基于单片机的音乐播放器设计-软件设计

目录1绪论11.1单片机根底知识介绍11.1.1单片机概述11.1.2单片机的应用领域1单片机的开展趋势11.2课题概述22系统硬件原理及设计32.1核心器件AT89C51介绍32.1.1主要特性：32.1.2.管脚说明：42.1.3.振荡器特性:52.1.4.芯片擦除：52.2硬件电路设计5电路原理图6设计目的:连续发出的音乐声音63系统软件原理及设计73.1单片机产生不同频率脉冲信号的原理：73.2音乐软件的设计9音乐代码库的建立方法9选曲9歌曲的设计104调试与仿真114.1KeilC51单片机软件开发系统114.2proteus的操作14心得体会16参考文献17附录一：程序设计18附录二：程序流程201绪论1.1单片机根底知识介绍单片机概述单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的根底上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论根底学习。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子设计的DP系列单片机仿真实验仪之一，是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试。单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个范畴：一、在智能仪器仪表的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备〔功率计，示波器，各种分析仪〕。二、在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器根本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。三、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。单片机的开展趋势单片机现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。纵观单片机的开展过程，可以预示单片机的开展趋势，大致有：一、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器〔CPU〕、随机存取数据存储〔RAM〕、只读程序存储器〔ROM〕、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW〔脉宽调制电路〕、WDT〔看门狗〕、有些单片机将LCD〔液晶〕驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD〔外表封装〕越来越受欢送，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向开展。二、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商根本都采用了CMOS〔互补金属氧化物半导体工艺〕。像80C51就采用了HMOS〔即高密度金属氧化物半导体工艺〕和CHMOS〔互补高密度金属氧化物半导体工艺〕。CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS那么具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机开展的主要途径。1.2课题概述基于单片机的音乐播放器可应用于mp3，MP4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能，作为单片机的重要硬件资源之一，利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，也可以产生包括"Do"、"Re"、"Me"--等音阶在内的各种频率声音。将各个音阶连接在一起，便可组成一支曲子或是演奏一段旋律。基于这个思想，我设计了一款特殊的"音乐播放器"，本播放器可实现播放、暂停、复位等功能。为了表达乐曲播放过程中的动态效果，增加了1只LED，作随机闪烁以指示旋律的节奏。由于时间及条件限制，本设计实现了一种简单的音乐播放器，其核心器件采用AT89C51单片机，本播放器具有电路简单，功能强大，易于拓展等特点。在此根底上，可以添加按键，LED显示屏等模块，实现切换歌曲，歌名显示，动感音乐屏等功能。2系统硬件原理及设计2.1核心器件AT89C51介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K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100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C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。外形及引脚排列如下图图2-1AT89C51外形图及引脚序列主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保存时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32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·片内振荡器和时钟电路.管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1〞时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1〞时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1〞后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流〔ILL〕这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示表2.1P3口被选功能管脚备选功能P3.0RXD〔串行输入口〕P3.1TXD〔串行输出口〕P3.2/INT0〔外部中断0〕P3.3/INT1〔外部中断1〕P3.4T0〔记时器0外部输入〕P3.5T1〔记时器1外部输入〕P3.6/WR〔外部数据存储器写选通〕P3.7/RD〔外部数据存储器读选通〕P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源〔VPP〕。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。.振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。.芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1〞且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2.2硬件电路设计2.2.1电路原理图2.2.2设计目的:连续发出的音乐声音3系统软件原理及设计3.1单片机产生不同频率脉冲信号的原理：〔1〕要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲〔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的时间，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的时间再对I/O反相，就可以在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，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法如下：例如，频率为523Hz，其周期天/523S=1912uS，因此只要令计数器计时956uS/1us=956，在每计数956次时就将I/O反接，就可得到中音DO〔532Hz〕。计数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi/2/Fr〔N：计数值，Fi：内部计时一次为1uS，故其频率为1MHz，Fr：要产生的频率〕〔3〕其计数值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi/2/Fr计算举例：设K=65536,F=1000000=Fi=1MHz，求低音DO〔261Hz〕、中音DO〔523Hz〕、高音DO〔1046Hz〕的计数值。T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-500000/Fr低音DO的T=65536-500000/262=63627中音DO的T=65536-500000/523=64580高音DO的T=65536-500000/1047=65059〔4〕C调个音符频率与计数值T的对照表如下表所示：表3-1C调各音符频率与计数值T的对照表音符频率〔Hz〕简谱码〔T值〕音符频率〔Hz〕简谱码〔T值〕低1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763731中5SO78464898低2RE29463835#5SO#83164923#2RE#31163928中6LA88064968低3M33064103#693264994低4FA34964103中7SI98865030#4FA#37064260高1DO104665058低5SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565124#646664463高3M131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#148065198〔5〕每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的上下，低4位代表音符的节拍，下表为节拍码的对照。但如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4节拍为1DELAY，那么1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如下表为1/4和1/8节拍的时间设定。表3-2节拍码对照表1/4节拍1/8节拍节拍码节拍数节拍码节拍数11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍41/2拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍71又3/4拍77/8拍82拍81拍92又1/4拍91又1/8拍A2又1/2拍A1又1/4拍B2又3/4拍B1又3/8拍C3拍C1又1/2拍D3又1/4拍D1又5/8拍E3又1/2拍E1又3/4拍F3又3/4拍F1又7/8拍表3-3各调节拍的时间设定表1/4节拍1/8节拍曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125毫秒调4/462毫秒调3/4187毫秒调3/494毫秒调2/4250毫秒调2/4125毫秒1/4拍的延迟时间=187毫秒DELAY:MOVR7,#2D2:MOVR4,#187D3:MOVR3,#248DJNZR3,$DJNZR4,D3DJNZR7,D2RET3.2音乐软件的设计音乐代码库的建立方法〔1〕先找出乐曲的最低音和最高音范围，然后确定音符表T的顺序。〔2〕把T值表建立在TABLE1，构成发音符的计数值放在“TABLE〞。〔3〕简谱码〔音符〕为高位，节拍为〔节拍数〕为低4位，音符节拍码放在程序的“TABLE〞处。〔4〕音符节拍码00H为音乐结束标记。选曲在一个程序中，需要演奏两首或两首以上的歌曲时，音乐代码库的建立有两种方法：〔1〕将每首歌曲建立相互独立的音符表T和发音符计数值TABLE。〔2〕在建立公用音符表T后，再写每首歌的发音计数值TABLE中的代码不管采用那种方法，每首歌曲结束时，在TABLE中均需加上音乐结束符00H。歌曲的设计下面以歌曲《送别》的设计为例，讲述歌曲在单片机中的实现。曲谱如下列图所示从歌中可看出，最低音为低7Si，最高音为高1Do。根据音乐软件的设计方法，简谱对应的简谱码、T值、节拍数如表所示。表3-5简谱对应的简谱码、T值、节拍数简谱发音简谱码T值节拍码节拍数低7低音Si16452411/41中音Do26458022/42中音Re36468433/43中音Mi464777414中音Fa56482051+1/45中音So66489861+1/26中音La764968827中音Ti865030A2+1/2高1高音Do965058C3低6低音LaA64400F3+3/4低5低音SoB642604调试与仿真下面用KEILuVision与porteus仿真软件介绍数字计算器的仿真与调试。4.1 KeilC51单片机软件开发系统使用Keil软件建立一个工程Keil是目前进行51单片机开发最常用的编译软件。关于Keil的使用，有很多的资料介绍，这里只介绍其整个编译过程，在最短时间内开始使用Easy51DP-2开发板。对于Keil更详细的介绍，可以参考一些专门书籍资料。在Keil里，每一个完整的程序，都是以一个工程的形式建立的。一个工程里可以有一个或多个*.c文件和*.h文件，但只可以有一个main()函数。一般的做法是将包含main()函数的C文件参加到工程中，其他文件以#include头文件的形式加到这个C文件里。这样，在编译的时候，其他的文件会被自动的导入到工程里来。翻开Keil软件后，出现〔图3.2〕所示界面。当然，如果Keil在上次关闭时有翻开的工程，再一次翻开时它会自动加载上一次的工程文件。图2.2Keil软件主界面首先点击Project->NewProject…〔Project->OpenProject…为翻开一个已经存在的工程〕，如图3.3所示。图2.3Keil软件翻开新工程界面点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击“保存〞后，出现〔如图3.4所示〕界面。在此界面上选择电路板上所用的单片机型号：AtmelAT89S51〔或者是AT89S52，视开发板上具体型号而定〕，单击“确定〞。图2.4选择电路板上所用的单片机型号设置完成后，软件会提示“是否将8051上电初始化程序添参加工程？〞如图3.5所示，这个一般选择“否〞。〔关于STARTUP.A51的相关内容可查阅相应资料〕图2.5是否将8051上电初始化程序添参加工程这样，就建立了一个空的51工程。接下来的事，就是在这个工程里面参加自己的程序代码。点击，或者File->New，便建立了一个空的文本框。现在，就可以开始在里面输入你的代码了。保存时注意：如果是用C语言写的程序，那么将文本保存成*.c，如果是用汇编写的程序，那么将文本存成*.asm。到目前为步，我们已经建立了一个工程，也写了一个程序代码。但现在还不能开始编译。因为还没有将程序代码添加到工程里面去。下一步就是将写完的程序添加到工程里面，如图3.6所示，在左边ProjectWorkspace里的SourceGroup1上右击，选择AddFilestoGroup’SourceGroup1’。在翻开的对话框中，选择刚存的文件路径和对应的扩展名。这样，程序就添加进了这个工程。图2.6添加文件到工程中下一步，就开始编译刚输入进去的代码。点击工具栏中的按钮。接着，Keil会打出下面的提示：Buildtarget'Target1'assemblingled.asm...linking...ProgramSize:data=8.0xdata=0code=100"first"-0Error(s),0Warning(s).其中“"first"-0Error(s),0Warning(s).〞说明现在的工程编译通过，0个错误和0个警告。建立工程的时候，默认是不生成HEX文件的，得在编译做如下设置：单击，或者在ProjectWorkspace里Target1上右击，选择“OptionsforTarget‘Target1’〞。出现如图3.7所示对话框，选择“Output〞按图示，将箭头所指的多项选择框勾上，点“确定〞。现在再点击重新编译，系统提示：“creatinghexfilefrom"first"...〞。便会在工程所在文件夹里生成HEX文件。图2.7生成HEX文件4.2proteus的操作1.硬件电路图的接法操作(1).放置选择〔删除〕元器件(2).移动元器件(3).缩放视图(4).连接导线(5).仿真，调试2.单片机系统PROTEUS设计与仿真过程Proteus强大的单片机系统设计与仿真功能，使它可成为单片机系统应用开发和改良手段之一。全部过程都是在计算机上通过Proteus来完成的。其过程一般也可分为三步：(1)在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等。简称Proteus电路设计。(2)在Keil平台上进行单片机系统程序设计、编辑、汇编编译、代码级调试，最后生成目标代码文件〔*.hex〕。简称Proteus源程序设计和生成目标代码文件。(3)在ISIS平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。它在相当程度上反映了实际单片机系统的运行情况。简称Proteus仿真。心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术开展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活泼的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为自动化专业的学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。我的题目是音乐播放器硬软件的设计，对于我们这些工科学生来说，这是一次考验。怎么才能找到课堂所学与实际应用的最正确结合点？怎样让自己的业余更接近专业？怎样让自己的方案更具有序性，而不会忙无一用？这都是我们所要考虑和努力的。这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定方案，怎么样去实现这个方案，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅稳固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不够好。这次课程设计通过自己的努力，同学的帮助，还有老师的辛勤指导下，最终顺利完成参考文献1侯玉宝,陈忠平,，李成群.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真.北京电子工业出版社，20232沈德金，陈粤初．MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例．北京航空航天大学出版社,19903胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,19964何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计．北京航空航天大学出版社，1990．15张毅刚、彭喜元、姜守达、乔立岩．新编MCS-51系列单片机应用设计．哈尔滨工业大学出版社，2003.66杨世成.信号放大电路.电子工业出版社,19957潘立民,王燕芳.微型计算机控制技术.人民邮电出版社,19908邵敏权,刘刚.单片机原理实验及应用.吉林科学技术出版社,1995.19陈汝全.实用微机与单片机控制技术.电子科技大学出版社,1995.710李华.MCS-51系列单片机应用接口技术.北京航空航天大学出版,199311童诗白.模拟电子技术根底。高等教育出版社，2001附录一：程序设计ORG0000HLJMPMAINORG1BHJMPT1INT;