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音乐播放系统设计大学论文
音乐播放系统的设计
摘要:
在如今这个快速发展时代里，生活节奏的加快让人们长期处于一种工作、学习的压力状态,人们更需要一种简单方式调节生活和排解压力，对于调节心理压力而言音乐对于每一个人都十分重要，由此音乐播放器在国内已经开始普及。
本文介绍了一种以STC89C52RC型单片机为基础元件设计的智能音乐播放器。
该设计利用单片机编成技术对芯片进行功能设定，实现音乐的播放。
同时，利用单片机的定时器中断，在单片机内部产生所需要的音乐频率，并通过LM386音频功率放大器将音频信号放大，再通过扬声器连续播放一段音乐.而且还可以通过调节蓝白电位器控制音乐的音量。
本设计还增加了LCD1602液晶屏显示每一首歌曲和歌曲顺序。
该系统设计结构简单，音乐声清晰响亮，节拍正常。
关键词：
单片机，音乐播放器，LCD1602液晶屏，音频功率放大器。
1引言：
在当今快节奏的生活下，人们都有着各种各样的工作和学习压力,每天都在忙碌于各种各样的事物当中。
在身体和心理上都处于一种疲惫状态。
在这种状态下，为了调节这种疲惫，一种简单而又享受的方式就尤为重要了。
音乐自古以来都是一种陶冶情操、排解压力的好方式。
在身心疲惫的时候听上一曲美妙的音乐，可以让人们的身体放松，大脑得到休息，工作，学习的效率大大增加。
而且音乐播放器系统结构设计简单，元器件价格低廉非常容易获得，可以批量生产。
因此在国内，音乐播放器已经推广到各个领域，并应用于生活中的各个方面。
本文介绍一种以STC89C52RC型单片机为基础元件设计的音乐播放系统。
以单片机为基础，具有操作简单，环节较少，实现功能多样等优点。
利用单片机编成技术产生一定频率方波信号，经音频电路放大并变换成正弦信号驱动扬声器，实现音乐的播放。
而且通过多次测试，音乐声音清晰响亮，节拍正常，无任何杂音。
学校的铃声，宿舍里早晨的闹钟，都将会由美妙的音乐代替。
公共场所中的计时报警装置也逐渐开始采用音乐来充当铃声。
该音乐播放系统不仅方便人们日常生活，而且为目前快节奏的生活增添了乐趣。
2音乐播放器发音原理
单片机不能演奏出多种音色的声音，更没有相应幅度的谐振频率。
单片机音乐播放器所能演奏的都是单音节频率。
所以单片机演奏出音乐声音是比较简单的音乐调调。
所以只要弄明白“音调”和“节拍”两个基本概念就可以了。
不同频率的方波信号在单片机内部的定时器产生后，经音频放大电路驱动扬声器发出不同音调的音乐，发音时间的长短可用延迟来控制。
把音乐的乐谱翻译成相应的定时常数后，再经发音设备中演奏出美妙的音乐。
音调代表一个音符的频率高度，节拍代表一个音符的时间长短。
音阶表示音调的高低，不同的音阶对应不同的频率。
因此，不同频率的方波信号就可以产生音阶，音阶与频率的关系见表1所示。
由于周期是频率的倒数，因此方波的周期可由单片机内部的定时器控制。
当定时器计数溢出时产生中断。
获取与扬声器连接的单片机P1.0口输出的方波信号的周期，取反后得到所需音乐频率，即得到控制音阶的目的。
表1音阶与频率的关系及方式1下定时器的初值
音阶
频率（Hz）
定时器初值
音阶
频率（Hz）
定时器初值
音阶
频率（Hz）
定时器初值
1
2
3
4
5
6
7
0
131
147
165
175
196
220
247
0
0F85EH
0F933H
0F9F0H
0FA49H
0FAE6H
0FB74H,
0FBF4H
0100H
1
2
3
4
5
6
7
0
262
294
330
349
392
440
494
0
0FC2FH
0FC99H
0FCF8H
0FD22H
0FD73H
0FDBAH
0FDFAH
0100H
1
2
3
4
5
6
7
0
523
587
659
698
784
880
988
0
0FE17H
0FE4CH
0FE7CH
0FE91H
0FEB9H
0FEDDH
0FEFDH
0100H
注：
0表示简谱中的空拍
获取一个音符的频率后，相应频率的方波信号便可以由单片机产生，从而产生相应的音符声音。
再有单片机的定时器进行定时中断，在中断服务程序中，将单片机上完结单片机I/O口来回置高电平或者是低电平的，从而让扬声器发出声音。
通过节拍计算出每个音符所需要的时间，采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间，从而构成一首完整的音乐。
当晶体振荡频率为12MHz,定时器工作在方式1下时，若各音阶相对应的定时器计数初值为X，则可根据下式计算X：
1/（f×2）=（216-X）×12/（12×106）
（1）
音调的长短用节拍数表示（例如1/4拍、2/4拍、……），不同节拍数的不同音符的组合形成乐谱。
程序中，音的节拍可由延时子程序实现。
以标准高音A的频率F=440HZ，其对应的周期为：
T=1/F=1/440=2272us
（2）
因此需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272us的方波脉冲，也就是
t=T/2=2272/2=1136us（3）
也就是说，单片机上定时器的中断出发时间为1136us。
如果单片机采用定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。
设外接晶振的振荡器频率为f，则定时器的预置初始值为：
Temp=65536-（50000/CurrentFre）*10/（12000000/SYSTEM_OSC）（4）
TH=Temp/256（5）
TL=Temp%256（6）
3硬件电路设计
3.1系统的方案设计
图1系统组成框图
本文设计是基于STC89C52RC型单片机为基础元件设计的音乐播放器。
分别由复位电路、按键电路、晶振电路、音频电路、显示电路、电源电路以及单片机核心电路组成。
单片机核心电路以STC89C52RC单片机为核心，兼有复位电路、晶振电路。
具有容量适中、功能丰富、性能可靠、价格低等优点。
电源电路具有指示正常上电和供电的作用,为每一个基础模块进行供电。
按键电路可实现切换上一首，下一首和暂停/播放的功能；操作简单，使用方便。
音频电路主要以LM386功率放大器为核心，驱动扬声器播放美妙的音乐，并且可以实现对音量大小的调控。
显示电路是选用LCD1602液晶作为显示播放的音乐名称和音乐序号，同时也能够对液晶显示的清晰度进行调节。
3.2单片机简介
STC89C52RC单片机引脚如图2所示。
STC89C52RC单片机拥有4KB的片内ROM和128B的片内
图2STC89C52RC引脚
RAM。
ROM和RAM的片外寻址范围都为64KB。
单片机拥有32个并行口和1个串行口。
在STC89C52RC单片机中存在5个中断源，其中有两个外部中断源、两个内部中断源和一个串行中断源。
STC89C52RC是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。
XTAL1和XTAL2：
晶振外接引脚符。
当使用芯片内部时钟时，此二引脚端用于外接晶振和30PF电容；当使用外部时钟时，则用于接外部时钟脉冲信号。
RST/VPD：
复位信号。
用以完成单片机的复位初始化操作;当单片机掉电时，此引脚上可接备用电源，由VPD向片内RAM提供备用电源，保持片内RAM中的数据不丢失。
P3口线的第二功能。
P3的8条口线都定义有第二功能，如表2所示。
表2P3口各引脚与第二功能表
引脚
第二功能
信号名称
P3.0
RXD
串行数据接收
P3.1
TXD
串行数据发送
P3.2
INT0
外部中断0申请
P3.3
INT1
外部中断1申请
P3.4
T0
定时/计数器0的外部输入
P3.5
T1
定时/计数器1的外部输入
P3.6
WR
外部RAM写选通
P3.7
RD
外部RAM读选通
3.3晶振电路
单片机的晶振电路，如图3所示，在STC89C52RC芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。
而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。
图3晶振电路
时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。
一般地，电容C1和C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2～12MHz。
晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。
STC89C52RC在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz。
3.4按键电路
图4按键电路
每个按键的功能分别为：
AJ3播放\暂停,AJ2上一首歌，AJ4下一首歌。
其中AJ2接入单片机的P1.3引脚，AJ3接入单片机的P3.2引脚，AJ4接入单片机的P3.5引脚。
3.5音频发生及放大电路
图5LM386功率放大电路
LM386功率放大电路如图5所示。
LM386具有静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。
工作电压范围宽，4-12V或5-18V。
外围元件少，电压增益可调范围为20-200，低失真度等优点。
本设计音频放大电路为使外围元件最少，选用放大增益为20倍LM386功率放大器。
且电压增益20为LM386的内置电压增益。
经LM386放大的正弦波信号再经一定的容值的电容改变成正弦波驱动扬声器。
图6音频发声及放大电路
音频发声及放大电路如图6所示。
利用STC89C52RC的I/O口产生一定频率的方波脉冲，由STC89C52RC单片机的P1.0输出，与音频放大电路的R610K电阻相连接。
通过LM386功率放大电路驱动扬声器发出不同的音调从而演凑乐曲。
其中RT1104为阻值范围为10k的可调蓝白电位器，接入LM3863号引脚同相输入端。
通过调节RT1接入阻值可改变LM386同相电压输入值，使得LM386功率放大器在放大倍数不变的情况下，进而增大或减小LM386的电压输出值，由此即可调节音乐的音量大小。
3.6液晶显示电路
LCD1602的接口信号说明如表7所示
图7液晶显示电路
LCD1602显示当前播放的音乐名，音乐序号。
3号引脚为液晶屏驱动电源。
该管脚的电平决定了液液晶屏的对比度，接正电时对比度最弱，接地时对比度最高，可用W1103为阻值范围为1k的可调蓝白电位器，可用于调整液晶屏对比度。
从而控制LCD1602液晶显示屏的清晰度。
3.7整体电路
整体电路原理图如图8所示。
本设计整体电路由电源电路，液晶显示电路，按键电路，显示电路，音频放大电路和单片机核心电路组成。
图8整体电路
单片机核心电路以STC89C52RC单片机为核心，兼有复位电路和晶振电路。
电源电路具有指示正常上电和供电的作用。
STC89C52RC单片机P1.3，P3.2，P3.5引脚与按键电路的AJ3播放\暂停,AJ2上一首歌，AJ4下一首歌相连接。
实现暂停/播放，上一首和下一首功能。
音频放大电路主要以LM386功率放大器为核心，单片机P1.0引脚与音频放大电路的R6相连接，使音频放大电路接收并放大单片机P1.0发出的信号，进而驱动扬声器播放美妙的音乐。
显示电路是选用LCD1602液晶作为显示音乐的名称，音乐序号。
单片机P0口与LCD16027—14引脚相连接，作为数据接收端，读取单片机P0口发出的数据，显示相应的数字，字母等字符。
单片机P2.5口与LCD1602的4号引脚相连接，作为数据/命令选择端，单片机P2.6口与LCD16025号引脚相连接，作为读/写选择，P2.7与LCD1602的6号引脚相连接，作为使能信号。
4软件程序设计
4.1程序流程图
（1）程序设计流程图如图9所示。
首先要对音乐的输出口及按键进行初始化。
（2）控制电路中，AJ2与P1.3相连、AJ3与P3.2相连、AJ4与P3.5相连。
当按键按下时输入为低电平，从而实现对音乐播放器的控制。
图9程序流程图
AJ4与P3.5相连,实现下一曲更换，AJ2与P1.3相连,实现上一曲更换，AJ3与P3.2相连实现开始/暂停操作。
按键控制子程序主要由下一曲子程序、上一曲子程序、播放/暂停子程序组成，分别由一个计数器中断和两个外部中断实现。
（3）查找歌曲数据表的地址，根据当前状态播放相应歌曲，判断播放/暂停按键是否按键，若判断为‘是’进行播放处理，音频放大电路中的扬声器播放第1首音乐，LCD1602液晶显示第一首歌曲名称YanHuaYiLeng。
（3）若本次判断为‘否’则继续判断上一曲键是否按下，若判断为‘是’，则进行上一曲音乐播放。
（4）若本次判断为‘否’则继续判断下一曲键是否按下，若判断为‘是’，则进行下一曲音乐播放。
（5）本次判断为‘否’则继续判断是否按下暂停/播放键，若判断为‘否’则进行循环判断上一曲，下一曲按键是否按下，直至有上一曲、下一曲按键按下。
（6）若本次判断为‘是’则进行暂停播放处理。
再进行判断是否按下暂停/播放键，本次判断为‘否’，则循环判断是否有暂停/播放按键按下,直至暂停/播放按键按下。
本次判断为‘是’，则继续播放当前音乐，
按键判断到此为一个循环，此时要返回最初按键判断，循环执行以上程序流程。
5测试
开机后，电源电路指示灯亮起，电路正常供电，液晶屏上电进入welcome界面。
此时如图10所示
图10初始界面
按下播放按键，扬声器播放第1首音乐YanHuaYiLeng.LCD1602液晶显示如图11所示。
图11第1首音乐播放
连续按下下一首按键3次，播放第4首音乐ZhiYouMaMaHao。
LCD1602液晶显示如图12所示
图12第4首音乐播放
按下复位按键后，单片机进行重启，音频放大电路中的扬声器暂停播放，LCD1602液晶显示屏进入WELCOME界面，此时等待播放按键按下。
如图13所示。
图13初始界面
播放按键按下后，播放第一首音乐的基础上，按下上一首按键可播放最后一首音乐，第8首音乐LangManDeShi。
如图13所示
图13第8首音乐播放
6总结
通过本系统设计，更深层次的学习了单片机的知识。
对单片机的基本原理、内部结构、各引脚功能、定时器和中断的应用都有了更深刻的理解。
对STC89C52RC单片机的性能和应用进一步充分了解和学习。
并且，我能够用单片机为核心设计一个简单的系统，实现自动控制。
在显示电路的清晰度调节设计中，我查找LCD1602显示屏的基本原理，引脚特性，最终将显示模块的液晶屏变为可调。
在音频放大电路中，我对LM386功率放大器的基本原理也做了进一步学习，设计出可调节音量的音乐播放系统。
本设计中还有改进的空间。
例如：
可以外接USB储存。
一方面可以增大歌曲的储存量，另一方面可以更换不同的歌曲，使用更加方便。
可以使用触屏操作系统，按键模块和显示模块都在触屏上完成。
使得整个音乐播放系统朝着智能化，美观化，操作简单化方向发展。
参考文献
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207-211。
TheDesignofmusicplayer
QinWeilong
（SchoolofPhysicsandElectricalEngineering,AnqingNormalCollege,Anqing246011）
Abstract：
Intoday'srapiddevelopmentera,theacceleratingrhythmoflifemakespeopleinalong-termstateofworkandstudypressures.Peopleneedasimplewaytoadjustthelifestress.Musicisveryimportanttoeveryoneforadjustingpsychologicalpressure,andmusicplayershavebeguntospreadinChina.ThispaperintroducesanintelligentmusicplayerbasedonSTC89C52RCMCU.Thesinglechipmicrocomputerisusedinthedesignforthepurposeofsettingofthefunctionofthechip,andrealizesofplayingthemusic.Theneededmusicfrequencyisgeneratedinthemicrocontrollerbyusingtimeinterrupt,andaudiosignalisamplifiedbytheLM386audiopower,andthemusicisplayedbythespeaker.Thevolumeofthemusiccanbecontrolledbyadjustingtheblueandwhitepotentiometer.LCD1602isusedinthedesigntodisplaytheorderofeachsongandthenameofeachsong.Thesystemhasthemeritsofsimplestructure,clearandloudsound,andnormalrhythm.
Keywords:
Singlechipmicrocomputer,Musicplayer,LCD1602LCDscreen,Audiopoweramplifier
附录A
//////////////////////////////////////////////
//51单片机音乐播放器程序
//AT89S52+11.0592MHz+无源蜂鸣器
//共三个按键:
上一曲、一下曲、播放\暂停
//注意：
按键必须按下约1S才有相应动作,播放完一首歌曲无按键按下时顺序播放
//////////////////////////////////////////////
#include
sbitplay_up=P1^3;//上一首歌
sbitplay_down=P3^5;//下一首歌
sbitpause=P3^2;//播放\暂停
sbitspeaker=P1^0;//无源蜂鸣器
sbitRS=P2^7;
sbitRW=P2^6;
sbitEN=P2^5;
//////////////////////////////////////////////
unsignedchartimer0h,timer0l,time;//timer0h,timer0l为定时器T0的高低位初值,time为对应的节拍时间
unsignedcharmusic_num;//music_num为歌曲编号,music_num=0表示刚开机时的状态,num是查找歌曲数据表的地址
unsignedintnum;
unsignedcharcodelist[8][16]={"YanHuaYiLeng",
"FaRuXue",
"JianDanAi",
"ZhiYouMamaHao",
"DangNiGuDan",
"XiangJianXiaoLu",
"SongBie",
"LangManDeShi"};
signedintfre;//对应频率数据表的地址
bitplay_enable;//歌曲播放的使能标志位,用于播放\暂停
voiddelay（unsignedchart）;//延时子函数,控制发音的时间长度
voiddelayms（unsignedintt）;//普通延时子程序,可用于按键消抖
voidsong（void）;//演奏一个音符
voidmusic_play（void）;//播放歌曲
//////////////////////////////////////////////
//每三个数字,代表一个音符
//第一个数字是音符的数值1234567之一（第几个音）,代表哆来咪发...
//第二个数字是0123之一,代表低音\中音\高音\超高音（第几个八度）
//第三个数字是时间长度,以半拍为单位,乐曲数据表的结尾是三个0
//////////////////////////////////////////////
//《烟花易冷》
unsignedcharcodesong1[]={
5,2,1,3,2,1,2,2,2,2,2,4,3,2,1,1,2,1,2,2,1,3,2,4,
5,2,1,3,2,1,2,2,2,2,2,2,5,1,1,3,2,1,4,2,1,3,2,4,
3,2,1,3,2,1,7,2,1,3,2,1,2,2,2,1,2,1,7,1,1,1,2,1,
2,2,1,3,2,1,6,2,3,6,1,1,1,2,1,3,2,1,2,2,1,6,1,1,
1,2,1,7,1,1,5,1,1,6,1,6,5,2,1,3,2,1,2,2,2,2,2,1,
2,2,1,3,2,1,1,2,1,2,2,1,3,2,4,5,2,1,3,2,1,2,2,2,
2,2,1,2,2,1,5,1,1,3,2,1,4,2,1,3,2,4,3,2,1,3,2,1,
7,2,3,3,2,1,2,2,2,1,2,1,7,1,1,1,2,1,2,2,1,3,2,1,
6,2,3,6,1,1,1,2,1,3,2,1,2,2,1,6,1
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