基于51单片机的音乐盒设计

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1、成绩成绩课程设计：课程设计： 嵌入式系统应用嵌入式系统应用 题目名称：题目名称：基于基于 5151 单片机的音乐盒设计单片机的音乐盒设计 1 设计的任务设计的任务 （包含设计的内容和设计的目标）设计内容：设计内容： 本设计是一个基于 AT89C52 系列单片机的音乐盒，依据单片机技术原理， 通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒。 该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器和点阵组成。 使用按键控制音乐盒，三个用来切换歌曲，一个用来暂停音乐和开启 LED 点阵，一个用来从暂停位置开始播放音乐。本音乐盒共有三首歌曲，点阵 式样有四种。播放歌曲时，蜂鸣器发出某个音

2、调。本设计利用 KEIL 编程软 件对音乐盒源程序进行编程并调试。设计目标：设计目标： 初 始： 点阵显示作者信息； 按键 1：播放歌曲 1； 按键 2：播放歌曲 2； 按键 3：播放歌曲 3； 按键 A：暂停播放，点阵显示当前歌曲的名字； 按键 B：从暂停位置继续播放。 2 2 设计的过程设计的过程2.1 基本结构基本结构1、总体设计框图AT89C52 单片机蜂鸣器点阵按键输入晶振复位电路2、AT89C52 介绍AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编 程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51

3、 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器 ，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向 量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可 降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定

4、时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式 下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中 断或硬件复位为止。 P0 口口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱 动 8 个 TTL 逻 辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部 程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， P0 不具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序 校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/

5、O 口，p1 输出缓冲 器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电 阻的原因，将输出电流（IIL） 。 此外，P1.0 和 P1.1 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） 。 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。 引脚号第二功能： P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号 和方向控制） P1.

6、5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程 用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚 由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 在访问外部 程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如 执行 MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用 很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外

7、部数据存储 器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻 的原因，将输出电流（IIL） 。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用， 如下表所示。 在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。 引脚第二功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.

8、1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断 0) P3.3 INT1(外中断 1) P3.4 TO(定时/计数器 0) P3.5 T1(定时/计数器 1) 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) 此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电 平将是单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器 或数据存储器时，ALE（地址锁存 允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡 频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，

9、因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要 注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 存储器 编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG） 。如有必要，可通过对特殊功 能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后， 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高， 单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器 的读选通信号，当 AT89S52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有 效，即输出

10、两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 （地址为 0000H-FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内部程序存储器的指令。FLASH 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程 允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.2 软件设计过程

11、软件设计过程包含软件设计思路，如果使用中断，说明中断类型等 在本程序中设置了两个标志count 和 jy_count，分别初始化为 0 和 0。 按键 1、2、3、A 使得 count 在 0 和、1、2、3 之间切换，jy_count 记录歌曲的 状态，能在暂停时播放歌曲的名字，同时在按键 B 返回时能知道 count 的值。 程序检测 count 的值，count 等于 1 时播放第一首歌曲，等于 2 时播放第二首， 等于 3 时播放第三首。另一方面根据 jy_count 的值来控制点阵显示歌曲名。1 1、音调、节拍以及编码的确定方法、音调、节拍以及编码的确定方法一般说来，单片机演奏音乐基

12、本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波 频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只 需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。1.11.1 音调的确定音调的确定不同音高的乐音是用 C、D、E、F、G、A、B 来表示，这 7 个字母就是音乐 的音名，它们一般依次唱成 DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的 1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐 音的发音，所以叫“音调” ，即 Tone。把 C、D、E、F、G、A、B 这一组音的距 离分成 12 个等份，每一个等份叫一个“半音” 。两个音之间

13、的距离有两个“半 音” ，就叫“全音” 。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、FG、GA、AB 两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；EF、BC 两音之间没有 黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成 1、2、3、4、5、6、7 的音叫 自然音，那些在它们的左上角加上号或者 b 号的叫变化音。叫升记号，表 示把音在原来的基础上升高半音，b 叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。 例如高音 DO 的频率（1046Hz）刚好是中音 DO 的频率（523Hz）的一倍，中音 DO 的频率（523Hz）刚好是低音 DO 频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音 RE 的频率（1175Hz）刚好是中

14、音 RE 的频率（587Hz）的一倍，中音 RE 的频率 （587Hz）刚好是低音 RE 频率（294 Hz）的一倍。 1）要产生音频脉冲，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。利用定时器计时这半个周期时间，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 反相，就可在 I/O 脚上得到此频率的脉冲。 2）利用 AT89C51 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。 此外结束符和休止符可以分别用代码 00H 和 FFH 来表示，若查表结果为 00H，则表

15、示曲子终了；若查表结果为 FFH，则产生相应的停顿效果。 3）例如频率为 523Hz，其周期 T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时 956us/1us=956，在每次技术 956 次时将 I/O 反相，就可得到中音 DO（523Hz） 。计数脉冲值与频率的关系公式如下： N=Fi2Fr N：计算值；Fi：内部计时一次为 1us，故其频率为 1MHz； 4） 其计数值的求法如下： T=65536-N=65536-Fi2Fr 例如：设 K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音 DO（261Hz） 。中音 DO（523Hz） 。高音的 DO（1046Hz）的计算值 T

16、=65536-N=65536-Fi2Fr=65536-10000002Fr=65536-500000/Fr 低音 DO 的 T=65536-500000/262=63627 低音 DO 的 T=65536-500000/523=64580 低音 DO 的 T=65536-500000/1047=65059 5） C 调各音符频率与计数值 T 的对照表如表 4.1 所示。表 4.1 C 调各音符频率与计数值 T 的对照表 低音频率T参数中音频率T参数高音频率T参数 Do2621908229Do523956115Do10465757Do2771805217Do554903108Do11095454Re2941701204Re587852102Re11755151Re3111