基于51单片机的音乐盒的设计与实现

1、沈阳航空航天大学课程设计报告课程设计名称：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资料.第1章总体设计方案11.1 设计原理11.2 设计思路11.3 实验环境2第2章详细设计方案32.1 硬件电路设计32.2 主程序设计62.3 功能模块的设计与实现7第3章 结果测试及分析 103.1 结果测试103.2 结果分析10参考文献11附录1 :元件清单12附录2:总电路图13附录3:程序代码15第1章总体设计方案1.1 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

2、 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

3、间，增加电子音乐的趣味性。1.2 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。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

4、/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 实验环境硬件环境：Lab6000实验箱，PC机。软件环境：Wave应用软件。第2章详细设计方案2.1 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

5、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。图2.1 硬件电路连线图1) 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、用行口、定时器/计数器、中断系统及特CPU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 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单片机中存在中断

6、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INTO, INT1 , T1分别作为上一曲、下一曲和开始暂停的控制输入PIOPWPl IMlP12P02PJI3M3P14P04P13M5P16PCSP17M7IKT1P20INTOP21P22TlP2JTOP24P25,VPP26p第XllXIRESETRXDTXDRDALEPWRPSOvA弱3174玄535EJfjT!33Ea1r jjTk 心 二 g> fr2J15414邙262B1.SHJ ,11北

7、2930图2.2 8751单片机2) 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INTO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

8、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。4) 晶振电路的设计如图2.5所示，晶振电路由两个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。5) 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

9、出, 驱动扬声器发出美妙的音乐。图2.6播音电路2.2 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N依据选择的按键，播放相应的 歌曲或者暂停歌曲图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

10、所示：1）播放/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。图2.8播放僧停子程序功能图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分为上一曲子程序和下一曲子程序。上一曲和

11、下一曲功能实 现方式类似，分别由外部中断 总和外部中断布。下面以实现上一曲功能为例： 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2.9曲目选择子程序功能图第3章结果测试及分析3.1 结果测试音乐播放器很好的实现了播放/暂停、上一曲、下一曲的功能，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

12、法显示。3.2 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。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

13、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附录1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二态反向八D锁存器174LS

14、374资料.b c P a fg ed DD G S 7Y DoeRoBe w SDne D M X Z pk e Db mN3奉 0e u U 2 cTeS Be e DFT U UU TT UO O O O O O O6781 2 3 4 5 6 7N N NN NN N2QQQ QQ QQQQ40 1 2 3 4 5 6 7eDDDDDDDDOL37814T0-D-D D D D02U0BU A D0 1 2 3 4 5 6 7EKDD dd Dd ddO cL-V1 22 AAT-g fed acbabc PfgedDmalc no mmu cJ工叫0 1 2 3 4 5 6 7QQQ

15、QQQQQ0 1 2 3 4 5 6 7 Ee SDDDDDDDD O E 43 4DD9ABC37 D1 6 Dpppppppp PPPPPPPXX4 5卜用用5 4T8 S L7113 2D D P N XXEP7 6RWC V资料.附录3程序代码N EQU 3ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP LAST_SONGORG 000BHAJMP F_T0ORG 0013HAJMP NEXT_SONGORG 001BHAJMP START_PAUSEORG 0030HMAIN:MOV DPTR,#TABLEMOV R0,#30HMOV R5,#00HMOV R6,#1

16、SETTAB:资料.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+DPTRMOV R0,AINC R5INC R0MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC R5INC R0MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC R0INC R5MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC R0INC R5INC R6CJNE R6,#N+1,SET_TAB*MOV TMOD, #61HMOV TH1,#0FFHMOV TL1,#0FFHSETB ET1SETB ET0SETB PT1SETB

17、IT0SETB IT1SETB EX1SETB EX0SETB EASETB TR1SETB P1.0CLR F0;设置F0=0 ,用来作暂停/播放的标置位用MOV 22H,#01HMOV DPTR,#OUT_TABMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,AMOV R7,#00HSTART0:MOV R4,#00HMOV R0,#30HMOV A,R7；将歌曲的节拍表的入口地址送到DPTRADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R

18、0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTR;取出第一节拍数资料.NEXT:MOV 26H,A；将取出的音符数+节拍数保存在职26H单元中MOV R0,#30H；开始取出歌曲的第一个数据MOV A,R7ADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTRJZ END0MOV R1,A;不为0,取出节拍数ANL A,#0FHMOV R2,AMOV A,R1SWAP AANL A,#0FHJNZ SINGCLR TR0SJMP SING1SING: DEC A；开始唱，进行相应

19、的数据处理MOV R3,ARL AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOVC A,A+DPTRMOV 21H,AMOV TH0,AMOV A,R3RL AINC AMOVC A,A+DPTRMOV 20H,AMOV TL0,ASETB TR0SING1:LCALL DELAYJB F0,L1资料.AJMP NEXTL1:CLR TR0JB F0,$AJMP NEXTEND0: CLR TR0MOV A,22HCJNE A,#N,L2MOV 22H,#01HMOV R7,#00HMOV DPTR,#8004HMOV A,#06HMOVX DPTR,AMOV DPTR

20、,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,AAJMP L3资料.L2:MOV A,R7;没有全部唱完，唱下一首，歌曲的入口信息调整ADD A,#4MOV R7,AINC 22HCLR EAPUSH DPHPUSH DPLMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,APOP DPLPOP DPHL3:SETB EAAJMP START0;定时器0置初值F_T0:MOV TH0,21HMOV TL0,20HCPL P1.0RETI*;下一曲中断程序处理，保护现场NE

21、XT_SONG: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLCLR EAMOV A,22HCJNE A,#N,L4MOV R7,#00HMOV 22H,#01HAJMP BACKL4:INC 22HMOV A,R7ADD A,#4MOV R7,ABACK:MOV R4,#00HMOV DPTR,#OUT_TABMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,A资料.MOV B,R0；对下首要演唱的歌曲的几分拍进行调整资料.同时对R0中的内容进行保护MOV R4,#00HM

22、OV R0,#30HMOV A,R7ADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTRMOV 26H,ADEC R4MOV R0,BPOP DPLPOP DPHPOP ACCSETB EARETI.* ;LAST_SONG: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLCLR EAMOV A,22HCJNE A,#1,L5MOV 22H,#NMOV B,#4；将R7指向最后一首歌曲MOV A,#N-1MUL ABMOV R7,AAJMP BACK2L5:DEC 22HMOV A,R7SUBB

23、 A,#4MOV R7,ABACK2:MOV R4,#00HMOV DPTR,#OUT_TABMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,AMOV B,R0MOV A,R7ADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTRMOV 26H,ADEC R4MOV R0,BPOP DPLPOP DPHPOP ACCSETB EARETI.* ;START_PAUSE:CPL F0J

24、B F0,RETURN；F0 为 1 ,停止SETB TR0RETURN:RETIDELAY: MOV 27H,26HD2:MOV28H,#100D3:MOV29H,#200DJNZ 29H,$DJNZ 28H,D3DJNZ 27H,D2DJNZ R2,DELAYRETOUTTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,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 64580,64684,64777,648

25、20,64898,64968,65030DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524SONG1:DB 04HDB32H,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,14HDB0c2H,32H,32H,12H,21H,31H,24H,32H,34H,0D2H,0C2H,14H,14H,32H,52H,52H,32H,52H,54H,32H,34H,31H,21H,12H,24H,2

26、4HDB34H,0E2H,0C2H,0D1H,0E1H,0D4H,12H,0E2H,32H,32H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H,0D2H,0E2H,32H,32H,0E2H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4HDB22H,0D1H,11H,0E2H,0D2H,0C4H,0C4H,32H,52H,52H,32H,62H,5H,61H,54H,31H,52H,3 1H,12H,31H,31H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32HDB32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,34H,34H,32H,52H,52,32H,62H,

27、51H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,32H,12H,32H,32H,54H,52HDB32H,52H,52H,31H,31H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14HDB 00HTABLE2:DW 63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777DW 64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178SONG2:DB 02HDB 04H,94HDB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02HDB 0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4HDB 04H,0C2H,0C2H,0D4H,0C2H,0D2H,0D8H,0D4H,0D2H,92HDB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02HDB 0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,0E8H,0D8HDB 00HTABLE3:DW64898,64968,65030,65086,65