数字音乐盒的课程设计

1、数字音乐盒的设计 摘 要 传统音乐盒，多是机械型的，体积笨重，发音单调，水、灰尘等外在因素，容易 使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳 定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本设计是一个基于 AT89C51系列单片机的音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、显 示电路以及蜂鸣器组成。使用四个按键控制音乐盒，其中两个按键用来控制歌曲的播 放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序的变化，本音乐盒共有三首歌曲。播放歌 曲时，相应歌曲对应相应数码管上歌曲次序及歌名的显示。 关键词：AT89C51，蜂鸣器，LCD 液晶显示，音乐盒 目 录

2、 1 绪论.1 1.1 课题描述.1 1.2 基本工作原理及框图.1 2 相关芯片及硬件电路设计.1 2.1 AT89C51 芯片.2 2.1.1 AT89C51 的功能特性.2 2.1.2 AT89C51 的主要性能参数.2 2.2 时钟电路.3 2.3 复位电路.3 2.4 按键电路.4 2.5 蜂鸣器电路.4 2.6 显示电路.5 2.6.1 线段的显示.5 2.6.2 字符的显示.5 2.7 总体电路.6 3 系统软件设计.7 3.1 程序主要流程.7 3.2 程序设计.8 4 系统软件仿真.15 总 结.18 致 谢.19 参考文献.20 1 绪论 1.1 课题描述 随着人类社会的发

3、展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小 小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统的音乐盒大 多数是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以 单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，使 用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。本设计是基于单片机的数字音乐盒设 计,由单片机 AT89C51 芯片和 LED 数码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片 机电子数字音乐盒1。 1.2 基本工作原理及框图 本次设计是一个基于AT89C51单片机的音乐盒，该音乐盒主要由时钟电路、复位 电路、按键电路、蜂鸣

4、器以及显示电路组成。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的更换，共三首音乐，蜂鸣器每播放 一首歌时液晶上显示相对应的歌曲次序。系统组成框图如图1。 图 1 基本工作原理框图 2 相关芯片及硬件电路设计 AT89C51 单片机 LCD 液晶显示 蜂鸣器 时钟电路 复位电路 按键电路 2.1 AT89C51 芯片 图 2 AT89C51 引脚图 2.1.1 AT89C51 的功能特性 AT89C51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，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 向量两级中断结构，一

5、个全双工串行通 信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持 两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数 器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工 作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.1.2 AT89C51 的主要性能参数 AT89C51 主要性能参数如下： 与 MC51 产品指令系统完全兼容 K 字节可编程闪烁 存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 3

6、2 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 2.2 时钟电路 时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在 一个单片机应用系统中，时钟是保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振 和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢2。为达到振荡周期是 12MHZ 的要求，这里要采用 12MHZ 的晶振，另外有两个 22PF 的电容，晶振引脚分 别连到 XTAL1 和 XTAL2 振荡脉冲输入引脚。时钟电路如图 3。 图 3 时钟电路 2.3 复位电路 单片机在启动时都需要进行复位，以使CPU及系

7、统各部件处于确定的初始状态， 并从初态开始工作。51系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触 发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果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就可以响应并将系统复位3。单 片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。复位电路如图4。 图 4 复位电路 2.4 按键电路 按键的闭合与否，反映在行线输出电压上就呈现高电平或低电平，如果高电平表 示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按 下与否。P1.0，P1.1，P1.4，P1.5 作为控制按键，其中 P1.0-P

8、1.1 扫描行，P1.4-P1.5 扫 描列；可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。按键电路如图 5。 图 5 按键电路 2.5 蜂鸣器电路 电路中蜂鸣器是发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无 源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、 工作电流、驱动方式（直流/方波）等4。 由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，单片机的I/O口是无法直接驱动的（但AVR可 以驱动小功率蜂鸣器） ，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。蜂鸣器由一个三极管，两个电阻和一个二极管组成。蜂鸣器电路如图6。 图 6 蜂鸣器电路 2.6 显示电路 2.6

9、.1 线段的显示 点阵图形式液晶由MN显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每 8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元 与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例 如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H） =FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏 幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH， （001H）=00H， （002H） =00H，（00EH）=00H， （00FH）=00H时，则在屏幕的

10、顶部显示一条由8段亮线和 8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理5。 2.6.2 字符的显示 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 和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1”， 其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字 符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根 据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标， 在此送上该字符对应的代码即可6。显示电路如图 7。 图 7 显示电路 2.

11、7 总体电路 总结时钟电路、复位电路、按键电路、蜂鸣器以及显示电路，把其放入一个电路。 得到总体的电路。总体电路如图 8。 图 8 总体电路图 3 系统软件设计 3.1 程序主要流程 流程图如图 9 所示。 初始化界面 K3是否按下 K4是否按下 K1是否按下 K2是否按下 停止 切换上一首 切换下一首 播放音乐 开始计时 停止音乐 停止计时 N N N Y Y Y Y 开始 图 9 流程图 3.2 程序设计 对音乐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

12、十 六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为 低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0 xff作为曲谱的结束标志7。举例1：音 调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0 x18。举例2：音调re,发音长度为半拍， 即八分音符，将其编码为0 x22歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码，储存在一 个数据类型为unsigned char的数组中。程序从数组中取出1个数，然后分离出高4位得到 音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着 分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。 程序： #include #

13、include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar 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

14、,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, 0 xF8,0 x8B,0 xF8,0 xF2,0 xF9,0 x5B,0 xF9,0 xB7,0 xFA,0 x14,0 xFA,0 x66,0 x FA,0 xB9,0 xFB,0 x03,0 xFB,0 x4A,0 xFB,0 x8F,0 xFB,0 xCF,0 xFC,0 x0B, 0 xFC,0 x43,0 xFC,0 x78,0 xFC

15、,0 xAB,0 xFC,0 xDB,0 xFD,0 x08,0 xFD,0 x33,0 xFD,0 x5B,0 xFD,0 x81,0 xFD,0 xA5,0 xFD,0 xC7,0 xFD,0 xE7,0 xFE,0 x05, 0 xFE,0 x21,0 xFE,0 x3C,0 xFE,0 x55,0 xFE,0 x6D,0 xFE,0 x84,0 xFE,0 x99,0 x FE,0 xAD,0 xFE,0 xC0,0 xFE,0 x02,0 xFE,0 xE3,0 xFE,0 xF3,0 xFF,0 x02, 0 xFF,0 x10,0 xFF,0 x1D,0 xFF,0 x2A,0

16、xFF,0 x36,0 xFF,0 x42,0 xFF,0 x4C,0 x FF,0 x56,0 xFF,0 x60,0 xFF,0 x69,0 xFF,0 x71,0 xFF,0 x79,0 xFF,0 x81 ; 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, 22,4,22,4,17,4,15,4,1

17、5,4,17,12, 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,

18、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, 0 xFF,0 xFF; 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,

19、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, 19,6,19,2,21,6,21,2,23,8,21,4,0,4,19,6,19,2,16,6,19,2,16,8,1 4,6,0,4, 19,6,19,2,21,6,21,2,23,8,21,4,0,4,19,6,19,2,16,6,19,2,16,8,1 4,6,0,4, 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,

20、16,8,14,8,1 6,8,21,4,26,4,21,4,26,4,0,8, 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, 0 xFF,0 xFF; 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,

21、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, 0 xFF,0 xFF; uchar timetable =00:00; void delay(uchar p) uchar i,j; for(;p0;p-) for(i=181;i0;i-) f

22、or(j=181;j0;j-); BOOL lcd_bz() BOOL result; rs = 0; rw = 1; ep = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (BOOL)(P0 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_();

23、_nop_(); _nop_(); ep = 0; void lcd_pos(BYTE pos) lcd_wcmd(pos | 0 x80); 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(0 x38); delay(1); lcd_wcmd(0 x0c); delay(

24、1); lcd_wcmd(0 x06); delay(1); lcd_wcmd(0 x01); 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() int

25、errupt 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

26、 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(0 x49); lcd_wdat(timetable0); lcd_wdat(timetable1); lcd_wdat(timetable2); lcd_wdat(timetable3);

27、 lcd_wdat(timetable4); void main() uchar i=0,lcd_check=0; TMOD=0 x11; 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(

28、); if(lcd_check!=r0) lcd_wcmd(0 x01); delay(1); lcd_check=r0; lcd_pos(0); i = 0; while(dis1i != 0) lcd_wdat(dis1i); i+; m=music1i0;n=music1i1; if(m=0 x00) TR0=0;delay(n);i+;/ else if(m=0 xFF) TR0=0;delay(30);i=0;timesec=0;timemin=0;/ else if(m=music1i+10) TR0=1;delay(n);TR0=0;pause();i+; else TR0=1;

29、delay(n);i+; if(r0=2) timedis(); if(lcd_check!=r0) lcd_wcmd(0 x01); delay(1); lcd_check=r0; lcd_pos(0); i = 0; while(dis2i != 0) lcd_wdat(dis2i); i+; m=music2i0;n=music2i1; if(m=0 x00) TR0=0;delay(n);i+;/ else if(m=0 xFF) TR0=0;delay(30);i=0;timesec=0;timemin=0;/ else if(m=music2i+10) TR0=1;delay(n);TR0=0;pause();i+; else TR0=1;delay(n);i+; 4 系统软件仿真 在这里系统仿真我们使用实验室常用的 Protues 仿真软件，把总电路画入 ISIS 软件， 把程序加入 Keil 软件，然后进行软件和硬件的统一调试8。 图 10 仿真初始界面 图