基于51单片机的音乐盒的设计及实现

1、沈阳航空航天大学课课 程程 设设 计计 报报 告告课程设计名称：单片机系统综合课程设计单片机系统综合课程设计课程设计题目：基于 51 单片机的音乐盒的设计与实现沈阳航空航天大学课程设计报告 -I-目目 录录第第 1 章章总体设计方案总体设计方案.11.1 设计原理.11.2 设计思路.11.3 实验环境.1第第 2 章章 详细设计方案详细设计方案.22.1 硬件电路设计 .22.2 主程序设计 .52.3 功能模块的设计与实现 .5第第 3 章章 结果测试及分析结果测试及分析.93.1 结果测试 .93.2 结果分析 .9参考文献参考文献.10附录 1：元件清单.11附录 2: 总电路图 .1

2、2附录 3： 程序代码.13沈阳航空航天大学课程设计报告 第 1 章 总体设计方案-1-第 1 章总体设计方案1.1设计原理设计原理电子音乐已广泛地应用于社会生活的各个领域。其类型从音乐卡片到CD、MP3 等多种多样，制作原理也各不相同。声音是通过振动产生的。单片机对某一 I/O 引脚以一定的频率循环置 1 和清 0，这一引脚便产生一定频率的方波，该方波通过放大后作用于扬声器便产生一定频率的声音。若改变输出方波的频率，产生的声音也就改变了。通过控制输出方波的时间长短,声音的长短也就得到控制。因此，根据乐谱，单片机就可产生电子音乐。音乐中最关键的两个要素是音符和节拍。单片机控制的音乐发生器系统由

3、硬件电路和软件两部分构成。利用单片机控制的电子音乐发生器软硬件上具有独特的优点，系统的开发周期短，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 系列单片机的汇编语言。同时还可根据个人的习好通过软件改变节拍的延时时间，增加电子音乐的趣味性。1.2 设计思路设计思路采用汇编语言程序设计的方法结合硬件电路设计方法，利用 Lab6000 实验箱上已有芯片来实现音乐盒的各项功能。 1) 提出方案提出方案利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的 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

4、的脉冲。当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器 T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时在 LCD 显示歌曲序号和歌曲名称。2) 总体方案总体方案实现实现(1)要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期(1/音频)，然后将此周期除沈阳航空航天大学课程设计报告 第 1 章 总体设计方案-2-以 2,即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的 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 脚上得到此频率的脉冲。(2)利用 8051 的内部定时器使其工作在计数器模式 MODE1 下,改变记数值 TH0及 TL0 以产生不同频率的方

5、法。例如频率为 523HZ,其周期 T=1/523=1912 微秒,因此只要令计数器定时 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 实验环境实验环境硬件环境：Lab6000 实验箱，PC 机。软件环境：Wave 应用软件。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-3-第 2 章 详细设计方案2.1 硬件电路设计硬件电路设计硬件电路的设计需要借助 Protel 软件来实现。基于单片机音乐盒的硬件电路设计是由 8751 单片机芯片、晶振电路、键控电路、播音电路和显示电路几部分组成，总体框架图如图 2.1 所示。8751单片机6M

6、Hz晶振电路数码管显示电路键控电路发声电路 图 2.1 硬件电路连线图1）单片机电路的设计单片机电路的设计图 2.2 是 8751 单片机图，8751 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上，除模拟比较器外其内部结构与 8051内部结构基本一致。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行 I/O 口、串行口、定时器/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，其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。在 8751 单片机中存在

7、中断源，其中有两个外部中断源、两个内部中断源和一个串行中断源。通过 TXAL1 与 TXAL2 输入时钟信号，通过p0.0p0.7 输出控制现实控制信号的显示，通过 P1.0 输出控制蜂鸣器发声，有沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-4-INT0，INT1，T1 分别作为上一曲、下一曲和开始暂停的控制输入。图 2.2 8751 单片机2）键控电路的设计键控电路的设计如图 2.3 控制电路所示，下一曲按键与单片机的 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的控制。下一曲按键接通实现下一曲更换，上一曲

8、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）显示电路的设计显示电路的设计如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称之为共阴极结构，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；使用时管子的上下端正中间的两个或者一个（内部公共端已经接在一起）接线端接低电平，其它的每段显示如图 2.4 所示。 本次课设通过单片机的 P0.0-P0.7 分别与数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp 间接连接，从而显示播放音乐的序号。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-5-图 2.4 数码管4）晶振电路的设计晶振电路的设计 如图 2.5 所示，晶

9、振电路由两个 22pF 的电容和一个 6Mhz 的晶体振荡器组成。图中第一条输入线与 8751 单片机的 X1 相连接，图中第二条输入线与单片机的 X2相连接。晶振电路为单片机提供时间信号，为音乐的播放节拍控制提供基本时间单位。图 2.5 晶振电路5）播音电路的设计播音电路的设计如图 2.6 播音电路所示，播音电路是由数字扬声器连接 p1.0 接口实现音乐的输出。如果通过 p1.0 直接接通扬声器，肯定不会发出音乐，这里还需要通过一个三极管将电流放大，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的音乐。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-

10、6-图 2.6 播音电路2.2 主程序设计主程序设计主程序实现对单片机进行初始化后，进入曲目识别子程序，进行歌曲曲目判断。确定歌曲曲目后，数码管再进行显示。然后，子程序对是否播放进行循环判断，得到播放中断的指令后再进行播放。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。在播放音乐的过程中，查表子程序循环判断音乐是否结束。当音乐结束时，程序跳转回曲目识别子程序。主程序流程图如图 2.7 所示。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-7-开始初始化数码管显示歌曲号等待按键，是否（播放/暂停，上一曲，下一有曲）？依据选择的按键，播放相应的歌曲或者暂停歌曲是否歌曲结束结束YN

11、YN图 2.7 主程序流程图2.3 功能模块的设计与实现功能模块的设计与实现功能模块包括，对开始/暂停，上一曲，下一曲三个中断子程序的设计，具体的设计与实现如下几点所示：1）播放）播放/暂停子程序功能模块的设计与实现暂停子程序功能模块的设计与实现播放/暂停在程序利用内部中断 T0 口。将 T0 口设为计数中断并工作在方式2 下。标识符初值赋值为 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/暂停子程序改变标志符 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 是否为 02H

12、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。具体流程图如图 2.8 所示。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-8-开始标识符R0=00HR0是否为00H播放音乐按暂停/播放键产生中断标识符R0=01HR0是否为02H将R0赋值为00H暂停NYNY 2）曲目选择子程序功能模块的设计与实现）曲目选择子程序功能模块的设计与实现曲目选择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：0INT1INT首先设置标识符 R7 初始值为 00H。当按键产生中断信号，上一曲中断子程序改变标识符

13、 R7 的值为 01H 并改变曲目 R0 的值。播放子程序判断出标识符 R7 改变后，先将 R7 赋值为 00H，然后跳转到曲目识别子程序。具体流程图如图 2.9 所示。 图 2.8 播放/暂停子程序功能图沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-9-开始标识符R7=00HR7是否为01H查询歌曲曲目将R7赋值为00H播放音乐NY将R7赋值为01H改变曲目R0的值按键上一曲/下一曲 图 2.9 曲目选择子程序功能图 沈阳航空航天大学课程设计报告 第 3 章 编程下载与硬件测试-10-第 3 章 结果测试及分析3.1 结果测试结果测试 音乐播放器很好的实现了播放/暂停、上一曲、下一

14、曲的功能，并满足了数码管显示的特殊要求。 音效良好，能很好听出乐曲的曲名。当然设计的音乐播放器也存在着不足之处。8 位 LED 数码管只能显示 10 以内的歌曲曲目，超过 10将无法显示。 3.2 结果分析结果分析调试过程中所遇到的问题：（1）在歌曲中，当遇到一个音符发音为 4 拍，在编曲中为*CH，因时间较长，当定时器 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减弱，但音乐效果变差。改进方案：若采用可以定时时间更长的单片机，可以避免所有问题。（2）数码管显示的时间与真正的时间进度不一致。原因分析：定时器初值设置有误。本次设计的晶振为 6MHZ，而程序中的初

15、值却设置成了 6MHZ 晶振所采用的值 5000，导致显示的时间比真正的时间要慢。沈阳航空航天大学课程设计报告 参考文献-11-参考文献1王爱英.计算机组成与设计 M. 北京：教育出版社，20032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，19963张雪兰.汇编语言程序设计 M. 北京：清华大学出版社，20064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，20035王中民.微型计算机原理 M. 西安：西安电子科技大学出版社，20036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沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-12

16、-附附 录录 1 元件清单元件清单名称数量（个）型号备注电阻3数码管17SEG-DIGITAL开关3BUTTON单片机1AT89C51三极管32N3906扬声器1SPEAKER电源25V电容322pf(2 个)晶振1CRYSTAL译码器174LS138地址锁存器174LS373七路反向器1ULN2003A三态反向八 D 锁存器174LS374沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-13-附附 录录 2 总电路图总电路图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:12-Jul-2013Sheet of File:C:Users一一Desktop

17、ZXLMyDesign2.ddbDrawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U8751C122pFC222pFX16MHzS2一一一S1一一一S3一一/一一VCCD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616

18、D718Q719OE1CLK11U274LS374D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1CLK11U374LS374IN 11IN 22IN 33IN 44IN 55IN 66IN 77COMMON8CLAMP9OUT 710OUT 611OUT 512OUT 413OUT 314OUT 215OUT 116U4ULN2003A(16)abfcgdeDPY1234567a b c d efg8dpdp910DS1abfcgdeDPY1234567a b c d efg8dpdp910DS2abfcgdeDPY123

19、4567a b c d efg8dpdp910DS3DPY_7-SEG_DPB0B1B2B3B4B5B6B7B0B1B2B3B4B5B6B7B0B1B2B3B4B5B6B7B0B1B2B3B4B5B6B7123U5A74LS02ER29R4VCCOUTSEGOUTBITOUTBITOUTSEGA1A2WRDATE_BUSD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U874LS373A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U974LS138OUTOUTLSA2A1W

20、RVCCR1RES2R2RES2456U6A74LS00789U7A74LS00D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7QNPNC3CAPVCC沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-14-附附 录录 3 程序代码程序代码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 0030HMAIN: MOV DP

21、TR,#TABLE MOV R0,#30H MOV R5,#00H MOV R6,#1 SET_TAB: MOV A,R5 ;设置每首歌曲的入口信息，存放在以 30H 开始的存储单元中。 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 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-15- C

22、JNE 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 ;设置 F0=0，用来作暂停/播放的标置位用 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

23、 DPTR,A MOV R7,#00H START0: MOV R4,#00H MOV R0,#30H MOV A,R7 ;将歌曲的节拍表的入口地址送到 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 ;将取出的音符数+节拍数保存在职 26H 单元中沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-16-NEXT: MOV R0,#30H ;开始取出歌曲的第一个数据 MOV A,R7 ADD A,R0 MOV R0,A MOV DPH,R0

24、 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 SING1SING: DEC A ;开始唱,进行相应的数据处理 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+D

25、PTR MOV 20H,A MOV TL0,A SETB TR0 SING1:LCALL DELAY JB F0,L1 AJMP NEXT L1: CLR TR0 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-17- 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 L3L2: MOV A,R7 ;没有全部唱完，唱下一首,歌曲的入

26、口信息调整 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 DPHL3: SETB EA AJMP START0 F_T0: MOV TH0,21H ;定时器 0 置初值 MOV TL0,20H CPL P1.0 RETI;*NEXT_SONG: PUSH ACC ;下一曲中断程序处理，保护现场 PUSH DPH PUSH DPL CLR

27、 EA 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-18- MOV A,22H CJNE A,#N,L4 MOV R7,#00H MOV 22H,#01H AJMP BACKL4: INC 22H MOV A,R7 ADD A,#4 MOV R7,ABACK: 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 ;对下首要演唱的歌曲的几分拍进行调整,同时对 R0 中的内容进行保护 MOV R4,

28、#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;* 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-19-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

29、MOV A,#N-1 MUL AB MOV R7,A AJMP BACK2 L5: DEC 22H MOV A,R7 SUBB A,#4 MOV R7,ABACK2: 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,

30、A+DPTR MOV 26H,A DEC R4 MOV R0,B POP DPL POP DPH POP ACC沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-20- 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,#100D3: MOV 29H,#200 DJNZ 29H,$ DJNZ 28H,D3 DJNZ 27H,D2 DJNZ R2,DELAY RETOUT_TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,

31、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,TABLE3TABLE1: DW 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030 DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524SONG1: DB 04H DB 32H,54H,52H,32H,54H,52H,32H,12H,12H,32H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,0

32、E2H,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,52

33、H,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沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录-21-TABLE2: DW 63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777 DW 64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178SONG2: 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,0D