学位论文—--基于单片机的音乐盒设计.doc

课程设计（论文）

课程名称： 单片机原理及应用
题 目： 音乐盒设计
院 （系）： 信控学院
专业班级： 自动化1103
姓 名： 艾新乐
学 号： 110610310
指导教师： 张晓群

2013年 6月18日

西安建筑科技大学大作业（论文）
西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书
专业班级：自动化1103 学生姓名：艾新乐 指导教师（签名）：
1、课程设计（论文）题目
音乐盒设计
2、本次课程设计（论文）应达到的目的

课程设计的基本教学目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力以及科技写作或设计能力。要求学生在做课程设计的过程中要有意识地培养自己的实际能力。通过本次课程设计的实践，了解单片机工作的原理及应用技术，掌握根据硬件电路设计软件的方法，了解设计过程中的各个基本环节，也为今后的实际应用奠定基础。

3、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）
设计任务：设计一个以单片机为核心的数字音乐盒。完成原理图设计，软件编制及设计报告。具体要求如下：
1. 利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调。
2. 演奏的乐曲应不少于3首
3. 可通过功能键选择乐曲、播放、暂停。
4. 可在LCD显示器上显示乐曲序号

设计步骤：
1） 按照任务书的要求完成系统需求分析及功能定义。
2） 完成原理图设计。
3） 完成软件设计。
4） 完成代码编写。
5） 进行系统仿真调试。
6） 撰写设计报告。

4、应收集的资料及主要参考文献

1）《单片机原理及应用》 西安电子科技大学出版社 李建忠
2）《基于Proteus的单片机应用技术》 电子工业出版社 江世明

5、审核批准意见

教研室主任（签字）

设计总说明
本设计分析了基于单片机的音乐播放器的工作原理，大概介绍了音乐播放器的功能及其硬件设计和软件设计的方法，给出了基于MCS-51单片机的音乐播放器的具体实现方案并重点讲述了其硬件实现与软件编写，实现了单片机音乐播放器对音乐的播放。
音乐播放器是现在生活中必备品，本次设计最终采用按键来实行音乐的播放/暂停、上下曲转换以及歌曲曲目数字的显示。通过按键来改变歌曲，并且显示出相应歌曲的数字。电路相对简单，硬件较少。

关键字：音乐播放器 8051单片机 蜂鸣器 LED显示器

目 录

第1章 绪论 ………………………………………………………………………1
第2章 系统需求分析及功能定义…………………………………………………2
2.1系统需求分析……………………………………………………………………2
2.2 音乐播放器的功能………………………………………………………………2
2.3音乐播放器的组成………………………………………………………………2
第3章 硬件设计……………………………………………………………………3
3.1.晶振电路 ………………………………………………………………………3
3.2.复位电路……………………………………………………………………… 4
3.3.键盘部分……………………………………………………………………… 4
3.4.LED………………………………………………………………………………5
3.5.蜂鸣器部分…………………………………………………………………… 5
3.6.整体说明……………………………………………………………………… 5
第4章 程序功能说明………………………………………………………………6
第5章 程序流程图…………………………………………………………………7
结束语……………………………………………………………………………… 8
致谢………………………………………………………………………………… 9
参考文献……………………………………………………………………………10
附录…………………………………………………………………………………11

第 1页 共 27 页

第1章 绪论
随着科技的不断发展，目前市场上出现了许许多多的音乐播放器，人们对播放器的需求也越来越广泛，对其要求也越来越高。
目前单片机的应用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。
几千年来，各种乐器的发声无一不是依靠琴弦、簧片、哨片引起管柱振动而作为声源的。随着现代电子工业技术的飞速发展，一种用新的声源来制造音响的新型乐器脱颖而出，这就是目前人们熟知的电子音乐播放器。目前市场上的音乐播放器形形色色，例如大家所熟悉的MP3，随着电子技术的不断发展，音乐播放器的发展也会进一步发展。
《单片机原理及应用》是一门实践性很强的计算机专业基础课程，除了课堂理论学习之外，还必须有强有力的实验环节相配合，否则学习效果就会受到很大影响。所以配合该课程内容，我们已经在“开放式微机教学实验系统”（西安唐都科教仪器公司产品）上做了数码转换编程、运算类编程、分支程序设计、循环程序设计、子程序设计等纯汇编语言编程实验。为了使我们不但掌握单片机原理及接口技术的基本原理、基本分析及设计方法和技术，而且能够较熟练地加以综合运用，特安排本综合实验，以加强对学生接口电路硬件、软件的分析与设计能力的训练，进一步加深对课程内容的理解。
本课题即是在这种背景下，对基于MCS－51单片机的音乐播放器的设计与实现进行了硬件及软件的设计，并给出了一套完整的解决方案，实现了单片机音乐播放器对音乐的演奏。

第2章 系统需求分析及功能定义
2.1系统需求分析
系统除CPU核心部分外还需要与键盘连接以接收输入指令，连接LED显示器将要演奏的乐曲序号显示出来，通过连接扬声器使其发出音乐。
2.2 音乐播放器的功能
基于单片机的定时和控制装置在许多行业中有着广泛的应用，而音乐播放器是其应用之一。在基于单片机的音乐播放器电路中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。在本设计中，输入装置是按键开关，由于控制音乐播放器的运行模式，显示装置是LED七段数码管。
此次设计的音乐播放器要求具有以下功能：
1.音乐播放器按照从头到尾的顺序自动播放预先设定的乐曲，全部乐曲播放完毕则停止。
2.音乐播放器按照从头到尾的顺序自动循环播放预先设定的全部乐曲。
3.选定某一乐曲，随即输入选定乐曲的序列号，即按下数字键之一，音乐播放器对选定的某一乐曲开始循环播放。
4.选定某一乐曲，随即输入选定乐曲的序列号，即按下数字键之一，音乐播放器就从选定的某一乐曲开始播放，按照顺序自动播放到最后一首乐曲，乐曲播放完毕则停止。
5.当用户按下暂停键时，音乐播放器打断正在播放的某一乐曲，用户再次按下暂停键时，该乐曲继续播放。
6.当用户按下复位键时，音乐播放器终止正在播放的某一乐曲。
2.3音乐播放器的组成
根据系统音乐播放器的功能要求，一个完整的音乐播放器电路相当于一个简单的单片机系统，该系统由按键开关、单片机、LED显示电路、扬声器控制电路4个方面构成。
1.51单片机。51单片机为整个系统的核心部分，是带动整个系统工作的重要部件。
2.键盘输入。键盘输入用来控制输入指令，发出指令至单片机，使单片机按照指令工作。
3.扬声器。扬声器作为输出部分按照键盘给单片机的指令发出乐曲。
·LED显示电路。LED显示器也作为输出部分，按照键盘给单片机的指令，显示正在演奏的乐曲。

晶振电镀

AT89C51

蜂鸣器
复位电路

七段显示数码管LED

键盘电路

图2.3.1 系统总框图

第3章 硬件设计：
3.1.晶振电路
单片机需要一个时间基准来为各种操作提供秩序，此电路叫时钟电路，采用不同的接线方式可以获得不同时钟电路，有内部时钟电路和外部时钟电路,外部时钟电路会使电路复杂，故采用的是内部时钟电路。时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30uF。
3.2.复位电路
复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,如图2所示。RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.这次采用的是手动复位，复位通过电容C3，C4和电阻R1,R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。

图3.2.1 晶振电路和复位电路
3.3.键盘部分
键盘是由一组按压式或触摸式开关构成的阵列，是一种常用的输入设备。键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘两种。
（1）.编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码，这种键盘所需程序简单，但硬件电路复杂、价格昂贵通常不被单片机系统采用。
（2.）非编码键盘常用一些按键排列成行列矩阵，其硬件逻辑与按键编码不存在严格的对应关系，而要由所用的程序来决定。非编码键盘的硬件接口简单，但是要占用较多的CPU时间，通常采用可编程键盘管理芯片来克服这个缺点。本设计使用两种按键，一种是按键式非编码键盘和轻触式非编码开关。

图3.3.1 键盘电路
3.4. LED
七段显示器LED显示原理 用P1.0-P1.6控制七段码a,b,c,d,e,f

图3.4.1 LED显示电路
3.5.蜂鸣器部分
一般所指的蜂鸣器是以压电陶瓷为主要元件的。压电陶瓷是一类有将压力与电流相互转换能力的特殊陶瓷。这种能力缘于其特殊的晶体结构。当压电陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生形变时，它就会在内部产生一个电流，并且电流的变化与压力的变化密切相关。反之亦然。所以利用这一特性，在压电陶瓷上通过一定频率的电流，就会引起压电陶瓷微小形变，这一形变带动空气发生振动，如果频率适当，就可以被人耳所听见，也就是产生了蜂鸣声。
由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。
图3.5.1 蜂鸣器电路
3.6.整体说明
当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1,显示歌曲号。
（1） 硬件电路中用、分别接S1、S2作为上、下一曲的功能键
（2） 用P1.0-P1.6控制七段码a,b,c,d,e,f。
（3） 用P2.0口控制喇叭。
（4） 电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。

图3.6.1 音乐盒原理图

第4章 程序功能说明：
6.1.利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调。
6.2.演奏的乐曲应不少于3首
6.3.可通过功能键选择乐曲、播放、暂停。
6.4.可在LCD显示器上显示乐曲序号

第5章 程序流程图

开始
初始化
设置音节起始位置
设置节拍间距
读取音阶，音符
显示当前播放歌曲序号
节拍结束
音乐结束

图5.1 音乐播放流程图

结束语
学期学习单片机的课时不多，对单片机的硬件设计，软件设计掌握的深度不够，但通过此次课程设计，明显的改善了，首先对于硬件电路的工作原理有了进一步的学习，同时有了一个提升；软件方面，在程序的设计，程序的调试方面都有了很大的进步。在实验室呆了两天，对这门课程有了更深的认识，学到了许多在课堂中没有学过的。
通过这次课程设计，我体会到了成功的喜悦，听着自己设计的程序下载到单片机中播放出音乐,心理非常自豪。这次的课程设计在一定程度上改变了我学习单片机这门课程的态度，从最初的认为学它没有什么实际意义，到如今爱上单片机学习，并希望能将理论运用到实践，设计出更好更完整的系统。我明白了如果想要想做好一件事，就必须具备自信心，耐心，还要有毅力，要胆大心细，要勇于尝试，要手脑并用，最后才能完成一份满意的答卷。

致谢
本设计中的在整个调试过程中由于对MCS－51汇编语言及其软件编程的不够熟悉和proteus软件无法安装，导致出现的一些问题,致使刚开始无法正常工作，通过指导老师张晓群老师的悉心指导，我克服了一部分困难，使自身能力得到很大提高。在此我想衷心感谢张晓群老师，使我的课程设计得以顺利完成。

参考文献
[1] 李建忠 《单片机原理及应用》【M】 第二版 西安电子科技大学出版社 2012
[2] 刘波文 刘向宇 黎胜容 《51单片机C语言应用开发》【M】 北京航天航空大学出版社 2011
[3] 宋戈 黄鹤松 员玉良 蒋海峰 《51单片机应用开发范例大全》 【M】年 人民邮电出版社 2012
[4] 郭天祥 《单片机学习资料》【M】机械电子工业出版社 2007
[5]《基于Proteus的单片机应用技术》 【M】电子工业出版社 江世明
[6] 陈伟人 《MCS-51系列单片机实用子程序集锦》【M】 清华大学出版社 1993
[7] 何宏 《单片机原理及应用》【M】 清华大学出版社 2012

附录：
程序语言
OUT BIT P2.0
N EQU 6
OUT_NUM EQU P1
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP LAST_SONG
ORG 000BH
AJMP F_T0
ORG 0013H
Q4: AJMP NEXT_SONG
ORG 001BH
AJMP START_PAUSE
ORG 0030H
MAIN: MOV SP,#60H
MOV DPTR,#TABLE
MOV R0,#30H
MOV R1,#32H
MOV R5,#00H
MOV R6,#1 ;
SET_TAB: 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 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
CLR PT0
SETB PT1
SETB IT0
SETB PX0
SETB IT1
SETB PX1
SETB EX1
SETB EX0
SETB EA
SETB TR1
SETB OUT
;***********************************
CLR F0
MOV 22H,#01H
MOV DPTR,#OUT_TAB
MOV A,22H
MOVC A,@A+DPTR
MOV OUT_NUM,A
MOV R7,#00H
START0: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
NEXT: 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
;****************************************************
JZ END0
MOV R1,A
ANL A,#0FH
MOV R2,A
MOV A,R1
SWAP A
ANL A,#0FH
JNZ SING
CLR TR0
SJMP SING1
SING: DEC A
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,FOR
AJMP NEXT
FOR: CLR TR0
JB F0,$
AJMP NEXT
END0: CLR TR0
MOV A,22H
CJNE A,#N,WW
MOV 22H,#01H
MOV R7,#00H
MOV OUT_NUM,#11111001B
AJMP WWW
WW: MOV A,R7
ADD A,#4
MOV R7,A
INC 22H
CLR EA
PUSH DPH
PUSH DPL
MOV A,22H
MOV DPTR,#OUT_TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV OUT_NUM,A
POP DPL
POP DPH
WWW: SETB EA
AJMP START0
F_T0: MOV TH0,21H
MOV TL0,20H
CPL OUT
RETI
NEXT_SONG: PUSH ACC
PUSH DPH
PUSH DPL
CLR EA
MOV A,22H
CJNE A,#N,Q
MOV R7,#00H
MOV 22H,#01H
AJMP BACK
Q: INC 22H
MOV A,R7
ADD A,#4
MOV R7,A
BACK: MOV R4,#00H
MOV A,22H
MOV DPTR,#OUT_TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV OUT_NUM,A
;********************************************
MOV B,R0
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,QQ
MOV 22H,#N
MOV B,#4
MOV A,#N-1
MUL AB
MOV R7,A
AJMP BACK2
QQ: DEC 22H
MOV A,R7
SUBB A,#4
MOV R7,A
BACK2: MOV R4,#00H
MOV A,22H
MOV DPTR,#OUT_TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV OUT_NUM,A
;********************************************
MOV B,R0
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
START_PAUSE:CPL F0
JB F0,RETURN
SETB TR0
RETURN: RETI
DELAY: MOV 27H,26H
D2: MOV 28H,#125
D3: MOV 29H,#248
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
OUT_TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH
TABLE: DW SONG1,TABLE1,SONG2,TABLE2,SONG3,TABLE3,SONG4,TABLE4 ,SONG5,TABLE5
TABLE1:DW 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030
DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524
SONG1: DB 04H ;1=C 2/4 军港之夜
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 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 32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,74H,0D2H,0C2H,14H,14H,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 ;1=C 4/4 死了都要爱
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 0C8H,0C8H,08H,08H,78H,28H,38H,34H,24H
DB 24H,64H,64H,24H,64H,72H,72H,78H,58H,54H,44H,38H,34H,