数字音乐盒设计单片机设计报告

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1、单片机课程设计 题目: 数字音乐盒设计要求：存放4首以上乐曲，能选曲或循环播放班级：13电信卓越学号：130803012姓名：黄赵完成日期：2015年01月01日指导老师：刘小燕老师目 录引言11概述21.1 课题意义21.2设计方案21.3研究内容22 系统总体方案介绍32.1 系统组成框图32.2 音乐盒的功能结构图32.3 主要设计软件介绍32.3.1 PROTEUS软件简介32.3.2 KEIL简介43硬件设计53.1 总体设计框图53.2各部分硬件设计及其原理53.2.1 AT89C51简介53.2.2 LED显示电路设计与原理63.2.3 时钟振荡电路63.3 硬件电路图及功能64

2、软件设计84.1音调、节拍以及编码的确定方法84.1.1 音调的确定84.1.2 节拍的确定94.1.3 编码104.2 软件程序设计114.2.1 程序流程图及相应代码块114.2.2 程序源代码（见附录A）155调试165.1 检查硬件连接165.2 检查软件系统165.3 测试结果165.3.1总体运行图165.3.2花样灯3种花样图176 总结18致谢19参考文献20科技外文文献21中文译文24附录A 程序源代码及注释2615 / 17文档可自由编辑打印1.1实验要求用单片机at89c51设计一个数字音乐盒，要求音乐盒能够存放4首歌曲，并且能够进行按键切歌，以及按键暂停功能.1.2设计

3、方案设计一个基于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，与之相对应的LED亮起。使用两个按键，一个用来切换歌曲。1.3研究内容1）电路有两种工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。演奏音乐模式：演奏完整的一首的歌曲，八路LED随着音乐变化。花样灯模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声2）按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共两首歌曲。3）按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共三种花样。此电路的程序只占用了1K左右，可编制更多的音乐和LED花样，使系统的功能更加强大。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

4、以AT89C51单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED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花样灯的显示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。Key1负责切换播放歌曲，播放歌曲共2首，分别是挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。Key2负责暂停。3硬件设计3.1 总体设计框图图3.1总体设计框图3.2各部分硬件设计及其原理3.2.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and

5、Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.2所示图3.2 AT89C51系列单片机3.2.2

6、 LED显示电路设计与原理LED显示电路是由8个LED发光二极管组成，连接方式为共阳极，LED接到单片机的P1口，若为低电平，可使LED亮起。发光二极管的亮、灭由内部程序控制，8个LED发光二极管分别对应不同的音阶，所以LED会随着音阶的变化按规律亮、灭。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

7、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30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF。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3.3 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3.4所示1） 电路

8、中用P3.2、P3.3控制按键。2） P1.0P1.7控制LED。3） P2.3控制蜂鸣器。4） 电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。图3.4 硬件电路图4软件设计在本程序中设置了两个标志count1和count2，分别初始化为1和0。按键1使得count1在1和2之间切换，按键2使得count2在14之间切换。程序检测count1的值，count1等于1时播放第一首歌曲，等于2时播放第二首。另一方面根据count2的值来切换LED的花样。count1和count2的值是互斥的，设置count1等于1、2时，count2同时设置为0；设置count2等于14时，co

9、unt1也同时设置为0。4.1音调、节拍以及编码的确定方法一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。4.1.1 音调的确定不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，

10、每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、FG、GA、AB两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；EF、BC两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上号或者b号的叫变化音。叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率

11、（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。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。利用定时器计时这半个周期时间，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AT89C51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。此外结束符和休止符可以分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应的停顿效果。3）例如频率为523Hz，

12、其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每次技术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=Fi2FrN：计算值；Fi：内部计时一次为1us，故其频率为1MHz；4） 其计数值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi2Fr例如：设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。中音DO（523Hz）。高音的DO（1046Hz）的计算值T=65536-N=65536-Fi2Fr=62Fr=65536-500000/Fr低音DO的T=65536-500000/262=

13、63627低音DO的T=65536-500000/523=64580低音DO的T=65536-500000/1047=650595） C调各音符频率与计数值T的对照表如表4.1所示。表4.1 C调各音符频率与计数值T的对照表低音频率T参数中音频率T参数高音频率T参数Do2621908229Do523956115Do10465757Do2771805217Do554903108Do11095454Re2941701204Re587852102Re11755151Re3111608193Re62280497Re12454848Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa34

14、91433172Fa69871686Fa13974343Fa3701351162Fa74067681Fa14804141So3921276153So78463877So15683838So4151205145So83160272So16613636La4401136136La88056868La17603434La4641078129La93253664La18653232Si4941012121Si98850661Si197630304.1.2 节拍的确定若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。“节拍”,即Beat，简单说就是打拍

15、子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s，则1/4 拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。了解音乐的一些基础知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的

16、频率，以及单片机定时计数的关系。表4.2节拍与节拍码对照节拍码节拍数节拍码节拍数11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4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，图5.2为节拍码的对照。如果1拍为0.4秒，1/4拍实0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如图5.3为1/4和1/8

17、节拍的时间设定。表4.3 1/4和1/8节拍的时间设定曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125毫秒调4/462毫秒调3/4187毫秒调3/494毫秒调2/4250毫秒调2/4125毫秒4.1.3 编码do re mi fa so la si分别编码为17，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为0。播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的结束标志。举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。举

18、例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsigned char 的数组中。程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。表4.4 简谱对应的简谱码、T值、节拍数简谱发音简谱码T值节拍码节拍数5低音SO16426011/4拍6低音LA26440022/4拍7低音TI36452433/4拍1中音DO46458041拍2中音RE56468451又1/4拍3中音MI66477761又1/2拍4

19、中音FA76482082拍5中音SO864898A2又1/2拍6中音LA964968C3拍7中音TIA65030F3又3/4拍1高音DOB650582高音REC651103高音MID651574高音FAE651785高音SOF652174.2 软件程序设计4.2.1 程序流程图及相应代码块主程序流程图图4.1 主程序流程图图4.2 播放音乐子程序流程图5调试5.1 检查硬件连接在PROTUES检查各硬件管脚是否连接正确，线路逻辑是否正确，例如：晶振电路的连接，复位电路是否设计正确。5.2 检查软件系统1根据系统的原理结构检查各流程图是否正确，再根据流程图来检查程序是否也正确。2将所有程序组织起

20、来，在软件环境下运行，检查程序是否正确。通过对硬件和软件系统的认真检查，反复测试，如果没有出现问题即可把源程序编译成HEX文件装载到单片机中，对硬件进行仿真。5.3 测试结果如上图所示6 总结单片机的设计至今为止已经进入了令人鼓舞的阶段，在进行了长达两个多月的时间的摸索与实验，使我不仅仅是对于单片机入门软件与硬件的常用设计与功能，还使我对于一项设计研究的制作过程所需要的详细步骤和具体的实现方法的力度的掌握。 当然在这次宝贵的毕业设计活动中，经验才是对于我们最大的收获，而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力，用受益匪浅这个词语来概括这次难忘的活动我觉得再合适不过了。但是，光是完成了

21、作品还是不可以自我满足的，在从一开始的时候就怀着将作品制作得更加人性化，更加令人满意，更加地使功能完美又方便地被应用领域这个最终目的下，随着对单片机这门学科的认识加深，到达了拓展的程度，我想这个目的将在不远的时期内被实现。 总之，这次设计从软件编写、调试到软硬件联机调试，我倾注了大量的时间和心血。真是曾经为程序的编写而冥思查找过，曾经为无法找出错误而郁闷苦恼过，也曾经为某一功能不能实现而犹豫彷徨过，但最终我成功了。附录A 程序源代码及注释#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit duan=P26;sbit

22、 key1=P32;/按key1可切换花样sbit key2=P33;/按key2可切换歌曲sbit fm=P37;/蜂鸣器连续的IO口sbit P34=P34;/矩阵键盘的一列uchar code huayang1=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf;/花样1uchar code huayang2=0x7f,0xfe,0xbf,0xfd,0xdf,0xfb,0xef,0xf7,0xef,0xfb,0xdf,0xfd,0xbf,0xfe;/花样2uchar code huayang3=0x7

23、f,0x3f,0x1f,0x0f,0x07,0x03,0x01,0x0,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff;char code huayang4= 0x55,0xaa,0xcc,0x33,0x99,0x66,0x0f,0xf0;uchar count1;/花样标志uchar count2;/歌曲标志uchar timeh,timel,i;/编程规则:字节高位是简谱,低位是持续时间,/代表多少个十六分音符/1-7代表中央C调,8-E代表高八度,0代表停顿/最后的0是结束标志uchar code qnzl= /千年之恋0x12,0x22,0x34,0x8

24、4,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08,/前奏0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,0xff;uchar code jmszl= /寂寞沙洲冷0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,/自你走后心憔悴0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,/白色油桐风中纷飞0xff;uchar code znpa = /祝你平安0x26,0x20,0x20,0

25、x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x20,0x10,0x20,0x80,0x26,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x30,0x10,0x30,0x80,0x26,0x20,0xff;uchar code lbdya =/路边的野花不要采0x30,0x1C,0x10,0x20,0x40,0x1C,0x10,0x18,0x10,0x20,0x10,0x1C,0x10,0x18,0x40,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x1C,0xff;/适合11.0592M的晶振uchar code cuzhi= 0xff,0xff,/占位 0xF

26、C,0x8E,/中央C调1-7 0xFC,0xED, 0xFD,0x43, 0xFD,0x6A, 0xFD,0xB3, 0xFD,0xF3, 0xFE,0x2D, 0xFE,0x47,/高八度1-7 0xFE,0x76, 0xFE,0xA1, 0xFE,0xC7, 0xFE,0xD9, 0xFE,0xF9, 0xFF,0x16 ;uchar yinyue=0xff,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0x0,0x0;/将音调转化为对应的LED样式void delay1(uint z);/延时1MSvoid delay(uint z);/延时165MS

27、,即十六分音符void song();void beep();/蜂鸣器叫一声main()uchar x;count1=0;/流水灯无花样count2=1;/唱第一首歌P34=0;/选取矩阵键盘的一列EA=1;/开总中断EX0=1;/开外部中断0IT0=1;/外部中断0下降沿触发方式EX1=1;/开外部中断1IT1=1;/外部中断1下降沿触发方式TMOD=0x01;/定时器0工作在方式1TH0=0;TL0=0;ET0=1;while(1)if(count1!=0)switch(count1)case 1:for(x=0;x14;x+)duan=1;P1=huayang1x;beep();delay1(300);duan=0;if(count1!=1)break;break;case 2:for(x=0;x0;x-) for(y=19000;y0;y-);void delay1(uint z)/延时1MSuint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=112;y0;y-);void beep()/蜂鸣器叫一声uchar i;for(i=0;i50;i+)fm=fm;delay1(1);fm=1;