多按键选拨段音乐盒的制作解析

单片机课程设计——音乐播放器的设计姓名：田月学号：摘要随着人类社会的发展，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。传统的音乐盒多是机械型的，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。传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。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。本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。所放歌曲的节奏可以根据需要进行设置，根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，增设放歌时间、序号显示灯功能，使音乐盒的功能更加丰富。关键词：音乐盒，单片机目录概述芯片的介绍和 仿真软件的介绍和使用设计任务和要求.任1务.要2求.3总体思想方案的选择及论证.设1计原理及分析.硬2件资源及分配实际制作和调试.设1计原理图.2元器件清单.程3序流程图软件仿真图.5成品图.6调试实验数据记录，测试结果分析课程设计总结参考文献

.概述. 单片机简介是一种带字节闪烁可编程可擦除只读存储器（一）的低电压，高性能位微处理器，俗称单片机。 是一种带字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 次。该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能位 和闪烁存储器组合在单个芯片中， 的是一种高效微控制器， 是它的一种精简版本。 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机的主要特性与兼容，字节可编程闪烁存储器，寿命： 写擦循环，数据保留时间：年，全静态工作： 2三级程序存储器锁定， 位内部A可编程线，两个位定时器计数器，个中断源（两个外部中断源和个内部中断源），可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。•时钟电路：时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。•中断系统：中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。F0.0—P0.7 P2.0—P2.7I通道码且动器II通道？驱动器IFSE1T*ALE*EA*RST*RAM

地址

寄存

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匹JLJtRAMACC通道口驱动器通道？驱动器EPRDMROM

五

匚程序地址一

寄存薪尸

缓冲器卜I通道码且动器II通道？驱动器IFSE1T*ALE*EA*RST*RAM

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寄存器TMP2定时和指令控制逻辑寄存器彳TXP1堆栈指针中断、串行口

定时器逻辑仆程序计数器DFTR0通道1通道1锁存器通道3锁存器JITAL1HDH1JITAL1HDH1KTAL2P1.0—P1.7 P3.0—P3.7 y—LEAT89M51绪构框图系列单片机的内部结构示意图(T2)P1.0□240□VCC(12EX)P1.1□239□Po.o(ADO)P1.2E330□PG.1(AD1)P1.3匚437□P0.2(AD2)P1.4E536□PQ.3(AD3)(MOSIJP1,5E6AT89S巧□P0.4(AD4)(MISO)P1.6E34□P0.5(AD5)(SCK1P1.7匚833□P0.6(ADS)RST■匚932□P0.7(AD7)(RXD)P3.0E1031□EA/VPPfTXD)P3.1匚1130□4L日FWG([NTOiR3卫匚1229□PSEN([NTTjP3,3L1320□P2.7(A15)(TO)P3.4匚1427口P2.6(A14)CT1)R3.5L1526□P2.5/13)(WRJP3,6E1625□P2.4(A12)殖R3.7匚1724JP2.3(A11)XTAL2匚1823口P2.2(A10)XTAL1匚1922JP2.1㈣GNDLI2021□P2.0(A8)图 引脚图. 和 仿真软件的介绍和使用具有和其他工具一样的原理图编辑、印刷电路板设计及电路仿真功能，最大的特色是其电路仿真的交互化和可视化，如图所示。通过软件的虚拟仿真模式），用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围元器件等电子线路进行系统仿真。 软件由和两部分构成，其中是一款便捷的电子系统原理设计和仿真平台软件，是一款高级的布线编辑软件。 是一种操作简便而又功能强大的原理图编辑工具，它运行于 操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点有：•实现了单片机仿真和电路仿真的结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、 动态仿真、调试器、调试器、键盘和系统仿真等功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。•支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有 系列、 系列、系列、系列、 系列、 系列、系列、 系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 等软件。具有强大的原理图绘制功能。、.设计任务和要求任务：设计一个音乐盒，能够播放多首歌曲并且支持播放/暂停功能，数码管显示，同时小灯可闪烁。要求：利用单片机的定时器定时，改变乐谱的音节频率，数码管计数当前播放的几首歌，并用发光二极管灯闪烁。如图1-所1示：图1-1单片机音乐盒功育罐图.方案的选择和论证设1计原理分析播放音乐的原理发音原理：播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。另外，音符的频率有所不同。基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。音符的发音主要靠不同的音频脉冲。利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1定时中断，然后控制 引脚的输出音乐。只要算出某一音频的周期（1/频率），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 反相，然后重复计时此半周期时间再对 反相，就可在 脚上得到此频率的脉冲。音符频率的产生例如：中音（）的音频周期定时器计数器的定时时间为：定时器 的计数值定时时间机器周期 时钟频率装入计数器初值为将装入寄存器中，启动工作后，每计数次时将产生溢出中断，进入中断服务时，每次对 引脚的输出值进行取反，就可得到中音（ ）的音符音频。将51单片机内部定时器工作在计数器模式1下，改变计数初值以产生不同的频率。下表 是调各音符频率与计数初值的对照表

表2-1 C调各音符频率与制初值T的对照表音符频率(Hz)/初值(阴)音符频率(Hz)/初值(©)低1D0262/63627中1D口523/64580昌।1D01042/65056低2RE294/63835中2RE589/64687高2KE1245/65134低3M330.-;64021中3M661/647803M1318/65157低4FA350/64107中4FA70CV64822高4FA1397/6517G低5sM393/64264中5SO78564900悬।5S01568/65217低6LA441/64402中6LA882/64969昌।6LA176065252低％I495/64526中7SI990/65031昌।工1967/65282音符、音符编码及定时器初始值：为了产生音符，必须求出音符低音一高音的计数初值。例如调的低的，中音O6 高音的 中为了方便写谱，对其进行简单的编码，在编程时，根据音符编码查找对应的计数初值。比如说音乐是调的，那么出现低音的，直接将代码写为1出现低音 直接写一个的代码；出现低音S直接写一个代码。表2-2音符编码表音符音符编码音符音符编码不发音0低5SO1低6LA2低⑸3中1D。4中2RE5中3M6中4FA7中5S0S中6LA9中7SIA高1D0B号।2RECD高4FAE号।5S0F高6LAG3.源2及其分配主要用到的硬件： 口、口、口、口、 数码管、 发光二级管、定时器硬件分配：\功能端\说明口作为输入口，控制播放暂停电平：播放电平：暂停口作为输出口，与八个发光二极管相连，小灯流水闪烁电平：亮电平：灭口作为输出口，输出数码管的七段码数码管共阳极：电平：亮电平：灭口口作为输入口，输入歌曲选择信号。口作为输出口，输出音乐乐谱信号。口：电平：无输入电平：有输入，数码管数值口：电平：输出电平：无输出2 发光二极管用来显示灯亮情况。3定时计数器用来产生定时。4显示器与相连接，用来显示当前选中的歌曲编号。下面是 显示接口及原理：C)是发光二极管的英文缩写，显示器是由发光二极管构成的，它在单片机中的应用非常普遍。通常所说的显示器由个发光二极管组成，其排列形状如图所示。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管以表示，用于小数点表示。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。显示中的发光二极管共有两种连接方法:()共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮。(3)共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地。这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不亮。(4)控制数码管驱动级的控制电路有静态式和动态式两类：(5)静态驱动：它是指每个数码管都要用一个译码器译码驱动。(6)动态驱动：它是所有的数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流显示，它的扫描速度极快，因此显示效果与静态驱动相同。(7)采用动态数码管显示，可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗，因为某一时刻只有一个数码管工作，就是所谓的分时显示，显示所需要的硬件电路可分时复用。

表2十六进制数字形代码表字型共阳极代码共阴极代码字型共阳极代码共阴极代码灭表1为共阳极与共阴极的代码表共阴极共阳极表1为共阳极与共阴极的代码表共阴极共阳极符号与引脚最终，我们焊板选择共阴极数码管接法，静态驱动方式。 显示器八位与相连接，用来显示歌曲编号。 口中的个引脚来控制个发光小灯，随音乐闪烁。4.实际制作和调试4.设1计原理图单片机设计音乐盒播放器，利用 单片机，接入数码管来显示当前播放歌曲编号，更具人性化。本系统在此基础上，加入了随音乐频率变化的小灯闪烁和可更改的播放曲目功能。将音乐和灯闪亮很好地结合在一起。

图2系统的总体框图元2器件清单元件名称规格数量备注单片机一块附底座晶振一块日『次显示器共阴一块按钮开关个四脚瓷片电容两个灯（红、黄、绿）各支电阻欧一个三极管（功放）一个排阻（上拉电阻）一个喇叭一个导线厘米若干杜邦线厘米左右若干焊锡一坐卷电烙铁一个海绵一块程3序流程图点亮8个发光二极管执行子程序，播放乐谱期按豌控制定时器选播客舱音期按豌控制定时器选播客舱音■乐-ISISProfessional(Animating) I.O闻I盘图图2歌曲2仿真图fjL|DEVICES7SEG-l：DM-AN-GFiN==*05:|>-热硝@沙皆一/fjL|DEVICES7SEG-l：DM-AN-GFiN==*05:|>-热硝@沙皆一/口“□8AS+-fjL|DEV而7SEGmM也N-GRH==%RS=I>-蟀回0AA曾一/口G48AISI-+软件仿真图FileViewEditToolsDesignGraphSourceDebugLibraryTemplateSystemHelpI□日・i*%噜团他由魏1119cM电或能/>|］阿图闱国曲咽I4T89C51EHJTTOh-JCAPEAP-ELECCRYSTALDIODE-LEDDS1990LAMPLED-REDLM386POTPOT-LOGRESSOUNDERSPEAKERSWITCHTG13650FEYTSL251FID|>口I〉口II口翻5Message［s) Ah-JIMATING:^J0:03:28,659610(CPUload2n)图1歌曲1仿真图相按键位制定时器选插多段音乐-ISISProfessional(Animating) o同生FileViewEditToolsDesignGraphSourceDebugLibraryTemplateSystemHelp仁声甯山由国国申中%久久◎|］少0|X骷工看或舞」|盟I能武国・直KlElElT回AT89C51BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALDIODE-LEDDS1990L&MPLED-FlEDLM386POTPOT-LOGRESSOUNDERSPEAKERSWITCHTG13650FEYTSL251FID|>口>』II口■口O5Message(s)JANIMATING:00:04:03.247051(CPUbad20笥班按班按键控制定时器选展多段音乐-ISISProfessional(Animating) ［口I回I赏I图图4歌曲4仿真图FileViewEditToolsDesignGraphSourceDebugLibraryTemplateSystemHelp］口匕-1*甯1触团+翘|］19cM电■或卷力|］原I能关II■■亶再店回I画7$EG-COM©N-GFINAT89C51BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALDIODE-LEDDS1990LED-FlEDLM386POTPOT-LOGRESSOUNDERSPEAKERSWITCHTG13650FEYTSL251FID==%以一。。>上直0>7$EG-COM©N-GFINAT89C51BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALDIODE-LEDDS1990LED-FlEDLM386POTPOT-LOGRESSOUNDERSPEAKERSWITCHTG13650FEYTSL251FID==%以一。。>上直0>力宣/口。D18AIII+LIDEVICES］伊口I，口II口O5Message(s)I］ANIMATING:00:04:40,952104(CPUload23^)图3歌曲3仿真图匣壁控制定时器选播室般音乐-弱区Professional(Animating) ［匚|同)|汉FileViewEditToolsDesignGraphSourceDebugLibraryTemplateSystemHelp5片.i1喻居bi面in4曳取|］£>0］然电.|工»・・1飞城舞户ms7SEG-CDM-AN-GRN==WM一。。:|>-耨硝0>力宣7SEG-CDM-AN-GRN==WM一。。:|>-耨硝0>力宣/□orlfflAs*nL|DEVICESAT89C51BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALDIODE-LEDDS1990LAMPLED-REDLM386POTPOT-LOGRESSOUNDERSPEAKERSWITCHTG13650FEYTSL251FID成5品图由于匆忙，焊板后的音乐盒电路已经交给翟老师了,■但忘■■■不过上，由于匆忙，焊板后的音乐盒电路已经交给翟老师了,■但忘■■■不过上，交的成品已检查完好4.调6试1接硬件图接线，为了确保歌曲和编号能够对应显示，实验时，对口的接线做了调整。即， 口输入对数码管段选输入的控制， 口为喇叭信号输出口。2连续运行程序，观察六个 灯是否与歌曲播放显示情况对应，如果有偏差，则单步运行或断点运行，进行调试，直至满足设计要求。4、整体运行，观察灯显示和音乐显示是否都符合要求，如果不符合，则再调试。直至满足要求。由上图可看到， 灯的显示和数码管的显示相对应。5.实验数据记录，测试结果分析在按下播放键时，音乐开始播放，再次按下播放键，音乐停止。在按下选择键时，更改播放的曲目，同时在程序中可任意添加歌曲数目，播放的歌曲数量不受限制。音乐播放时伴有小灯闪烁，每首歌播放时小灯闪烁规律不同，可以由程序自行改编。在焊板过程中由于上拉电阻安放错位置，导致单片机口的二管脚到八管脚不能用Y,并将播放键的线直接在板子后面焊好，引出按键控制线，也可实现该功能。同时对于数码管的驱动 芯片，本来可以提高数码管的亮度，由于线路问题，不能按照设想的显示数字，所以最终焊好的板子上并没有用该芯片，直接将底座空出来了。考虑到实际空间和实验室器材有限，成品中我们用一个共阴极 显示器来显示编号。最终现象和我们预期要达到的效果一致。6.课程设计总结经过这些天的努力工作，我终于完成了单片机课程设计，这其中忙碌而充实。收获颇丰，受益匪浅。我们通过确定选题，上网查阅资料，用语言编写程序，在实验室使用软件进行仿真，在面包板上实际连接电路，在电路板上焊接电路，最终，实现了一个音乐盒播放器。在课程设计的过程中，我们的进程并不一帆风顺。遇到了许多问题，在大家的努力下，都顺利渡过了。在用 软件进行仿真时，我们遇到了第一个问题，由于我们使用的是独立的数码管，每个数码管都需要与 的或管脚连接，这容易是仿真图混乱，不便于观察，也不美观。在向老师请教后，我们决定使用网络标签的功能将它们的引脚相连。这样，仿真图看起来非常规整，简洁。在利用 对语言进行编译过程中，由于程序的编写有一些小的漏洞，导致编译不能通过。然后不断地修改完善程序，最终成功将程序装载成文件，仿真成功。实际搭建电路过程中，我们顺利的从老师那里领取到了实验器材，最初领取的是 芯片，它与 功能相似，用来驱动数码管点亮。由于面包板的实际尺寸比较小，若使用数码管搭线，会使线路变得冗杂，经过小组协商，我们决定在数码管上插排针，构成一组，这样既能使数码管点亮，不影响电路的实现，有简化电路易于实现。搭建好电路后发现按键的数码管显示不对，数码管不亮，我们又上网找资料，后来又重新一步一步检查电路，按照实验书上准确连线后，数码管正确显示了，但另一按键按下喇叭仍旧不响。正在我们一筹莫展，找不到错误的时候，发现我们并没有地线与电源的地相连，连上之后，数码管都正确显示了。并且要注意灯的正负极区分，以免焊板之后才发现灯不闪亮。焊接过程中，首先要合理的布局，十分重要，有时可以大大减少工作量，更加合理，美观，确保无误后再焊接。还有，不能急于求成，要焊接一个模块，检查一个模块，免得整个版子焊完后再在一大堆线中检查，这样不仅效率低且耗时。自然，我也学会如何去发现问题与解决问题的一些方法。至于软件设计与调试，我觉得它主要考验你的思维逻辑能力及你对指令的熟悉程度。可以说再整个软件设计过程中，我不仅学会了延时的两种方法，即软件延时和硬件延时，还掌握数码管的两种显示方式（即动态显示与静态显示）及其如何选择。当然，通过几次反复调试过程，使得我对汇编指令有了更深刻的理解。最后，在我们共同的努力下，圆满的完成了这次单片机课程设计。在整个课程设计过程我全程参与其中，并且焊接整个小系统板加上外加电路模块，掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。理解了最单片机的各部分组成及特性。熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。学会了利用 对汇编语言进行编译过程更进一步加深了对 软件的学习。如何绘制版图。我深深体会到，单纯的在课堂上学习理论知识是远远不够的，这样的实践课程才可以大大的提高我们的动手能力，发散思维，培养创新精神。使课堂学到的东西记忆更加深刻，比如说知道中断功能具体怎么实现，计时初值怎么设定，等等。在这期间，团队协作精神非常重要，大家要提出自己的好想法，一起讨论，提高实验效率，尤其在实验结果不尽如人意的时候，大家的细心排查，才会使我们整个团队渡过难关。就我个人而言，很深刻地体会到一点，那就是我们在设计过程中一定要有一个整体的清晰的思路，知道自己的设计的对象的基本功能和核心器件的适用及其作用，只要把握住这些主要方面，一些小问题都将围绕着这些主要问题而逐步得到解决。同时我也懂得，在整个设计过程中，生活中也一样，一定要意志坚定，克服自己的畏难情绪,这样才能将事情做好，才能干出一番成就。我很喜欢这样的设计过程，我们在学习中不断讨论，共同进步，开启成功的大门。我会珍惜课程设计的机会。7参考文献大连海事大学《单片机原理与应用》实验及课程设计指导书《 》系列单片机系统及其应用附：程序清单}}{3,3,3,3,2,1,1,7,2,2,2,1,5,3,2,1,1,1,1,5,3,2,1,1,1,2,3,3,3,3,2,1,1,7,2,2,2,1,1,5,3,2,1,1,1,1,1,5,3,2,1,1,2,2,3,4,4,4,4,4,3,2,2,1,1,1,1,2,2,2,5,5,5,5,4,1},{5,1,1,5,1,1,6,1,2,5,1,2,1,2,2,7,1,4,5,1,1,5,1,1,6,1,2,5,1,2,2,2,2,1,2,4,5,1,1,5,1,1,5,2,2,3,2,2,1,2,2,7,1,2,6,1,2,4,2,1,4,2,1,3,2,2,1,2,2,2,2,1,2,4,-1},{6,2,3,5,2,1,3,2,2,5,2,2,1,3,2,6,2,1,5,2,1,6,2,4,3,2,2,5,2,1,6,2,1,5,2,2,3,2,2,1,2,1,6,1,1,5,2,1,3,2,1,2,2,4,2,2,-1},};ucharcodeLen[][200]={{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,1,1,-1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1},};ucharcodehuayang[][50]={{0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7