精品单片机课程设计数字音乐盒的设计定.docx

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精品单片机课程设计数字音乐盒的设计定

《单片机原理及接口技术》

课程设计报告

课题名称:

数字音乐盒的设计

学院:

自动控制与机械工程学院

专业:

机械设计制造及其自动化

班级:

姓名:

时间:

2012年1月

1.概述..............................................................................................................2

1.1设计任务...............................................................................................2

1.2设计内容...............................................................................................2

2.系统总体方案介绍......................................................................................2

2.1系统组成框图.......................................................................................2

2.2音乐盒的功能结构图...........................................................................3

3.硬件设计......................................................................................................3

3.1总体设计框图......................................................................................3

3.2各部分硬件设计及其原理...................................................................3

3.2.1按键电路设计............................................................................4

3.2.2LED显示电路设计与原理.........................................................4

3.2.3时钟振荡电路............................................................................4

3.3硬件电路图及功能..............................................................................5

4.软件设计......................................................................................................5

4.1软件程序设计........................................................................................5

4.1.1程序流程图..............................................................................5

4.1.2程序源代码（见附录A）............................................................6

4.2音乐程序的设计原理...........................................................................7

4.2.1建立音乐的步骤.......................................................................7

4.2.2单片机音乐的产生原理...........................................................7

5.调试..............................................................................................................9

5.1检查硬件连接......................................................................................9

5.2检查软件系统......................................................................................9

5.3测试结果..............................................................................................9

5.3.1．总体运行图............................................................................9

6.课程设计体会...............................................................................................9

7.参考文献....................................................................................................10

附录A程序源代码及注释.........................................................................................10

附录BC调各音符频率与计数值T的对照表……………………….........………………28

附录C简谱对应的简谱码、T值、节拍数……………………………........……………29

1.概述

本设计是以AT89C51芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。

用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。

对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。

该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。

1.1设计任务

设计一个基于MCS-51系列单片机AT89C51系列单片机的音乐盒，利用按键切换演奏出不同的乐曲。

蜂鸣器发出某个音调，使用两个按键，一个用来选择上一首歌曲，另一个切换下一首歌曲。

1.2设计内容

音乐盒可以经常发出宜人的音乐旋律，能给生活增加不少的乐趣。

用51系列单片机设计一个音乐盒。

功能如下：

1．利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲（最少三首乐曲,每首不少于30秒）。

2．采用LCD显示信息,显示乐曲编号,播放时间或剩余时间,开机时有英文欢迎提示字符。

3.可通过功能键选择乐曲,暂停,播放。

2.系统总体方案介绍

2.1系统组成框图

音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心，加上几个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LCD模块组成。

单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放曲目和音乐播放|暂停的样式以及蜂鸣器发音。

系统组成框图如图2.1所示。

图2.1系统组成框图

2.2音乐盒的功能结构图

音乐盒的功能结构如图2.2所示。

1~3号开关负责切换播放歌曲，播放歌曲共3首，分别是同一首歌、世上只有妈妈好和精忠报国。

4、5号开关负责切换歌曲：

上一首和下一首，6号开关负责歌曲的暂停和播放，7号开关是开机键。

开始

歌曲的暂停|播放

歌曲选择1~3

图2.2音乐盒功能结构图

3.硬件设计

3.1总体设计框图

图3.1

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，显示乐曲播放的时间，并驱动LCD,显示歌曲号及播放时间。

也可在LED显示歌曲号。

3.2各部分硬件设计及其原理

3.2.1按键电路设计

按键电路如图3.2所示：

P1.0-P1.5控制按键，其中P1.0-P1.1扫描行，P1.4-P1.5扫描列。

图3.2按键电路

3.2.2LCD显示电路设计与原理

如图3.3所示文字型LCD（16×2）的D0-D07端口与AT89C51端口P0.0-P0.7相连接VSS与VEE两端接地。

P2.0-P2.2作为LCD的RS,R/W,E的控制信号。

用P0.0-P0.7作为LCD的D0-D7的控制信号。

图3.3LCD显示电路

3.2.3时钟振荡电路

AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。

外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。

对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。

如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF

10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF

10PF。

用户也可以采用外部时钟。

采用外部时钟的电路如图示。

这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。

由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。

振荡器电路图如下：

图3.4单片机内部、外部振荡电路

3.3硬件电路图及功能

总体硬件电路实现功能如下，如图3.5所示

电路中用P1.0~P1.5控制按键。

P0.0~P0.7控制LED。

P3.0控制蜂鸣器。

电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。

图3.5硬件电路图

4.软件设计

4.1软件程序设计

4.1.1程序流程图

主程序流程图

4.1.2程序源代码（见附录A）

4.2音乐程序的设计原理

4.2.1建立音乐的步骤

1.先把乐谱的音符找出，然后建立T值表的顺序。

2.把T值表建立在TABLE1，构成发音符是计数值放在“TABLE”。

3.简谱码（音符）为高位，节拍为（节拍数）为低4位，音符节拍码放在程序的“TABLE”处。

4.2.2单片机音乐的产生原理

1.要产生音频脉冲，只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反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。

2.利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。

3.例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956,在每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。

计数脉冲值与频率的关系公式如下：

N=Fi÷2÷FrN：

计数值；

Fi：

内部计时一次为1us，故其频率为12MHz；

Fr：

要产生的频率；

4.其计数值的求法如下：

T=65536-N=65536-Fi÷2÷Fr

例如：

设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，求低音DO（261MHz）、中音DO（523MHz）、音DO（1046MHz）的计数值。

T=65536-N=65536-Fi÷2÷Fr=65536-1000000÷2÷Fr=65536-500000/Fr

低音DO的T=65536-500000/262=63627

中音DO的T=65536-500000/523=64580

高音DO的T=65536-500000/1047=65059

5.C调各音符频率与计数值T的对照表如附录表B所示。

表4-1节拍与节拍码对照

节拍码

节拍数

节拍码

节拍数

1/4拍

1/8拍

2/4拍

1/4拍

3/4拍

3/8拍

1拍

1/2拍

1又1/4拍

5/8拍

1又1/2拍

3/4拍

2拍

2又1/2拍

1又1/4拍

3拍

1又1/2拍

3又3/4拍

表4-2各调1/4节拍的时间设定各调1/4节拍的时间设定

曲调值

DELAY

曲调值

DELAY

调1/4

125毫秒

调4/4

62毫秒

调3/4

187毫秒

调3/4

94毫秒

调2/4

250毫秒

调2/4

125毫秒

1/4拍的延迟时间=187毫秒

DELAY:

MOVR7,#02

D2:

MOVR4,#187别的延迟值，只需修改这儿的值为相应值，即可。

D3:

MOVR3,#248

DJNZR3,$

DJNZR4,D3

DJNZR7,D2

DJNZR5,DELAY节拍值放在R5，决定节拍

RET