/8拍的延时时间
4/4
125ms
4/4
62ms
3/4
187ms
3/4
94ms
2/4
250ms
2/4
125ms
表1.3乐谱节拍编程时的时间延时表
如果没有必要进行精确的计时，可以用for循环空语句来粗略计时即可（本次课设选用此法）。
当单片机使用11.0592Mhz的晶振时，for（i=0;i<115;i++）;这个空循环延时约为1ms；当晶振选用12Mhz时，可使用for（i=0;i<125;i++）;这个空循环来延时1ms。
在这个空循环外头再进行一次循环就可以实现延时若干ms。
2音乐盒总体设计
2.1设计要求
本次数字音乐盒课程设计是利用I/O口产生一定频率的方波，从而驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲因为产生的频率不同，所以导致蜂鸣器发出的音调不同，由不同的音调和节拍可组成不同的音乐。
演奏过程中可采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号和播放时间。
同时可通过键盘数字键直接选择乐曲,也可以用功能键选择上一曲和下一曲，具有暂停和播放控制功能。
例如本次课设按1键选择第一首歌曲，按2键选择第二首歌曲，按A键暂停，按B键继续唱歌。
2.2方案论证与设计
2.2.1总体方案设计
通过单片机的定时器产生一定长度的方波，方波脉冲驱动蜂鸣器发声。
要产生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时间定时。
利用定时器计时这个半周期时间,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间再对I/O口反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
如中音D0，频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒，因此只要令计数器定时1912/2=956，在每计数956次时将I/O口反相,就可得到中音D0（523HZ）。
当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。
同时启动定时器T1，在LED显示歌曲号，。
数码管采用共阴极数码管，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；蜂鸣器由单片机的P3.6口控制，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，同时有数码管显示当前播放歌曲的序号，蜂鸣器播放出音乐。
2.2.2LED驱动模块设计
方案一：
采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。
这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。
方案二：
采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端（共阴极），LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。
该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。
比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。
2.2.3系统总体结构框图
3系统硬件设计
本设计中用到了8051单片机，4*6键盘，蜂鸣器，8段数码管等硬件电路常用元器件。
3.1管脚说明
8051芯片如图3.1所示：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口，P1口，P2口，P3口：
四个8位I/O口
P3口也可作为8051的一些特殊功能口，如下所示：
管口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
/EA/VPP：
/EA保持低电平时，在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此时为内部程序存储器。
X1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
X2：
来自反向振荡器的输出。
图3.18051芯片示意图
3.2振荡器特性
X1和X2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，
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