单片机课程设计八音盒

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1、单片机原理及应用课程设计-八音盒设计-院 系：机电汽车工程学院姓 名：班 级：机101 -4班组 长：组 员：指导教师：姜风国完成时间：2013年6月5日单片机课程设计目录一、课程设计任务书 3二、设计项目简介 3.2.1总体设计思路32.2音符产生方法 32.3节拍产生方法42.4核心器件简介52.5任务分工 7三、系统功能简介8四、电路原理图8.4.1 硬件电路设计框图 .104.2 键盘控制电路 .104.3 LCD显示电路 .114.4 晶振和复位电路 .114.5 扬声器和闪烁电路 .124.6 播放和停止电路 .12五、程序框图13六、 程序清单166.1 主函数 main.c .

2、166.2 功能函数fun.c 186.3 数据函数 data.c .276.4主函数变量定义 336.5功能函数相关变量定义 .336.6数据函数相关变量定义34七、 总结35参考文献: 36摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入。当今，利用单片机控制音乐 播放举不胜举，而利用单片机存储音乐，控制播放最为广泛，它具有功能多、价格优、外围电路简 单等特点，很受音乐爱好者和音乐芯片制造商的青睐。本设计主要是应用单片机的原理和控制理论来设计音乐播放器的硬件电路，并利用 C语言进 行软件程序设计。通过控制单片机内部的定时器产生不同频率的方波，驱动蜂鸣器发出不同音调的音乐，再利用

3、延时来控制发音时间的长短。把乐谱转化成相应的定时常数就可以从发音设备中演奏 出悦耳动听的音乐。最后利用编程软件 uVision3和仿真软件PROTEUS对该音乐播放器进行仿真， 完全实现所需功能。关键词 89C51单片机；矩阵键盘；蜂鸣器；LCD ;八音盒-19 -一、课程设计任务书本设计利用89C51单片机结合内部定时器以及外接 LCD和矩阵键盘设计了一个八音盒，按下 单键可以演奏预先设置的歌曲旋律。本设计可以学习89C51定时器程序设计，按键扫描及歌曲旋律简单直觉式输入法的设计方法。其基本功能为：1、使用LCD显示器来显示目前演奏的歌曲编号；2、具有16个按键操作来选 择演奏哪一首歌曲；3

4、、内建10首歌曲旋律，按下单键可以演奏歌曲；4、演奏时可以按键中断。 程序执行后工作指示LED闪动，表示程序开始执行，按下单键09便可以演奏歌曲，歌曲演奏中， 可以按键中断。二、设计项目简介1、设计思路： 选用ATMEL公司89C51单片机，它具有16KB的内部ROM, 2个定时器/计数器，2个外 部中断。 通过中断实现歌曲的播放和暂停。 通过定时实现LED闪烁和音乐频率的变化。 通过键盘实现歌曲的选择。2、音符产生方法：不同的音调有不同的频率。频率不同，音调也就不同。利用定时器，使其工作在模式0，定时中断，然后控制P3.7引脚的输出每次取反，就可以在 P3.7的引脚输出相应的方波频率。改变计

5、数 初值，就改变了频率。定时器的定时时间等于半个周期，定时时间到就输出脉冲取反，重复此过程， 就可在P3.7引脚得到一音频的脉冲。如：C调中音1的频率=523HZ，周期T=1/523=1912us；定时器的定时时间为：T/2=1912/2us=956us；则其计数初值为：TH0=(8192-C)/32; TL0=(8192-C)%32 ；下面是音符及其程序中对应的编码表2.1音符编码表音符音符编码音符音符编码音符音符编码低音1dao中音1dao高音1h_dao低音2re中音Re高音2h_re低音3mi中音Mi高音3h_mi低音4fa中音Fa高音4h_fa低音5sao中音Sao高音5h_sao低

6、音6a中音La高音6ha低音7xi中音Xi高音7h_xi3、节拍产生方法:1/2拍就执行两次延时程序，将节拍数也进行编码，如下:音乐中的节拍用延时时间产生。假设 1/4拍执行一次延时程序， 所以只要求出1/4延时时间，其余的节拍就是他的倍数。为方便记谱, 表2.2节拍编码表节拍节拍编码（基本延时次数）1/411/223/434/44建立曲谱编码表，例如:訝義山时*廿& A山好好石LL|齐民曲简谱编码:节拍编码:re,sao,mi,re,mi,sao,mi,re,dao,re,re,sao,re,mi,sao.mi,re,dao,l_la,dao,dao,mi,re,mi,l_sao,re,l_

7、xi,l_la,l_sao ,la.dao,re,l_xi,l_la,l_sao,l_mi,l_sao,Oxff 4,4,2,2,4,2,2,228,4,4,4,2,2,2,2,2,2,8,4,4,224,2,2,2,2,4,6,2,2,2,2,2,164、核心器件简介（1）AT89C51的性能介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，高性能 CM0S8位微处理器，俗称 单片机。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

8、制器，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。它可以提供以下的功能标准：1）4K的字节闪烁存储器；2）128字节随机存取数据存储器；3）32 个 I/O 口；4）2个16位定时/计数器；5）1个串行通信口；6）片内振荡器和时钟电路。（2）蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、 复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。1）压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳 等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

9、多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压），多谐振荡器起振，输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器 推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀 上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2）电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。（3）矩阵键盘单片机系统中，若使用按键的数量比较多时，通常选用用矩阵式键盘。矩阵式键由行线和列线构 成，按键位于行、列线的交叉点上，键盘矩阵是由四行四列构成，矩阵的四列和P2 口的低四位相连，四行与P2 口的高四位相连。其键盘识别方法如下：

10、1）判断键盘中有无键按下 将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。2）判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是： 依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低 电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键 就是闭合的按键（4）LCD1602液晶显示器简介工业字符型液晶，能够同时显示 16X02即32个字符。（16列2行）1602液晶也

11、叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模 块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符， 每位之 间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。1602LCD是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数 字）。基本内容如下：主要技术参数;显示容逗：1曲2个字符芯片工作电压：4. 55. 5V工件瑕流:2. OinA (5. 0V)填块最佳工作現压：5. GV字符尺寸：2.95X4 35 (WXH) rmi接口信号说明;耀号引般说明编号符号引脚说明1vss电渭地eDat

12、a I/O2VDD电源正概10加DartA I/O3VL液罷显示煽压個号11MData I/O4RS較据X选择集（M）1205Data 1/05ft/W读/写选摄嘉（H/L）13Data I/O6E便能僧号1407Data I/O7DOData I/O15BLA背光涯正械8DIData I/O16BLK背光源负极外形尺寸:mi 25：无背光 底IBLED脅光80.075. a73.1-一 亠8, 0厂254O O co coiilillSiilllllif1oooooooolooooooo 165、任务分工（1）系统总体设计及调试方面-臧（2） 键盘扫描程序编辑方面刘（3） LCD显示程序编辑

13、方面臧（4）中断程序及protues仿真调试方面周（5）扬声器、二极管闪烁程序以及 protues硬件电路设计 王（6） 歌曲搜集整理、歌曲播放程序及文档编写 林、李、刘三、系统功能简介1、 此80C51八音盒有矩阵式键盘共十个按键，09按键用于选择歌曲，通过P2 口与单片机相 连。2、 LCD通过用于显示，显示当前正在播放的歌曲编号。P0 口输出编号，P1.4、P1.5、P1.6用 于控制LCD。3、 有中断按键，在单片机播放旋律时可以按外部中断1键实现歌曲暂停，再按中断T0实现歌 曲暂停后的播放。4、LED灯连接在P1.7 口，用LED灯闪烁指示单片机处于工作状态。5、歌曲音调经P3.7

14、口的喇叭播放出来。四、电路原理图电路原理图设计结果如下LCD1LW1&HlnbR1R：R3R4R541hIkIls15R6 R7rc二E丄AT-KC5IA HO 3-=LtrL用I 3YSTUXD1 lEDWR8ift刃 0*DORja*MUm2R1SWE附Ei畑濒PQWXR2CWP2iw$PIJM10F$EH肛P2 抽 12EAP2&S1JFZUMF2TW15RIM用蘭畑PI1ravraPI：P3rWT-Pl 5円啊PiiPl-S鬥嘛P17pitiK里15图4.1电路原理图LSI具体设计如下：4.1硬件电路设计框图键盘控制电路4.2键盘控制电路1.4沁却 PC 5/AD5 PO.B/ADS

15、P | 7/AD7P2.0/A9P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A1 3 P2 B/A1 4 R? 7/A15.34331322122232627242y023667P3.0/RXD P3.1HD r3.2/iNT0 P3.3/INT1P3,4/TOF3 5JTIP3 BMfRP3.7/RD-1U1 1121314图4.2键盘控制电路按键功能：09键：十首歌曲选择键，按下某个按键可播放对应的歌曲。键盘中断通过三输入与门引入 外部中断0。4.3 LCD显示电路LCD1LM016L 订 EXT，U1Cl 1XTAL2RST图4.3 LCD显示电路R2

16、民3R4T1 R5n ReR7I k|c1X1 kteLJ muTE IJ L-TEAII I I IF0 QJADQP0.1JAD1P0.2j(AD2PO.3J4AD3F0.1ZD4PQ.5/WD5P0.Gj(AD6 P07/AD7用P1.4 P1.6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4.4晶振和复位电路XTAL1和XTAL2的两端用来连接石英晶体和外接电容，即用来连接片内OSC的定时反馈回 路。石英起振后应能在 XTAL2线上输入一个3V左右的正弦波，以便使MCS 51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡4.5扬声器和闪烁

17、电路D1LED-BIBYR8O暂毎o播刃AT史 O 暂停图4.6播放和停止电路五、程序框图Case:music主程序开始定时器T1、T2初始化外部中断0、1的初始化LCD初始化键盘扫描键盘扫描default键盘扫描音符播放程序六、程序清单：6.1 主函数main.c#i nclude mai n.h#i nclude data.c#i nclude fun.c/*函数功能：键盘扫描中断服务程序(外部中断 0)*/ void in t0()i nterrupt 0BZ=0;keysca n();/*函数功能：歌曲播放与暂停中断服务程序（外部中断1和计数器T0中断）*/void in t1()i

18、nterrupt 2 uchar temp; while(!bz);k=1;TR0=0;while(k)temp=bf; if(temp=0)delayms(5); temp=bf;if(temp=0)while(!bf); k=0;TR0=1; break;/*函数功能：定时器1的中断服务程序*/ void timer1()i nterrupt 3LED=!LED;keysca n();/*函数功能：定时器TO的中断服务子程序，使P3.7引脚输出音频的方波*/void TimeO(void ) in terrupt 1 using 1sound=!sound;/将P3.7引脚输出电平取反，形

19、成方波TH0=(8192-C)/32;可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法TL0=(8192-C)%32;/可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法/*函数功能：主函数*/void ma in (void)initialT012(); /LED 灯、定时器 T1、T2 初始化initial();/外部中断0和1的初始化LCD();/LCD 初始化 */while(1)BZ=1;switch(ke ynum)case 0x00: music0();break;case 0x01: music1();break;case 0x02: music2();break;case 0x03

20、: music3();break;case 0x04: music4();break;case 0x05: music5();break;case 0x06: music6();break;case 0x07: music7();break;case 0x08: music8();break;case 0x09: music9();break;default : break;单片机课程设计6.2 功能函数fun.c用于播放歌曲、LCD以及中断初始化#i nclude mai n.h#i nclude fun .h#i nclude data.h/*函数功能：歌曲0好人一生平安*/ void m

21、usicO(void) LCD(); WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i); WriteData(c);WriteData( );WriteData(O);WriteData(!);i=0;/从第1个音符f0开始播放/只要没有读到结束标志就继续播放while(fOi!=Oxff)if(BZ=O) break;可证明这是13位计数器THO高8位的赋初值方法 /可证明这是13位计数器TLO低5位的赋初值方法 /启动定时器TO/控制节拍数C=460830/f0i; TH0=(8192-C)/32;TL0=(8192-C)%32;TR0

22、=1;for(j=0;jJP0i;j+)delay();TRO=O; i+；/延时1个节拍单位/关闭定时器TO/播放下一个音符/*函数功能： 歌曲1保卫黄河*/ void music1(void) LCD(); WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i);WriteData(c);WriteData( );WriteData(1);WriteData(!);i=0;/从第1个音符f0开始播放while(f1i!=Oxff)/只要没有读到结束标志就继续播放if(BZ=O)break;C=460830/f1i;TH0=(8192-C)/3

23、2; /可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法 TL0=(8192-C)%32; /可证明这是13位计数器TLO低5位的赋初值方法-21 -单片机课程设计TR0=1;/启动定时器TOfor(j=0;jJP1i;j+)控制节拍数delay();/延时1个节拍单位TRO=O;/关闭定时器T0i+;播放下一个音符函数功能：歌曲2毕业歌void music2() LCD();WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i);WriteData(c);WriteData( );WriteData(2);WriteData(!);i=0;/从第

24、1个音符f0开始播放while(f2i!=0xff)if(BZ=0)/只要没有读到结束标志就继续播放break;C=460830/f2i;TH0=(8192-C)/32;可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法TL0=(8192-C)%32;/可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法TR0=1;/启动定时器T0for(j=0;jJP2i;j+)控制节拍数delay();/延时1个节拍单位TR0=0;/关闭定时器T0i+;/播放下一个音符/*函数功能：歌曲3沂蒙山小调*/ void music3() LCD(); WriteData(m);WriteData(u);WriteData

25、(s);WriteData(i); WriteData(c);WriteData( );WriteData(3);WriteData(!);i=0;/从第1个音符f0开始播放while(f3i!=0xff)/只要没有读到结束标志就继续播放if(BZ=0)break;-25 -C=460830/f3i;TH0=(8192-C)/32;TL0=(8192-C)%32;TR0=1;for(j=0;jJP3i;j+)可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法/可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法 /启动定时器T0/控制节拍数delay();/延时1个节拍单位TR0=0;i+;/关闭定时器

26、T0/播放下一个音符函数功能：歌曲4套马杆void music4() LCD(); WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i); WriteData(c);WriteData( );WriteData(4);WriteData(!);i=0;/从第1个音符f0开始播放while(f4i!=0xff)/只要没有读到结束标志就继续播放1if(BZ=0)break;C=460830/f4i;TH0=(8192-C)/32;可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法TL0=(8192-C)%32;/可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初

27、值方法TR0=1;/启动定时器T0for(j=0;jJP4i;j+)/控制节拍数delay();/延时1个节拍单位TR0=0;/关闭定时器T0i+;/播放下一个音符*函数功能：歌曲5军港之夜*void music5() LCD(); WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i); WriteData(c);WriteData( );WriteData(5);WriteData(!);i=0;/从第1个音符f0开始播放while(f5i!=0xff)/只要没有读到结束标志就继续播放if(BZ=0) break;C=460830/f5i;T

28、H0=(8192-C)/32;可证明这是13位计数器THO高8位的赋初值方法TL0=(8192-C)%32;/可证明这是13位计数器TLO低5位的赋初值方法TR0=1;for(j=0;jJP5i;j+)delay();TR0=0;i+;启动定时器T0/控制节拍数/延时1个节拍单位/关闭定时器T0/播放下一个音符函数功能：歌曲6童年void music6() LCD();WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i);WriteData(c);WriteData( );WriteData(6);WriteData(!);i=0;/从第1个音

29、符f0开始播放while(f6i!=0xff)/只要没有读到结束标志就继续播放 if(BZ=0) break;C=460830/f6i;TH0=(8192-C)/32; 可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法 TL0=(8192-C)%32; 可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法 TR0=1;/启动定时器T0for(j=0;jJP6i;j+) delay();TR0=0;i+;/控制节拍数/延时1个节拍单位/关闭定时器T0/播放下一个音符函数功能：歌曲7爱情买卖*void music7() LCD(); WriteData(m);WriteData(u);WriteData(

30、s);WriteData(i); WriteData(c);WriteData( );WriteData(7);WriteData(!);i=0;/从第1个音符f0开始播放while(f7i!=0xff)/只要没有读到结束标志就继续播放if(BZ=0) break;C=460830/f7i;TH0=(8192-C)/32;可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法单片机课程设计TL0=(8192-C)%32;/可证明这是13位计数器TLO低5位的赋初值方法TR0=1;/启动定时器TOfor(j=0;jJP7i;j+)控制节拍数delay();/延时1个节拍单位TR0=0;/关闭定时器T0i

31、+;播放下一个音符/*函数功能：歌曲8荷塘月色*/ void music8() LCD();WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i);WriteData(c);WriteData( );WriteData(8);WriteData(!); i=0;/从第1个音符f0开始播放/只要没有读到结束标志就继续播放while(f8i!=0xff)if(BZ=0) break;C=460830/f8i; TH0=(8192-C)/32;TL0=(8192-C)%32; TR0=1;for(j=0;jJP8i;j+) delay();TR0=0;

32、i+;可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法 /可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法 /启动定时器T0控制节拍数/延时1个节拍单位/关闭定时器T0/播放下一个音符函数功能：歌曲9我们走在大路上*/ void music9() LCD(); WriteData(m);WriteData(u);WriteData(s);WriteData(i); WriteData(c);WriteData( );WriteData(9);WriteData(!); i=0;/从第1个音符f0开始播放while(f9i!=0xff)/只要没有读到结束标志就继续播放if(BZ=0)break;C=

33、460830/f9i;TH0=(8192-C)/32; /可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法 TL0=(8192-C)%32; /可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法-27 -单片机课程设计TR0=1;/启动定时器TOfor(j=0;j2显示，5X7点阵，8位数据接口delayms(5);延时 5msWriteI nstructio n( 0x38);delayms(5);WriteI nstructio n( 0x38);delayms(5);WriteI nstructio n(0x0f);/显示模式设置：显示开，有光标，光标闪烁delayms(5);Write In

34、 structio n(0x06);/显示模式设置：光标右移，字符不移delayms(5);Writel nstructio n(0x01);/清屏幕指令，将以前的显示内容清除delayms(5);/*函数功能：ms级延时程序 */void delayms(uchar x) uchar l;while(x-)!=0)for(l=0;l125;l+);/* 函数功能：1个延时单位，延时200ms */ void delay()un sig ned char a,b;for(a=0;a250;a+) for(b=0;b250;b+);6.3数据函数(存放歌曲频率和节拍)datac#i nclude

35、 mai n.h#i nclude fun .h#i nclude data.h/以下是歌曲0好人一生平安的一段简谱unsigned int code f0=re,mi,re,dao,l_la,dao,l_la,/ 每行对应一小节音符l_sao,l_mi,l_sao,l_la,dao, l_la,dao,sao,la,mi,sao,re,mi,re,mi,sao,mi,l_sao,l_mi,l_sao,l_la,dao,Ia,l_la,dao,l_la,l_sao,l_re,l_mi,l_sao,re,re,sao,la,sao,fa,mi,sao,mi,la,sao,mi,re,mi,l_l

36、a,dao.re,mi,re,mi,sao,mi,l_sao,l_mi,l_sao,l_la,dao, l_la,dao,re,l_la,dao,re,mi, re,l_la,dao,re,l_la,dao,re,mi, re,Oxff; II以Oxff作为音符的结束标志/以下是简谱中每个音符的节拍II4对应4个延时单位，2对应2个延时单位，1对应1个延时单位 un sig ned char code JPO =4.1.1.4.1.1.2,222,2,8,423.1.2.2,10,4.2.2.4.4,2.2.2.2.4,2.2.2.2.2.2.2,10,4.4.4.2.2,4.2.4.4,4.

37、2.2.2.2.2.2,10,4.2.2.4.4,2,2,2,2,6,4.2.2.4.1.1.4,10,4,2,2,4,1,1,4,10;/以下是歌曲1保卫黄河的一段简谱unsigned int code f1=h_dao,h_dao,mi,sao,每 行对应一小节音符h_dao,h_dao,mi,sao, mi,mi,sao,h_dao,h_dao, la,la,fa,h_re,h_re, sao,la,sao,fa, mi,re,mi,dao, sao,la,sao,fa, mi,re,mi,dao, sao,la,h_dao,mi, sao,h_mi,h_re,h_dao, sao,la,mi, sao,la,h_dao,mi, sao,h_mi,h_re,h_dao, sao,la,h_dao,sao,mi,sao,la,sao,h_dao,h_dao,dao, sao,mi,sao,la,sao,h_re,h_re,dao, sa