1、本设计是一个基于AT89C52系列单片机的音乐播放器,依据单片机技术原理,通过硬件电路设计以及软件编译,设计出一个多功能音乐播放器。该音乐播放器主要由按键电路、晶振电路、复位电路以及扬声器组成。最后利用proteus对音乐播放器进行仿真调试。1.2 原理说明当按键按下时,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。其中:1) 硬件电路中用P2.0-P2.3控制4个按键,K1-K3分别控制三首音乐,K4为停止键;2)P1.0-P1.3为LED显示,四个发光二极管分别对应四个按键,显示所播放歌曲;3)用P3.7口控制蜂鸣器; 4)电路为12MHz晶振频率工作,起振电路中C1
2、,C2均为22pf。二、硬件电路设计 2.1 系统方案设计硬件方框图如图2-1所示。主要由单片机核心芯片AT89C52,LED发光二极管,蜂鸣器,晶振电路,复位电路组成,由引脚输出定时器产生的各种固定频率的方波信号,然后由蜂鸣器产生各种频率的声音。由于该方案中使用内部振荡电路,XTAL1、XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容构成晶振电路。 图2-1 设计方框图2.2 模块电路的设计 2.2.1 AT89C52型单片机的介绍AT89C52是美国Atmel公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机,其管脚图如图2-2所示。片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和256B的随机存取数据存储器(RAM
3、),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。图2-2 AT89C52引脚图主要性能参数如下:1)与MCS-51产品指令和引脚完全兼容;2)8K字节可重擦写Flash闪速存储器;3)1000次擦写周期;4)全静态操作:0HZ-24HZ;5)三级加密程序存储器;6)256*8字节内部RAM;7)32个可编程I/O口线;8)3个16位定时/计数器;9)8个中断源;10)可编程串行UART通道;11)低功耗空间和掉电模式。各引脚功能如下:1.时钟
4、引脚XTAL1:接外部晶体的一个引脚。在单片机内部,它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时,该引脚接收振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发声器的输入端。XTAL2:接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部,它是构成内部振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接。注意:如果采用片内的振荡电路,要在单片机的引脚XTAL1和XTAL2之间连接一个石英晶体或陶瓷谐振器,并接两个电容到地。2.控制线或其他电源的复位引脚RST:复位输入端。ALE/:当访问外部寄存器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。外部程序存储器的选通信号。在有外部程序存储器取
5、指令期间,每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的信号将不出现。/Vpp:当保持低电平时,则在此期间访问外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意要加密方式1时,将内部锁定为RESET;断保持高电平时,此间访问内部程序存储器。在Flash编程期间,此管脚也用于施加12V编程电源(Vpp)。3. 输入/输出引脚P0口:P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,每脚可吸收8个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时,被定义为高阻输入。P0口能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在Flash编程时,P0口作为原码输入口,当Fl
6、ash进行校验时,P0口输出原码,此时,P0口外部必须被拉高。P1口:P1口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O,P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入“1”后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在Flash编程和校验时,P1口为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高。且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉底,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数
7、据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部8位地址数据校验时,P2口输出其特殊功能起存器的内容。P2口在Flash编程和校验时,接收高8位地址信号和控制信号。P3口:P3口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为一些特殊功能口,如表2-1所示。表2-1 P3口特殊功能口管脚备选功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.
8、4T0计时器0外部输入P3.5T1计时器1外部输入P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通2.2.2单片机最小系统的设计单片机的最小系统设计包括:时钟电路、复位电路,如图2-3所示。在内部方式时钟电路中,必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路,通常C1和C2一般取30pF,晶振的频率取值在1.2MHz12MHz之间。复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。其中,电容的大小是10uF,电阻的大小是10k。图2-3 单片机最小系统2.2.3蜂鸣器电路设计 蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈
9、,使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的,因此需要一定的电流才能驱动它,单片机IO引脚输出的电流较小,单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器,因此需要增加一个功率放大的电路。由单片机P3.7 接口外接一个1K电阻和两个NPN型三极管来驱动蜂鸣器。其主要任务是输出大信号和大功率,对音频信号有效不失真的进行放大以推动扬声器发出声音,原理图如图2-4所示。图2-4 蜂鸣器电路2.2.4按键电路设计采用4个按钮来实现选择歌曲播放,由P2.0-P2.3控制,外接四个10K的上拉电阻,并通过三个与门接P3.2实现外部中断。原理图如图2-5所示。图2-5 按键电路2.2.5 LED显示电路设计四个发光二极
10、管分别由P1.0-P1.3控制,播放第一首歌时D1亮,第二、第三首歌时D2、D3亮,停止时D4亮,其中电阻为220。原理图如图2-6所示。图2-6 LED显示电路三、软件设计3.1系统主模块流程图主模块是系统软件的主框架。结构化程序设计一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式,“自上而下”法的核心就是主框架的构建。它的合理与否关系到程序最终的功能的多少和性能的好坏。本系统的主模块程序框图如图3-1所示。开始系统初始化,判断是否有键按下,当K1键按下时,播放第一首歌,K4键按下停止播放,并返回到系统初始化,再判断是否有键按下。K2、K3键也分别控制两首歌的播放。图3-1 系统主模块流程图3.2音
11、乐产生原理单片机发音原理:单片机演奏音乐基本是单音频率,它不包含相应幅度的谐波频率,也就是说不能象电子琴那样能奏出多种音色的声音,但一定要弄清楚两个概念即可,也就是“音调”和“节拍” 。音调:表示一个音符唱多高的频率。节拍:表示一个音符唱多长的时间。3.2.1音调在音乐中所谓“音调”,其实就是我们常说的“音高”。在音乐中常把中央C上方的A音定为标准音高,其频率f=440Hz,其余与其比较。f1和f2为两个音符,当这两个音符的频率相差一倍时,也即f2=2f1时,则称f2比f1高一个倍频程。在音乐中1与,2与,正好相差一个倍频程,在音乐学中称它相差一个八度音。在一个八度音内,有12个半音。以1i八
12、音区为例,12个半音是:11、12、22、23、34、44,45、5一5、56、66、67、7i 。这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。如果我们只要知道了这十二个音符的音高,也就是其基本音调的频率,我们就可根据倍频程的关系得到其他音符基本音调的频率。确定一个频率所对应的定时器的定时初值的方法:以标准音高A为例:标准音高A的频率f = 440 Hz,其对应的周期为: T = 1/ f = 1/440 =2272s。因此,需要在单片机I/O端口输出周期为T =2272s的方波脉冲,如图3-2所示。图3-2 方波脉冲由上图可知,单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反的时间应为:t = T/2
13、 = 2272/2 = 1136s这个时间t也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。一般情况下,单片机奏乐时,其定时器为工作方式1,它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设振荡器频率为f0,则定时器的予置初值由下式来确定:t = 12 *(TALL THL)/ f0式中TALL = 216 = 65536,THL为定时器待确定的计数初值。因此定时器的高低计数器的初值为:TH = THL / 256 = ( TALL t* f0/12) / 256TL = THL % 256 = ( TALL t* f0/12) %256将t=1136s代入上面两式(注意:计算时应将时间和频率的单位换算一致),即
14、可求出标准音高A在单片机晶振频率f0=12Mhz,定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的予置初值为 : TH440Hz = (65536 1136 * 12/12) /256 = FBH TL440Hz = (65536 1136 * 12/12)%256 = 90H根据上面的求解方法,我们就可求出其他音调相应的计数器的予置初值。3.2.2 节拍音符的节拍我们可以举例来说明。在一张乐谱中,我们经常会看到这样的表达式,如1=C 、1=G 等等,这里1=C,1=G表示乐谱的曲调,和我们前面所谈的音调有很大的关联,、就是用来表示节拍的。以为例加以说明,它表示乐谱中以四分音符为节拍,每一小结有三拍。如图3-
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