1、數(shù)字音樂盒的設(shè)計摘 要隨著人類社會的發(fā)展，人們對視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。小小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒，多是機械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)，不能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本設(shè)計是一個基于AT89C51系列單片機的音樂盒。該音樂盒主要由按鍵電路、復(fù)位電路、時鐘電路、顯示電路以及蜂鳴器組成。使用四個按鍵控制音樂盒，其中兩個按鍵用來控制歌曲的播放、暫停，另兩個用來控制液晶上歌曲次序的變化，本音樂盒共有三首歌曲。播放歌曲時，相應(yīng)歌曲對應(yīng)相應(yīng)數(shù)碼管上歌曲次序及歌名的顯示。關(guān)鍵詞： AT89C51,蜂鳴器，LCD液晶顯示 目 錄1緒論41.1 課題描述41.2

2、 基本工作原理及框圖42 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計42.1 AT89C51芯片42.1.1 AT89C51的功能特性52.1.2 AT89C51的主要性能參數(shù)52.2 晶振電路62.3 復(fù)位電路62.4 驅(qū)動電路72.4.1 蜂鳴器82.4.2 續(xù)流二極管82.4.3 濾波電容82.4.4 三極管82.5 顯示電路9 線段的顯示92.5.2 字符的顯示92.6 按鍵電路103 系統(tǒng)軟件設(shè)計103.1 軟件設(shè)計程序流程圖103.2 節(jié)拍的確定113.3 編碼123.4 仿真12總 結(jié)15致 謝16參考文獻17附錄181緒論1.1 課題描述 隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，人類所接觸的信息也在不斷增

3、加并且日益復(fù)雜。面對浩如煙海的信息，人們已經(jīng)能夠利用計算機等工具高效準(zhǔn)確地對之進行處理，但要想將處理完的信息及時，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術(shù)來實現(xiàn)。單片機技術(shù)與液晶顯示技術(shù)的結(jié)合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發(fā)展。小小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒是機械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)，不能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設(shè)計的音樂盒是以單片機為核心元件的電子式音樂盒，體積小,重量輕，能演奏和旋音樂，功能多，外觀效果多彩，使用方便，并具有一定的商業(yè)價值。1.2 基本工作原理及框圖本次設(shè)計是一個基于AT89C51單片機的音樂盒，該音樂盒主要由按鍵電

4、路、復(fù)位電路、時鐘電路、蜂鳴器以及顯示電路組成。使用其中兩個按鍵來控制播放和暫停另外兩個按鍵用來控制換曲。利在液晶上顯示曲目的更換，共三首音樂，蜂鳴器每播放一首歌時液晶上顯示相對應(yīng)的歌曲次序。系統(tǒng)組成框圖如圖1。圖1基本工作原理框圖2 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計2.1 AT89C51芯片圖2 AT89C51引腳圖2.1.1 AT89C51的功能特性AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個十六位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟

5、件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。2.1.2 AT89C51的主要性能參數(shù)AT89C51主要性能參數(shù)如下：l 與MC51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容l K字節(jié)可編程閃爍存儲器 l 壽命：1000寫/擦循環(huán)l 數(shù)據(jù)保留時間：10年l 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hzl 三級程序存儲器鎖定l 128*8位內(nèi)部RAMl 32可編程I/O線l 兩個16位定時器/計數(shù)器l 5個中斷源 l 可編程串行通道l 低功耗的閑置和掉電模式l 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.2

6、 晶振電路晶體振蕩器，簡稱晶振，它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。晶振在應(yīng)用具體起到的作用，微控制器的時鐘源可以分為兩類：一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器。RC振蕩器能夠快速啟動，成本也比較低，但通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化,震蕩脈沖頻fosc在0至24MHZ范圍內(nèi)變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。圖3為晶振電路。圖3 晶振電路2.3 復(fù)位電路 單片機在啟

7、動時都需要進行復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。51系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。圖4為復(fù)位電路。圖4復(fù)位電路2.4 驅(qū)動電路由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的（但AVR可以驅(qū)動小功率蜂鳴器），所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。 蜂鳴器驅(qū)動電路一般都包含以下幾個部分：一個三極管

8、、一個蜂鳴器、一個續(xù)流二極管和一個電源濾波電容。圖5為蜂鳴器驅(qū)動電路。圖5 蜂鳴器驅(qū)動電路2.4.1 蜂鳴器 發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動方式（直流/方波）等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。 2.4.2 續(xù)流二極管 蜂鳴器本質(zhì)上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動三極管，并干擾整個電路系統(tǒng)的其它部分。 2.4.3 濾波電容 濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響，也可改善電源的交流阻

9、抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個220uF的電解電容。2.4.4 三極管 三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。2.5 顯示電路2.5.1 線段的顯示點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時，

10、則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。2.5.2 字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，

11、顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。圖6為顯示電路。圖6 顯示電路2.6 按鍵電路P1.0-P1.5作為控制按鍵，其中P1.0-P1.1掃描行，P1.4-P1.5掃描列；可通過功能鍵選擇樂曲、暫停、播放。圖7為按鍵電路。圖7 按鍵電路3 系統(tǒng)軟件設(shè)計總體原理：播放一段音樂需要的是兩個元素，一個是音調(diào)，另一個是音符。首先要了解對應(yīng)的音調(diào)，音調(diào)主要由聲音的頻率決定，同時也與聲音強度有關(guān)。對一定強度的純音，音調(diào)隨頻率的升降而升降；對一定頻率的純音、低頻純音的音調(diào)隨聲強增加而下降，

12、高頻純音的音調(diào)卻隨強度增加而上升。另外，音符的頻率有所不同。基于上面的內(nèi)容，這樣就對發(fā)音的原理有了一些初步的了解。音符的發(fā)音主要靠不同的音頻脈沖。利用單片機的內(nèi)部定時器/計數(shù)器0，使其工作在模式1，定時中斷，然后控制P3引腳的輸出音樂。只要算出某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時間，利用定時器計時這個半周期時間，每當(dāng)計時到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。3.1 軟件設(shè)計程序流程圖 流程圖如圖8所示。圖8 程序流程圖按下電源開關(guān)鍵后，整體電路開始運作，電源指示燈發(fā)光。此時，按下連接于P1.4和P1.5

13、端口的開關(guān)按鍵開始選曲，每按一下單片機將依序更換歌曲并在液晶上顯示歌曲次序及歌名。歌曲次序及歌名將在數(shù)碼管上以文字“1+歌曲名，2+歌曲名，3+歌曲名”的形式循環(huán)呈現(xiàn)。當(dāng)開始按下連接于P1.0的開關(guān)按鍵后，單片機將依序播放歌曲，按下P1.1開關(guān)按鍵后歌曲播放將暫停。3.2 節(jié)拍的確定 若要構(gòu)成音樂，光有音調(diào)是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂具有旋律（固定的律動），而且可以調(diào)節(jié)各個音的快滿度。“節(jié)拍”,即Beat，簡單說就是打拍子，就像我們聽音樂不自主的隨之拍手或跺腳。若1拍實0.5s，則1/4拍為0.125s。至于1拍多少s，并沒有嚴(yán)格規(guī)定，就像人的心跳一樣，大部分人的心跳是每分鐘72下，有些人快一

14、點，有些人慢一點，只要聽的悅耳就好。音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示。休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個音符對應(yīng)著不同頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合，加以與拍數(shù)對應(yīng)的延時，構(gòu)成音樂。了解音樂的一些基礎(chǔ)知識，我們可知產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂。對于單片機來說，產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號。因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應(yīng)的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關(guān)系。3.3 編碼 do re mi fa so la si分別編碼為17，重音do編為8，重音re編為9，停頓編為0。播放長度以十六分音符為單位（在本

15、程序中為165ms），一拍即四分音符等于4個十六分音符，編為4,其它的播放時間以此類推。音調(diào)作為編碼的高4位，而播放時間作為低4位，如此音調(diào)和節(jié)拍就構(gòu)成了一個編碼。以0xff作為曲譜的結(jié)束標(biāo)志。舉例1：音調(diào)do,發(fā)音長度為兩拍，即二分音符，將其編碼為0x18。舉例2：音調(diào)re,發(fā)音長度為半拍，即八分音符，將其編碼為0x22歌曲播放的設(shè)計。先將歌曲的簡譜進行編碼，儲存在一個數(shù)據(jù)類型為unsigned char的數(shù)組中。程序從數(shù)組中取出一個數(shù)，然后分離出高4位得到音調(diào)，接著找出相應(yīng)的值賦給定時器0，使之定時操作蜂鳴器，得出相應(yīng)的音調(diào)；接著分離出該數(shù)的低4位，得到延時時間，接著調(diào)用軟件延時。3.4

16、仿真圖9 仿真初始界面圖10 仿真播放第一首圖11 仿真播放第二首圖12 仿真播放第三首總 結(jié)這次單片機課程設(shè)計相對來說，硬件部分是比較簡單的，主要是程序的設(shè)計，因為需要計算頻率和歌曲時間，用了兩個定時器。另一個難點在于對音調(diào)和節(jié)拍的理解，對于這個知識點我花了兩天的時間翻閱圖書，最終明白了，對于音調(diào)和節(jié)拍的編寫。在大學(xué)課堂的學(xué)習(xí)只是純理論的專業(yè)知識，而我們應(yīng)該把所學(xué)的用到現(xiàn)實生活中去，此次的音樂盒設(shè)計給我奠定了一個實踐基礎(chǔ)，我會在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)社會激烈的競爭。通過此次課程設(shè)計，卻改變了很多， 首先，對于硬件電路的工作原理有了進一步的學(xué)習(xí)，同樣就有了進一步的認(rèn)識；其次，軟

17、件方面，在程序的設(shè)計，程序的調(diào)試方面都學(xué)到了很多東西。致 謝經(jīng)過近一個星期的忙忙碌碌，這次的單片機課程設(shè)計已經(jīng)快要接近尾聲了。在這次的單片機課程設(shè)計過程中，無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在設(shè)計的選題、資料查詢和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，我都得到到了許多人的悉心的指導(dǎo)和幫助。首先，借此機會我向我們的單片機授課教師及課程設(shè)計指導(dǎo)老師表示衷心的感謝，老師的指導(dǎo)和幫助，是我順利完成本次課程設(shè)計的基礎(chǔ)和前提。另外，感謝各位同學(xué)的幫助和勉勵。同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！我愿在未來的學(xué)習(xí)和研究過程中，以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的所有老師、同學(xué)和朋友。參考文獻1 何立民. 單片機高級教程M北京：

18、北京航空航天大學(xué)出版社，2001.3. 2 趙曉安. MCS-51單片機原理及應(yīng)用M. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.33 肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.8 4 夏繼強. 單片機實驗與實踐教程M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.4 5于鳳明單片機原理及接口技術(shù)M北京：中國輕工業(yè)出版社1998.5 6陳偉人. 單片微型計算機原理與應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社, 2006.5. 7李廣第單片機基礎(chǔ)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.3. 附錄總體電路圖：圖13 總體電路圖程序：#include <REG51.H>#include

19、 <intrins.h>#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,

20、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,0x

21、AB,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,0x

22、69,0xFF,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

23、,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、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

25、,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

26、,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,

27、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(;p>0;p-) for(i=181;i>0;i-) for(j=181;j>0;j-);BOOL lcd_bz()BOOL result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result =

28、 (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 =

29、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;i>0;i-) for(j=150;j>0;j-); void timecount_init() in

30、terrupt 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(r0>11) r0=11; void adfii() interrupt 2 if(pausekey=0) beepIO=0; while(pausekey=0); while(paus

31、ekey=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