单片机控制音乐播放-开题报告.doc

南昌大学共青学院本科生毕业论文（设计）开题报告
论文题目
单片机控制音乐播放
课题性质
基础研究 应用课题 设计型 调研综述 理论研究
学生姓名
张亚峰
指导教师
王乐平
学 号
8110109053
专 业
电子信息工程
系 别
信息工程系
班 级
09电信本
一、研究目的及意义
近年来随着科技的飞速发展，单片机控制的音乐播放器正在不断的深入。我们的生活越来越需要音乐的融入单调的声音开始被更换，例如闹钟的闹铃，手机的彩铃，甚至坐电梯时也可以加入音乐的元素。单片机以其自身的优势进入这些系统的内部控制，本次课程设计就STC89C51单片机的优势在这些方面的应用，降低经济投资和体积，提高控制音乐的操作性，已求达到完美的效果。
本次课程设计是基于STC89C51单片机设计的一个音乐播放器通过单片机音乐播放器系统设计和研究，对于切实掌握单片机相关知识具有重要的理论和实际意义。这次课程设计的音乐播放器是软件和硬件的结合，不同音符表现形式就是不同频率地声音。通STC89C51过单片机产生不同的频率的脉冲信号，通过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐优美动听的乐曲。根据节拍给出该音阶持续的时间，最终实现播放简单歌曲的功能。为人们生活的改善提供了可靠，方面，廉价的方法。
单片机STC89C51作为硬件核心控制部件，结合三极管作为放大器，数码管构成典型的显示电路，按键作为输入部分以及其他外围设备组成的音乐播放系统。 根据音乐演奏控制器所要实现的显示与选曲及音乐产生功能原理，系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。其中，AGAIN按键具有开启播放曲子和重复播放当前曲子的功能，FORM按键具有播放前一曲的工能，NEXT按键具有播放后一曲的功能，RES键具有播放前一曲的功能。所设计音乐播放器可以播放多首音乐，曲目选择可以由键盘控制，并通过显示器使其显示歌曲序号。 设计的音乐演奏控制器是通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音节的声音，再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍。同时设置按钮使所设计的程序能在三到四首歌曲之间进行选曲，设计显示器使其显示歌曲序号。
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。乐曲中，每一音符对应着确定的频率，我们可以参照给出的各音符频率及其相应的时间常数来编写程序。根据表中所提供的常数，将其16进制代码送入芯片里，可以奏出音符。音符的节拍我们可以用定时器T0来控制，送入不同的初值，就可以产生不同的定时时间。便如某歌曲的节奏为每分钟94拍，即一拍为0.64秒。其它节拍与时间的对应关系也可以从两者关系表中得到。 定时器T0工作在定时方式1，改变TH0及TL0，产生不同的音频频率。要编写的乐谱按要求以音符字节数据表的形式存放在程序中，改变乐曲就是通过改变该数据表的内容来实现的。主程序的任务是按顺序读取数据表中的字节，根据情况调用音级子程序和音长子程序，启动定时器T0进行工作。利用延时程序控制矩形波的高、低电平持续时间，即改变矩形波的频率，即可产生不同的音调，从而发出不同的声音，再让矩形波输出的长短对应节拍，就可以实现单片机对音乐的演奏。单片机奏乐只需弄清楚两个概念，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。由于各个音调对应的频率是已知的，因此，播放音乐时，应对乐曲中出现的音调进行编码，并找出单片机播放这些音调所对应的定时初值。这样，任意一首乐曲的简码都可以通过乐谱提取软件获得，而得到简码后，就可以编程了。

学生签名： 张亚峰 2012年11 月7日
二、国内外相关研究现状
随着以法、德、意为代表的欧洲和以美国为代表的电子音乐、计算机音乐早期的大力发展，国际上许多国家纷纷开始引入电子音乐研究与创作。因此，电子音乐创作作为音乐科技领域发展的重要标志，在风格上也体现出比以往任何时代都鲜明的个性化特征。六十年代，美国物理学家Robert Moog 研制出了小型实用的电子合成器。从此，首先在欧美地区，合成器作为新型的乐器被音乐家尤其是流行音乐家所采用并飞快的流行开来。由于美国雄厚的经济和科技基础，在早期计算机音乐获得巨大成功后，越来越多的音乐家和科学家步入到计算机音乐的研究与开发的领域中来，他们一起工作、共同开展研究，许多新产品和新设计不断涌现音乐发生器的扩展音乐发生器的扩展音乐发生器的扩展音乐发生器的扩展熟练的运用89C51单片机定时器产生固定频率的方波信号，推动喇叭发出旋律，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律，最重要的是自己还可以通过程序设计输入自己喜欢的歌曲来演奏中，本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方便设计音乐旋律，可以扩充其功能如下: 1. 可以按照歌曲的序号来播放歌曲； 2. 可以显示播放中歌曲的序号； 3. 可以存储多首歌曲；

三、研究内容
本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。本设计是以STC89C51芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。
1、利用按键切换演奏出不同的乐曲。扬声器发出乐曲，使用5个按键，两个用来切换歌曲，一个用来启动，一个用来停止，另一个是复位。
2、用protel 99se设计电路图。
3、歌曲可以自己随意的写进音乐盒中。
4、由于歌曲的内存比较大，单片机内存小，将两块单片机一同使用，两者可以通讯。
5、数码管显示当前播放的是哪一首歌曲。
我根据网上提供的资料，用C语言写了一个《八月桂花香》的音乐控制。
     音调是由不同的频率产生的，而每一个音调都是由一个音符和一个节拍组成，音符决定该音调的高低，节拍则决定了该音调是多少拍。因此，一个音调是由两个字节组成的。根据音符字节 产生该大小次数的延时，声音输出口取反，就可以得到该音调的高低音。根据设置单位节拍的延时大小，可以控制音乐演唱速度。
     因此算法很简单：定义单片机的一个I/O端脚为声音输出口，在规定的节拍内，根据音符字节的大小产生延时，将声音输出口不断的置高置低（即取反），就可以得到该音调。只要选取合适的单位节拍延时，就可以输出动听的音乐。
算法流程图如下图1所示
图1

四、研究方法
方案一 方案设计
采用51系列作为系统控制器，单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积较小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域应用广泛。而且抗干扰性能好。
采用LED数码管控制用单片机，显示用LED数码管这种方案。虽然显示的内容有限，但是也可以显示数字和几个英文字母，在这个设计中已经足够了，并且价格比液晶字符式要低的多，为了控制设计制作的成本，在此设计中我们选用LED数码管显示。
方案二 方案设计
采用凌阳系列单片机为系统的控制器，凌阳系列单片机可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性。凌阳系列单片机提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。
采用液晶字符显示器，控制用单片机，显示用液晶字符式，可以用软件达到很好的控制，硬件不复杂，液晶字符显示器可以显示很丰富的内容，但是液晶字符式价格昂贵，在本设计中不需要用到复杂的显示内容，因此我们放弃了此方案。
因51单片机价格比凌阳系列低得多，且本设计不需要很高的处理速度，从经济和方便使用角度考虑，本设计选择了方案1。
经过反复论证，最终确定了如下方案：
1.主控制器：选用两片51内核的单片机作为主控制器。
主控机：负责显示状态，检测按键以及向下位机传输数据。
音乐机：在接受到上位机的引号后产生一定频率方波从而发声。
2.外设装置：这部分是由按键、数码管、LED、扬声器等组成。

五、工作进度：
1、2012.10—2012.11，查阅资料和文献，提交开题报告。
2、2012.11—2012.12，完成毕业论文的初稿。
3、2012.12—2013.2，完成毕业论文二稿。
4、2013.2—2013.5，完成毕业论文的设计三稿并完成实物的调试。

六、参考文献：
[1] 郑郁正.单片机原理及应用.四川大学出版社.2003.
[2] 刘建清.轻松玩转51单片机C语言.北京航空航天大学出版社.2011.
[3] 王港元.电工电子实践指导.江西电子科学技术出版社.2007
[4] 阎石.数字电子技术基础第五版.高等教育出版社,2006.
[5] 谭浩强.C程序设计第四版.清华大学出版社.2010.
[6] 张鑫.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社.2005
[7] 李玉梅.基于MCS-51系列单片机原理的设计应用[M].北京:国防工业出版社.2006
[8] 吴金戌．8051单片机实践与应用［M］．清华大学出版社.2003．
[9] 戴梅芳．微型计算机技术及应用［M］．清华大学出版社.1996．
[10] 徐爱卿．单片微型计算机应用和开发系统［M］．北京航空航天大学出版社. 1998

指导教师意见：

指导教师签名： 年 月 日

所在教研室意见：

教研室签章： 年 月 日

填写说明
1.指导教师意见填写对本课题的深度、广度及工作量的意见和对论文结果的预测；
2.所在教研室审查意见包括对指导教师意见的认定和是否同意开题等；
3.本开题报告打印存档，但签名部分必须由指导教师或学生亲笔签名。