单片机数字音乐盒优秀课程设计.doc

数字音乐盒设计摘 要伴随人类社会发展，大家对视觉、听觉方面享受提出了越来越高要求。小小音乐盒能够给大家带来美好回想，提升大家精神文化享受。传统音乐盒，多是机械型，体积粗笨，发音单调，不能实现批量生产。本设计是一个基于AT89C51系列单片机音乐盒。该音乐盒关键由按键电路、复位电路、时钟电路、显示电路和蜂鸣器组成。使用四个按键控制音乐盒，其中两个按键用来控制歌曲播放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序改变，本音乐盒共有三首歌曲。播放歌曲时，对应歌曲对应对应数码管上歌曲次序及歌名显示。关键词： AT89C51,蜂鸣器，LCD液晶显示 目 录1绪论41.1 课题描述41.2 基础工作原理及框图42 相关芯片及硬件电路设计42.1 AT89C51芯片42.1.1 AT89C51功效特征52.1.2 AT89C51关键性能参数52.2 晶振电路62.3 复位电路62.4 驱动电路72.4.1 蜂鸣器82.4.2 续流二极管82.4.3 滤波电容82.4.4 三极管82.5 显示电路92.5.1 线段显示92.5.2 字符显示92.6 按键电路103 系统软件设计103.1 软件设计程序步骤图103.2 节拍确实定113.3 编码123.4 仿真12总 结15致 谢16参考文件17附录181绪论1.1 课题描述 伴随科学技术进步和社会发展，人类所接触信息也在不停增加而且日益复杂。面对浩如烟海信息，大家已经能够利用计算机等工具高效正确地对之进行处理，但要想将处理完信息立即，清楚地传输给她人，还必需经过寻求愈加卓越显示技术来实现。单片机技术和液晶显示技术结合，使信息传输交流向着智能可视化方向快速发展。小小音乐盒能够给大家带来美好回想，提升大家精神文化享受。传统音乐盒是机械型，体积粗笨，发音单调，不能实现批量生产。本文设计音乐盒是以单片机为关键元件电子式音乐盒，体积小,重量轻，能演奏和旋音乐，功效多，外观效果多彩，使用方便，并含有一定商业价值。1.2 基础工作原理及框图此次设计是一个基于AT89C51单片机音乐盒，该音乐盒关键由按键电路、复位电路、时钟电路、蜂鸣器和显示电路组成。使用其中两个按键来控制播放和暂停另外两个按键用来控制换曲。利在液晶上显示曲目标更换，共三首音乐，蜂鸣器每播放一首歌时液晶上显示相对应歌曲次序。系统组成框图图1。图1基础工作原理框图2 相关芯片及硬件电路设计2.1 AT89C51芯片图2 AT89C51引脚图2.1.1 AT89C51功效特征AT89C51提供以下标准功效：4K字节Flash闪速存放器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中止结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器立即钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选节电工作模式。空闲方法停止CPU工作，但许可RAM，定时/计数器，串行通信口及中止系统继续工作。掉电方法保留RAM中内容，但振荡器停止工作并严禁其它全部部件工作直到下一个硬件复位。2.1.2 AT89C51关键性能参数AT89C51关键性能参数以下：l 和MC51产品指令系统完全兼容l K字节可编程闪烁存放器 l 寿命：1000写/擦循环l 数据保留时间：l 全静态工作：0Hz-24Hzl 三级程序存放器锁定l 128*8位内部RAMl 32可编程I/O线l 两个16位定时器/计数器l 5个中止源 l 可编程串行通道l 低功耗闲置和掉电模式l 片内振荡器和时钟电路 2.2 晶振电路晶体振荡器，简称晶振，它能够等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容二端网络。晶振有一个关键参数，那就是负载电容值，选择和负载电容值相等并联电容，就能够得到晶振标称谐振频率。晶振在应用具体起到作用，微控制器时钟源能够分为两类：一个是皮尔斯振荡器配置，适适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一个为简单分立RC振荡器。RC振荡器能够快速开启，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率5%至50%范围内改变,震荡脉冲频fosc在0至24MHZ范围内改变。但其性能受环境条件和电路元件选择影响。图3为晶振电路。图3 晶振电路2.3 复位电路 单片机在开启时全部需要进行复位，以使CPU及系统各部件处于确定初始状态，并从初态开始工作。51系列单片机复位信号是从RST引脚输入到芯片内施密特触发器中。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，假如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就能够响应并将系统复位。单片机系统复位方法有：手动按钮复位和上电复位。图4为复位电路。图4复位电路2.4 驱动电路因为蜂鸣器工作电流通常比较大，以致于单片机I/O口是无法直接驱动（但AVR能够驱动小功率蜂鸣器），所以要利用放大电路来驱动，通常使用三极管来放大电流就能够了。 蜂鸣器驱动电路通常全部包含以下多个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。图5为蜂鸣器驱动电路。图5 蜂鸣器驱动电路2.4.1 蜂鸣器 发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或方波（无源蜂鸣器）就能够发声，其关键参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方法（直流/方波）等。这些全部能够依据需要来选择。 2.4.2 续流二极管 蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，所以必需有一个续流二极管提供续流。不然，在蜂鸣器两端会产生几十伏尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统其它部分。 2.4.3 滤波电容 滤波电容C1作用是滤波，滤除蜂鸣器电流对其它部分影响，也可改善电源交流阻抗，假如可能，最好是再并联一个220uF电解电容。2.4.4 三极管 三极管Q1起开关作用，其基极高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。2.5 显示电路2.5.1 线段显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示器有64行，每行有128列，每8列对应1字节8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元和显示RAM区1024字节相对应，每一字节内容和显示器上对应位置亮暗对应。比如屏第一行亮暗由RAM区000H00FH16字节内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成虚线。这就是LCD显示基础原理。2.5.2 字符显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，要找到和显示器幕上某多个位置对应显示RAM区8字节，还要使每字节不一样位为“1”，其它为“0”，为“1”点亮，为“0”不亮。这么一来就组成某个字符。但因为内带字符发生器控制器来说，显示字符就比较简单了，能够让控制器工作在文本方法，依据在LCD上开始显示行列号及每行列数找出显示RAM对应地址，设置光标，在此送上该字符对应代码即可。图6为显示电路。图6 显示电路2.6 按键电路P1.0-P1.5作为控制按键，其中P1.0-P1.1扫描行，P1.4-P1.5扫描列；可经过功效键选择乐曲、暂停、播放。图7为按键电路。图7 按键电路3 系统软件设计总体原理：播放一段音乐需要是两个元素，一个是音调，另一个是音符。首先要了解对应音调，音调关键由声音频率决定，同时也和声音强度相关。对一定强度纯音，音调随频率升降而升降；对一定频率纯音、低频纯音音调随声强增加而下降，高频纯音音调却随强度增加而上升。另外，音符频率有所不一样。基于上面内容，这么就对发音原理有了部分初步了解。音符发音关键靠不一样音频脉冲。利用单片机内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中止，然后控制P3引脚输出音乐。只要算出某一音频周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期时间，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I/O反相，然后反复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率脉冲。3.1 软件设计程序步骤图 步骤图图8所表示。图8 程序步骤图按下电源开关键后，整体电路开始运作，电源指示灯发光。此时，按下连接于P1.4和P1.5端口开关按键开始选曲，每按一下单片机将依序更换歌曲并在液晶上显示歌曲次序及歌名。歌曲次序及歌名将在数码管上以文字“1+歌曲名，2+歌曲名，3+歌曲名”形式循环展现。当开始按下连接于P1.0开关按键后，单片机将依序播放歌曲，按下P1.1开关按键后歌曲播放将暂停。3.2 节拍确实定 若要组成音乐，光有音调是不够，还需要节拍，让音乐含有旋律（固定律动），而且能够调整各个音快满度。“节拍”,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s，则1/4拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格要求，就像人心跳一样，大部分人心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听悦耳就好。音连续时间长短即时值，通常见拍数表示。休止符表示暂停发音。一首音乐是由很多不一样音符组成，而每个音符对应着不一样频率，这么就能够利用不一样频率组合，加以和拍数对应延时，组成音乐。了解音乐部分基础知识，我们可知产生不一样频率音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说，产生不一样频率脉冲是很方便，利用单片机定时/计数器来产生这么方波频率信号。所以，需要搞清楚音乐中音符和对应频率，和单片机定时计数关系。3.3 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,其它播放时间以这类推。音调作为编码高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就组成了一个编码。以0xff作为曲谱结束标志。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歌曲播放设计。先将歌曲简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsigned char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，接着找出对应值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出对应音调；接着分离出该数低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。3.4 仿真图9 仿真初始界面图10 仿真播放第一首图11 仿真播放第二首图12 仿真播放第三首总 结这次单片机课程设计相对来说，硬件部分是比较简单，关键是程序设计，因为需要计算频率和歌曲时间，用了两个定时器。另一个难点在于对音调和节拍了解，对于这个知识点我花了两天时间翻阅图书，最终明白了，对于音调和节拍编写。在大学课堂学习只是纯理论专业知识，而我们应该把所学用到现实生活中去，此次音乐盒设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后学习、生活中磨练自己，使自己适应社会猛烈竞争。经过此次课程设计，却改变了很多， 首先，对于硬件电路工作原理有了深入学习，一样就有了深入认识；其次，软件方面，在程序设计，程序调试方面全部学到了很多东西。致 谢经过近一个星期忙忙碌碌，这次单片机课程设计已经快要靠近尾声了。在这次单片机课程设计过程中，不管是在理论学习阶段，还是在设计选题、资料查询和撰写每一个步骤，我全部得到到了很多人悉心指导和帮助。首先，借此机会我向我们单片机讲课老师及课程设计指导老师表示衷心感谢，老师指导和帮助，是我顺利完成此次课程设计基础和前提。另外，感谢各位同学帮助和鼓励。同学之谊和手足之情，我将终生难忘！我愿在未来学习和研究过程中，以愈加丰厚结果来答谢曾经关心、帮助和支持过我全部老师、同学和好友。参考文件1 何立民. 单片机高级教程M北京：北京航空航天大学出版社，.3. 2 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社，.33 肖洪兵. 跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社，.8 4 夏继强. 单片机试验和实践教程M. 北京：北京航空航天大学出版社，.4 5于凤明单片机原理及接口技术M北京：中国轻工业出版社1998.5 6陈伟人. 单片微型计算机原理和应用M.北京：清华大学出版社, .5. 7李广第单片机基础M北京：北京航空航天大学出版社，1999.3. 附录总体电路图：图13 总体电路图程序：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar m,n; uchar i,timecount=0,timesec=0,timemin=0,timecheck=0;char r0=2;sbit beepIO=P30;typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;typedef bit BOOL ; sbit rs= P20;sbit rw = P21;sbit ep = P22;sbit pausekey=P11;uchar k,q,f;uchar code dis1 =1 ji mo sha zhou; uchar code dis2 = 2 tong hua;uchar code dis3 =3 qian nian lian;uchar code T492=0,0,0xF8,0x8B,0xF8,0xF2,0xF9,0x5B,0xF9,0xB7,0xFA,0x14,0xFA,0x66,0xFA,0xB9,0xFB,0x03,0xFB,0x4A,0xFB,0x8F,0xFB,0xCF,0xFC,0x0B,0xFC,0x43,0xFC,0x78,0xFC,0xAB,0xFC,0xDB,0xFD,0x08,0xFD,0x33,0xFD,0x5B,0xFD,0x81,0xFD,0xA5,0xFD,0xC7,0xFD,0xE7,0xFE,0x05,0xFE,0x21,0xFE,0x3C,0xFE,0x55,0xFE,0x6D,0xFE,0x84,0xFE,0x99,0xFE,0xAD,0xFE,0xC0,0xFE,0x02,0xFE,0xE3,0xFE,0xF3,0xFF,0x02,0xFF,0x10,0xFF,0x1D,0xFF,0x2A,0xFF,0x36,0xFF,0x42,0xFF,0x4C,0xFF,0x56,0xFF,0x60,0xFF,0x69,0xFF,0x71,0xFF,0x79,0xFF,0x81;uchar code music12=0,4, 22,4,22,4,17,4,15,4,15,4,17,12,15,4,15,2,17,2,15,4,13,4,13,4,15,12,0,4,20,4,20,4,20,4,17,4,20,4,20,4,20,4,17,4,22,4,17,4,17,4,15,4,15,4,17,12,22,4,22,4,17,4,15,4,15,4,17,12,15,4,15,2,17,2,15,4,13,4,13,4,15,12,20,4,20,4,20,2,17,2,17,4,20,4,20,4,20,2,17,2,17,2,17,2,24,4,20,4,20,2,17,2,17,4,20,4,22,12,17,4,22,4,25,4,25,4,17,4,22,4,25,8,24,4,22,2,24,2,22,4,20,4,15,4,17,12,15,4,15,4,15,4,10,4,15,4,17,4,20,8,17,4,24,4,24,4,20,4,15,4,17,12,17,4,22,4,25,4,25,4,17,4,22,4,25,8,29,4,27,2,29,2,27,4,25,4,25,4,27,12,29,4,29,2,27,4,25,4,27,6,27,2,25,4,24,4,20,4,20,2,17,2,20,4,20,2,22,2,22,16,0xFF,0xFF;uchar code music22=0,4, 16,6,19,2,19,6,16,2,14,6,0,10,16,6,19,2,19,6,16,2,14,8,0,8,26,8,21,6,24,2,23,6,21,2,19,8,21,16,0,8,16,6,19,2,19,6,16,2,14,8,0,8,26,8,21,6,23,2,21,14,24,6,23,2,21,6,19,2,16,6,14,2,13,8,14,16,0,4,19,6,19,2,21,6,21,2,23,8,21,4,0,4,19,6,19,2,16,6,19,2,16,8,14,6,0,4,19,6,19,2,21,6,21,2,23,8,21,4,0,4,19,6,19,2,16,6,19,2,16,8,14,6,0,4,26,16,21,4,26,4,21,4,26,16,21,4,26,16,0,4,16,8,16,8,14,8,16,8,21,4,26,4,21,4,26,4,0,8,16,8,16,8,14,8,16,8,21,4,26,4,21,4,26,4,0,8,19,8,19,6,21,2,16,8,0,8,19,6,21,2,19,6,21,2,16,8,0,8,21,8,26,8,21,4,24,12,23,6,21,2,19,8,21,16,14,4,21,4,14,4,19,4,16,6,14,2,13,8,14,16,0xFF,0xFF;uchar code music32=0,4,27,4,19,4,19,4,27,4,26,4,26,2,27,2,24,8,22,4,17,4,24,4,22,4,19,16,15,4,12,4,12,4,15,4,17,8,19,8,26,6,26,2,26,4,24,4,24,4,19,4,19,8,27,4,19,4,19,4,27,4,26,4,26,2,27,2,24,6,24,2,22,4,17,4,24,4,22,4,19,16,15,4,12,4,12,4,15,4,17,8,19,8,19,6,19,2,19,4,17,4,14,4,14,4,14,4,7,4,12,24,0xFF,0xFF;uchar timetable =00:00;void delay(uchar p) uchar i,j; for(;p0;p-) for(i=181;i0;i-) for(j=181;j0;j-);BOOL lcd_bz()BOOL result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result = (BOOL)(P0 & 0x80);ep = 0;return result; void lcd_wcmd(BYTE cmd)while(lcd_bz();rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();P0 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;void lcd_pos(BYTE pos)lcd_wcmd(pos | 0x80);void lcd_wdat(BYTE dat)while(lcd_bz();rs = 1;rw = 0;ep = 0;P0 = dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0; void lcd_init()lcd_wcmd(0x38);delay(1);lcd_wcmd(0x0c);delay(1);lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1); void pause() uchar i,j; for(i=150;i0;i-) for(j=150;j0;j-); void timecount_init() interrupt 3 TH1=(65535-45872)/256; TL1=(65535-45872)%256; timecount+; if(timecount=20) timesec+;timecount=0;if(timesec=60)timesec=0;timemin+; void adfa() interrupt 0 timesec=0; timemin=0; r0+; delay(5); if(r011) r0=11; void adfii() interrupt 2 if(pausekey=0) beepIO=0; while(pausekey=0); while(pausekey=1); while(pausekey=0); delay(8); else timesec=0; timemin=0; r0-; delay(5); if(r0=0) r0=1;void T0_int() interrupt 1 beepIO=!beepIO; TH0=Tm0; TL0=Tm1;void zhuanhuan()timetable3=timesec/10+0;timetable4=timesec%10+0;timetable2=:;timetable0=timemin/10+0;timetable1=timemin%10+0;void timedis()if(timecheck!=timesec)timecheck=timesec;zhuanhuan();lcd_pos(0x49);lcd_wdat(timetable0);lcd_wdat(timetable1);lcd_wdat(timetable2);lcd_wdat(timetable3);lcd_wdat(timetable4);void main() uchar i=0,lcd_check=0; TMOD=0x11; TH1=(65535-45872)/256; TL1=(65535-45872)%256; PX0=1; PX1=1; EX0=1; EX1=1; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR1=1; pausekey=1; lcd_init(); while(1) if(r0=0) delay(1);lcd_pos(0); i = 0; while(dis1i != 0) lcd_wdat(dis222i); i+; if(r0=1) timedis(); if(lcd_check!=r0)lcd_wcmd(0x01); delay(1);lcd_check=r0;lcd_pos(0); i = 0; while(dis1i != 0) lcd_wdat(dis1i); i+; m=music1i0;n=music1i1; if(m=0x00) TR0=0;delay(n);i+;/ else if(m=0xFF) TR0=0;delay(30);i=0;timesec=0;timemin=0;/ else if(m=music1i+10) TR0=1;delay(n);TR0=0;pause();i+; 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