基于单片机的音乐盒的设计和实现.doc

沈阳航空航天大学

课 程 设 计 报 告

课程设计名称：单片机系统综合课程设计
课程设计题目：基于51单片机音乐盒设计与实现

目 录

第1章 总体设计方案 1
1.1 设计原理 1
1.2 设计思路 1
1.3 实验环境 1
第2章 详细设计方案 2
2.1 硬件电路设计 2
2.2 主程序设计 5
2.3 功能模块设计与实现 5
第3章 成果测试及分析 9
3.1 成果测试 9
3.2 成果分析 9
参照文献 10
附录1：元件清单 11
附录2： 总电路图 12
附录3： 程序代码 13

第1章 总体设计方案
1.1 设计原理
电子音乐已广泛地应用于社会生活各个领域。其类型从音乐卡片到CD、MP3 等各种各样，制作原理也各不相似。声音是通过振动产生。单片机对某一I/O引脚以一定频率循环置1和清0，这一引脚便产生一定频率方波，该方波通过放大后作用于扬声器便产生一定频率声音。若变化输出方波频率，产生声音也就变化了。通过控制输出方波时间长短,声音长短也就得到控制。因而，依照乐谱，单片机就可产生电子音乐。音乐中最核心两个要素是音符和节拍。单片机控制音乐发生器系统由硬件电路和软件两某些构成。运用单片机控制电子音乐发生器软硬件上具备独特长处，系统开发周期短，成本低，电路制作容易。更换歌曲时，硬件电路无需作任何修改，只需修改软件即可实现。软件编程时，可用51系列单片机汇编语言。同步还可依照个人习好通过软件变化节拍延时时间，增长电子音乐趣味性。
1.2 设计思路
采用汇编语言程序设计办法结合硬件电路设计办法，运用Lab6000实验箱上已有芯片来实现音乐盒各项功能。
1) 提出方案
运用定期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，然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相就可在I/O脚上得到此频率脉冲。当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同步在LCD显示歌曲序号和歌曲名称。
2) 总体方案实现
(1)要产生音频脉冲，只要算出某一音频周期(1/音频)，然后将此周期除以2,即为半周期时间，运用定期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，然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相，就可在I/O脚上得到此频率脉冲。
(2)运用8051内部定期器使其工作在计数器模式MODE1下,变化记数值TH0及TL0以产生不同频率办法。例如频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒,因而只要令计数器定期956/1=956在每记数9次时将I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。
1.3 实验环境
硬件环境：Lab6000实验箱，PC机。
软件环境：Wave应用软件。

第2章 详细设计方案
2.1 硬件电路设计
硬件电路设计需要借助Protel软件来实现。基于单片机音乐盒硬件电路设计是由8751单片机芯片、晶振电路、键控电路、播音电路和显示电路几某些构成，总体框架图如图2.1所示。

图2.1 硬件电路连线图
1） 单片机电路设计
图2.2是8751单片机图，8751单片机是把那些作为控制应用所必须基本内容都集成在一种尺寸有限集成电路芯片上，除模仿比较器外其内部构造与8051内部构造基本一致。如果按功能划分，它由如下功能部件构成，即微解决器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定期器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本构造仍旧是CPU加上外围芯片老式构造模式。但对各种功能部件控制是采用特殊功能寄存器集中控制方式。在8751单片机中存在中断源，其中有两个外部中断源、两个内部中断源和一种串行中断源。通过TXAL1 与TXAL2输入时钟信号，通过p0.0~p0.7输出控制现实控制信号显示，通过P1.0输出控制蜂鸣器发声，有INT0，INT1，T1分别作为上一曲、下一曲和开始暂停控制输入。

图2.2 8751单片机
2） 键控电路设计
如图2.3控制电路所示，下一曲按键与单片机INT1相连、上一曲按键与INT0相连、开始/暂停键与T1相连。当电键按下时接口接低电平，从而实现对音乐播放器控制。下一曲按键接通实现下一曲更换，上一曲按键接通实现上一曲更换，开始/暂停按键接通实现开始/暂停操作。

图2.3 键控电路
3） 显示电路设计
如果所有发光二极管阴极接在一起，称之为共阴极构造，则数码管显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光；使用时管子上下端正中间两个或者一种（内部公共端已经接在一起）接线端接低电平，其他每段显示如图2.4所示。 本次课设通过单片机P0.0-P0.7分别与数码管a、b、c、d、e、f、g、dp间接连接，从而显示播放音乐序号。

图2.4 数码管
4） 晶振电路设计
如图2.5所示，晶振电路由两个22pF电容和一种6Mhz晶体振荡器构成。图中第一条输入线与8751单片机X1相连接，图中第二条输入线与单片机X2相连接。晶振电路为单片机提供时间信号，为音乐播放节拍控制提供基本时间单位。

图2.5 晶振电路
5） 播音电路设计
如图2.6播音电路所示，播音电路是由数字扬声器连接p1.0接口实现音乐输出。如果通过p1.0直接接通扬声器，必定不会发出音乐，这里还需要通过一种三极管将电流放大，然后通过单片机调用相应程序，并将音乐信号由p1.0口输出，驱动扬声器发出美妙音乐。

图2.6 播音电路

2.2 主程序设计
主程序实现对单片机进行初始化后，进入曲目辨认子程序，进行歌曲曲目判断。拟定歌曲曲目后，数码管再进行显示。然后，子程序对与否播放进行循环判断，得到播放中断指令后再进行播放。
执行播放后，关闭数码管显示并调用查表子程序进行播放音乐。在播放音乐过程中，查表子程序循环判断音乐与否结束。当音乐结束时，程序跳转回曲目辨认子程序。
主程序流程图如图2.7所示。

图2.7 主程序流程图
2.3 功能模块设计与实现
功能模块涉及，对开始/暂停，上一曲，下一曲三个中断子程序设计，详细设计与实现如下几点所示：
1）播放/暂停子程序功能模块设计与实现
播放/暂停在程序运用内部中断T0口。将T0口设为计数中断并工作在方式2下。标记符初值赋值为R1=00H，计数初值设为TH0=0FFH,TL0=0FFH。当按键第一次产生中断信号时，播放/暂停子程序变化标志符R1，将其赋值为01H。此时播放器由暂停状态进入播放状态。当按键第二次产生中断信号时，播放/暂停子程序判断R1与否为02H后，将R1再次赋值为00H。此时，播放器由播放状态进入暂停状态。详细流程图如图2.8所示。

图2.8 播放/暂停子程序功能图

2）曲目选取子程序功能模块设计与实现
曲目选取子程序分为上一曲子程序和下一曲子程序。上一曲和下一曲功能实现方式类似，分别由外部中断和外部中断。下面以实现上一曲功能为例：一方面设立标记符R7初始值为00H。当按键产生中断信号，上一曲中断子程序变化标记符R7值为01H并变化曲目R0值。播放子程序判断出标记符R7变化后，先将R7赋值为00H，然后跳转到曲目辨认子程序。详细流程图如图2.9所示。

图2.9 曲目选取子程序功能图

第3章 成果测试及分析
3.1 成果测试
音乐播放器较好实现了播放/暂停、上一曲、下一曲功能，并满足了数码管显示特殊规定。 音效良好，能较好听出乐曲曲名。固然设计音乐播放器也存在着局限性之处。8位LED数码管只能显示10以内歌曲曲目，超过10将无法显示。
3.2 成果分析
调试过程中所遇到问题：
（1）在歌曲中，当遇到一种音符发音为4拍，在编曲中为*CH，因时间较长，当定期器T1此时来中断时，就会对歌曲播放产生影响，若改为发音一拍，中断对歌曲播放影响削弱，但音乐效果变差。
改进方案：若采用可以定期时间更长单片机，可以避免所有问题。
（2）数码管显示时间与真正时间进度不一致。
因素分析：定期器初值设立有误。本次设计晶振为6MHZ，而程序中初值却设立成了6MHZ晶振所采用值5000，导致显示时间比真正时间要慢。

参照文献
[1]王爱英.计算机构成与设计 [M]. 北京：教诲出版社，
[2]杨素行.微型计算机系统原理及应用 [M]. 北京：清华大学出版社，1996
[3]张雪兰.汇编语言程序设计 [M]. 北京：清华大学出版社，
[4]龚尚福.微机原理与接口技术 [M]. 西安：西安电子科技大学出版社，
[5]王中民.微型计算机原理 [M]. 西安：西安电子科技大学出版社，
[6]沈美明，温冬婵.IBM-PC汇编语言程序设计[M]. 北京：清华大学出版社，200
附 录1 元件清单
名称
数量（个）
型号
备注
电阻
3

数码管
1
7SEG-DIGITAL

开关
3

BUTTON
单片机
1
AT89C51

三极管
3
2N3906

扬声器
1

SPEAKER
电源
2

5V
电容
3

22pf(2个)
晶振
1

CRYSTAL
译码器
1
74LS138

地址锁存器
1
74LS373

七路反向器
1
ULNA

三态反向八D锁存器
1
74LS374

附 录2 总电路图

附 录3 程序代码
N EQU 3
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP LAST_SONG
ORG 000BH
AJMP F_T0
ORG 0013H
AJMP NEXT_SONG
ORG 001BH
AJMP START_PAUSE
ORG 0030H
MAIN：
MOV DPTR,#TABLE
MOV R0,#30H
MOV R5,#00H
MOV R6,#1
SET_TAB:
MOV A,R5 ;设立每首歌曲入口信息，存储在以30H开始存储单元中。
MOVC A,@A+DPTR
MOV @R0,A
INC R5
INC R0
MOV A,R5
MOVC A,@A+DPTR
MOV @R0,A
INC R5
INC R0
MOV A,R5
MOVC A,@A+DPTR
MOV @R0,A
INC R0
INC R5
MOV A,R5
MOVC A,@A+DPTR
MOV @R0,A
INC R0
INC R5
INC R6
CJNE R6,#N+1,SET_TAB
;***********************************
MOV TMOD，#61H
MOV TH1,#0FFH
MOV TL1,#0FFH
SETB ET1
SETB ET0
SETB PT1
SETB IT0
SETB IT1
SETB EX1
SETB EX0
SETB EA
SETB TR1
SETB P1.0

CLR F0 ;设立F0=0，用来作暂停/播放标置位用
MOV 22H,#01H
MOV DPTR,#OUT_TAB
MOV A,22H
MOVC A,@A+DPTR
MOV DPTR,#8004H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#8002H
MOV A,#01H
MOVX @DPTR,A
MOV R7,#00H
START0:
MOV R4,#00H
MOV R0,#30H
MOV A,R7 ;将歌曲节拍表入口地址送到DPTR
ADD A,R0
MOV R0,A
MOV DPH,@R0
INC R0
MOV DPL,@R0
INC R0
MOV A,R4
INC R4
MOVC A,@A+DPTR ;取出第一节拍数
MOV 26H,A ;将取出音符数+节拍数保存在职26H单元中
NEXT:
MOV R0,#30H ;开始取出歌曲第一种数据
MOV A,R7
ADD A,R0
MOV R0,A
MOV DPH,@R0
INC R0
MOV DPL,@R0
INC R0
MOV A,R4
INC R4
MOVC A,@A+DPTR
JZ END0
MOV R1,A ;不为0，取出节拍数
ANL A,#0FH
MOV R2,A
MOV A,R1
SWAP A
ANL A,#0FH
JNZ SING
CLR TR0
SJMP SING1
SING：DEC A ;开始唱,进行相应数据解决
MOV R3,A
RL A
MOV DPH,@R0
INC R0
MOV DPL,@R0
INC R0
MOVC A,@A+DPTR
MOV 21H,A
MOV TH0,A
MOV A,R3
RL A
INC A
MOVC A,@A+DPTR
MOV 20H,A
MOV TL0,A
SETB TR0
SING1:LCALL DELAY
JB F0,L1
AJMP NEXT
L1： CLR TR0
JB F0,$
AJMP NEXT
END0：CLR TR0
MOV A,22H
CJNE A,#N,L2
MOV 22H,#01H
MOV R7,#00H

MOV DPTR,#8004H
MOV A,#06H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#8002H
MOV A,#01H
MOVX @DPTR,A

AJMP L3
L2: MOV A,R7 ;没有所有唱完，唱下一首,歌曲入口信息调节
ADD A,#4
MOV R7,A
INC 22H
CLR EA
PUSH DPH
PUSH DPL
MOV A,22H
MOVC A,@A+DPTR
MOV DPTR,#8004H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#8002H
MOV A,#01H
MOVX @DPTR,A
POP DPL
POP DPH
L3： SETB EA
AJMP START0
F_T0： MOV TH0,21H ;定期器0置初值
MOV TL0,20H
CPL P1.0
RETI
;********************************************
NEXT_SONG：PUSH ACC ;下一曲中断程序解决，保护现场
PUSH DPH
PUSH DPL
CLR EA
MOV A,22H
CJNE A,#N,L4
MOV R7,#00H
MOV 22H,#01H
AJMP BACK
L4： INC 22H
MOV A,R7
ADD A,#4
MOV R7,A
BACK： MOV R4,#00H
MOV DPTR,#OUT_TAB
MOV A,22H
MOVC A,@A+DPTR
MOV DPTR,#8004H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#8002H
MOV A,#01H
MOVX @DPTR,A

MOV B,R0 ;对下首要演唱歌曲几分拍进行调节,同步对R0中内容进行保护
MOV R4,#00H
MOV R0,#30H
MOV A,R7
ADD A,R0
MOV R0,A
MOV DPH,@R0
INC R0
MOV DPL,@R0
INC R0
MOV A,R4
INC R4
MOVC A,@A+DPTR
MOV 26H,A
DEC R4
MOV R0,B

POP DPL
POP DPH
POP ACC
SETB EA
RETI
;********************************************
LAST_SONG：PUSH ACC
PUSH DPH
PUSH DPL
CLR EA
MOV A,22H
CJNE A,#1,L5
MOV 22H,#N
MOV B,#4 ;将R7指向最后一首歌曲
MOV A,#N-1
MUL AB
MOV R7,A
AJMP BACK2
L5： DEC 22H
MOV A,R7
SUBB A,#4
MOV R7,A
BACK2： MOV R4,#00H
MOV DPTR,#OUT_TAB
MOV A,22H
MOVC A,@A+DPTR
MOV DPTR,#8004H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#8002H
MOV A,#01H
MOVX @DPTR,A

MOV B,R0
MOV A,R7
ADD A,R0
MOV R0,A
MOV DPH,@R0
INC R0
MOV DPL,@R0
INC R0
MOV A,R4
INC R4
MOVC A,@A+DPTR
MOV 26H,A
DEC R4
MOV R0,B
POP DPL
POP DPH
POP ACC
SETB EA
RETI
;********************************************
START_PAUSE:
CPL F0
JB F0,RETURN ;F0为1，停止
SETB TR0
RETURN： RETI
DELAY：MOV 27H,26H
D2： MOV 28H,#100
D3： MOV 29H,#200
DJNZ 29H,$
DJNZ 28H,D3
DJNZ 27H,D2
DJNZ R2,DELAY
RET
OUT_TAB:
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,73H ;共阴数码管显视用

TABLE： DW SONG1,TABLE1,SONG2,TABLE2,SONG3,TABLE3
TABLE1:
DW 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030
DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524
SONG1:
DB 04H
DB 32H,54H,52H,32H,54H,52H,32H,12H,12H,32H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB 0C2H,32H,32H,12H,21H,31H,24H,32H,34H,0D2H,0C2H,14H,14H,32H,52H,52H,32H,52H,54H,32H,34H,31H,21H,12H,24H,24H
DB 34H,0E2H,0C2H,0D1H,0E1H,0D4H,12H,0E2H,32H,32H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H,0D2H,0E2H,32H,32H,0E2H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H
DB 22H,0D1H,11H,0E2H,0D2H,0C4H,0C4H,32H,52H,52H,32H,62H,5H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,31H,31H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H
DB 32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,34H,34H,32H,52H,52,32H,62H,51H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,32H,12H,32H,32H,54H,52H
DB 32H,52H,52H,31H,31H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14H
DB 00H
TABLE2:
DW 63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777
DW 64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178
SONG2:
DB 02H
DB 04H,94H
DB 0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02H
DB 0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4H
DB 04H,0C2H,0C2H,0D4H,0C2H,0D2H,0D8H,0D4H,0D2H,92H
DB 0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02H
DB 0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,0E8H,0D8H
DB 00H
TABLE3:
DW 64898,64968,65030,65086,65135,65158,65199,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64862
SONG3:
DB 03H
DB 04H,04H,0C2H,14H,12H,12H,12H,11H,11H,0C2H,0D1H,0E1H,14H,14H,02H,32H,12H,21H,31H,52H,51H,51H,54H
DB 32H,31H,31H,12H,11H,31H,52H,51H,31H,24H,24H,24H,64H,54H,24H,34H,52H,34H,52H,32H,21H,31H,12H,11H,21H,34H,04H
DB 52H,51H,0D1H,12H,12H,32H,31H,31H,52H,51H,51H,22H,22H,22H,0D2H,0D1H,0D1H,24H,22H,0C2H,14H,12H,12H,34H,32H,32H,54H,54H,54H,54H
DB 00H
END

课程设计总结：
说实话，这是第一次系统全面接触这一类问题。对我来说是一种很难得锻炼机会，但同步也是一种挑战，也是一种对我此前所学知识检查。
这次课程设计较好地协助我复习了此前所学数电、模电以及电路原理有关知识。更协助我更好地理解了单片机程序设计某些指令代码，让我明白了某些此前比较模糊知识。明白了七段数码管接线某些注意点。除了学习上有所收获之外我也明白了某些道理。在做事时朋友之间应当互相协助。在设计过程中，我遇到了诸多困难，在同窗协助下，我解决了它们，同步我也协助别人解决了不少问题。
这次课程设计让我明白了做事要精益求精，不能差不多就行。必要要做到最佳，不能将就。
在设计时我遇到最大问题是七段数码管接线问题，在第一次调试时音乐可以正常播放，但是七段数码管显示总是不对，在检查电路板之后，发现时七段数码管接线有几种错了。通过同窗指引，我顺利完毕了七段数码管接线。当听到我音乐盒播放出音乐时，发自内心产生一种优越感，感觉这些天付出真很直。在后来学习中，我会以此为动力，锻炼自己动手能力。在此更要感谢教师和同窗协助。
指引教师评语：

指引教师(签字)：　　　　　　 年 月 日

课程设计成绩