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1、 音乐彩灯控制器 课程设计说明书 专业班级：专业班级： 12 级电信级电信 3 班班 姓名学号：姓名学号： 陈昆鹏陈昆鹏 080212117 陶慧灵陶慧灵 080212126 汪德玮汪德玮 080212115 指导教师：指导教师： 纪娟娟纪娟娟 设计时间设计时间: 2014 年年 6 月月 物理与电气工程学院物理与电气工程学院 2014 年年 6 月月 5 日日 摘要 利用 AT89C52RC 单片机中定时器可以产生各种频率的声音即音调。将各个 发音音阶配合音调节拍连接在一起，便可组成一支曲子。基于这个思想，我们 设计了此款“音乐播放器“，本播放器具有电路简单，功能强大，易于拓展等特 点。在基
2、础播放上，添加按键、彩灯、数码管等模块，实现歌曲切换，歌曲编 号显示，动感音乐跑灯等功能。 关键字：AT89C52RC、音乐、彩灯、数码管 目录 一、概述.1 1.1 课题设计目的与意义.1 1.2 单片机概述1 二、音乐彩灯设计内容简要.1 2.1 音乐彩灯设计内容.1 2.2 音乐彩灯设计要求.1 2.3 音乐彩灯的设计原理.1 2.4 音乐彩灯设计总框图.2 三、硬件电路设计.2 3.1 电路设计原理图2 3.2电路设计总图.2 3.3硬件电路设计.3 四、系统软件设计.5 4.1程序流程图6 4.2程单片机音阶代码实现.6 4.3单片机产生不同频率脉冲信号的原理7 4.4 音乐代码实现
3、10 4.5音乐彩灯程序.11 五、作品实物图16 六、结论.16 七、体会.17 参考文献.17 第 1 页 共 20 页 音乐彩灯控制器设计方案 一、概述 1.1 课题设计目的与意义 (1) 进一步掌握单片机原理及接口技术的理论知识及其应用。 (2) 增强我们动手实践的能力，将所学知识运用到实际中，做到学有所用。 (3) 作为毕业课程设计的过度，熟悉课程设计的流程。 1.2 单片机概述 单片机又称单芯片微型计算机，它是一种集成电路芯片，是采用超大规模 集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读 存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功
4、能（可能还包括显 示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一 块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。 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有限公司设计的 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。 二、音乐彩灯设计内容简要 2.1 音乐彩灯设计内容 （1）设计实现三种不同音乐的程序 （2）设计实现伴随三种不同音乐播放时的彩灯花样程序 （3
5、）设计能够切换、暂停和显示第几首歌曲的程序 2.2 音乐彩灯设计要求 彩灯根据音乐节奏闪烁，当按下“停止”键时，音乐停止，彩灯也停止闪 烁，当按下“开始”键时，音乐与彩灯又同步进行，并且三首歌曲能够实现上 下切换。在切换歌曲时，数码管显示第几首歌曲。 2.3 音乐彩灯的设计原理 编写程序，利用 AT89C52 单片机的接口原理以及单片机的中断、复位和外 第 2 页 共 20 页 部拓展功能，对蜂鸣器、LED 灯、键盘以及数码管控制，实现音乐播放、彩灯 闪烁，按键控制歌曲播放、彩灯花样以及数码管的数字显示。 2.4 音乐彩灯设计总框图 三、硬件电路设计 3.1 电路设计原理图 89C51 单片机
6、 6MHz 晶振电路 电源电路 显示电路 键控电路 复位电路 发声电路 注：晶振根据实际需求可选 6MHz，11.0592MHz，12MHz，24MHz 等 3.2 电路设计总图 AT89C52 单片 机 数码管显示 电路 时钟电路 按键电路 复位电路 彩灯 蜂鸣器电 路 第 3 页 共 20 页 3.3 硬件电路设计 3.3.1 AT89C52RC 单片机硬件结构： AT89C52 是一种带 8K 字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的单片机芯片，它采用静 态 CMOS 工艺制造 16
7、 位微处理器，最高工作频率位 24MHZ。AT89C52RC 引 脚排列如图所示： 3.3.2 显示电路设计 显示电路是一个 8 位共阴极 LED 数码管。 单片机的 P0.0-P0.7 分别与数码 管的 A、B、C、D、E、F、G、DP 相连接。P2 接数码管的位选段。 第 4 页 共 20 页 注：七段数码管有无 DP 段，不连接不影响显示 3.3.3 晶振时间电路设计 晶振电路由两个 30pF 的电容和一个 12Mhz 的晶体振荡器组成。节点 1 与 单片机的 XTAL2 相连接，节点 2 与单片机的 XTAL1 相连接，从而为单片机提 供时间信号，为音乐的播放节拍控制提供基本时间单位：
8、当晶体振荡频率为 12MHz,定时器工作在方式 1 下时，若各音阶相对应的定时器计数初值为 X，则 可根据下式计算 X： 166 1/(2)(2) 12/(6 10 )fX 3.3.4 按键控制电路设计 控制电路，K1 与 P3.2 相连、K2 与 P3.3 相连、K3 与 P3.5 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。K1 联通实现上一曲更换， K2 联通实现下一曲更换，K3 联通实现开始暂停操作。 第 5 页 共 20 页 3.3.5 输出电路设计 发声电路由蜂鸣器连接 P3.6 接口实现音乐的输出，由控制电路发出操作指 令后，单片机调用相应程序，并将音乐信号由
9、P3.6口输出，通过驱动蜂鸣器发 出美妙的音乐。 3.3.6LED 闪烁灯 通过单片机对 P1 口的控制，从而使得 LED 灯在播放音乐时随着音乐有节 奏的闪烁。 四、系统软件设计 第 6 页 共 20 页 4.1 程序流程图 是 否 4.2 程单片机音阶代码实现 音调的高低用音阶表示，不同的音阶对应不同的频率。因此，不同频率的 方波就可以产生音阶，音阶与频率的关系见表 1。由于频率的倒数是周期，因 此可由单片机中的定时控制方波周期，当定时器计数溢出时产生中断。将与蜂 鸣器连接的 P3.6 取反后就可得到方波的周期，从而达到了控制频率，即音阶的 目的。 音阶与频率的关系及 如下表： 开始 初始
10、化 查询歌曲曲 目 显示曲目数 判断是否 结束 停、播 上下曲 结束 等待播放 播放音乐 节奏彩灯 第 7 页 共 20 页 音 阶 频率 （Hz） 定时器初 值 音 阶 频率 （Hz） 定时器初 值 音 阶 频率 （Hz） 定时器初 值 1 2 3 4 5 6 7 0 131 147 165 175 196 220 247 0 0F85EH 0F933H 0F9F0H 0FA49H 0FAE6H 0FB74H, 0FBF4H 0100H 1 2 3 4 5 6 7 0 262 294 330 349 392 440 494 0 0FC2FH 0FC99H 0FCF8H 0FD22H 0FD7
11、3H 0FDBAH 0FDFAH 0100H 1 2 3 4 5 6 7 0 523 587 659 698 784 880 988 0 0FE17H 0FE4CH 0FE7CH 0FE91H 0FEB9H 0FEDDH 0FEFDH 0100H 低八度音中音高八度音 注：0 表示简谱中的空拍 表 3-2 方式 1 下定时器的初值 当晶体振荡频率为 6MHz 定时器工作在方式 1 下时，若各音阶相对应的定 时器计数初值为 X，则可根据下式计算 X： 注：其他晶振只需改公式中相应数字 166 1/(2)(2) 12/(6 10 )fX 音调的长短用节拍数表示（例如 1/4 拍、2/4 拍、） ，
12、不同节拍数的不 同音符的组合形成乐谱。程序中，音的节拍可由延时子程序实现。延时子程序 设定为四分之一拍，节拍值只能是它的整数倍。 4.3 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 单片机课程设计 第 8 页 共 20 页 数值 TH0 及 TL0 以产生不同
13、频率的方法如下： 例如，频率为 523Hz，其周期天/523 S=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
14、=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： 音 符频率 （Hz） 简谱码（T 值） 音 符频率 （Hz） 简谱码（T 值） 低 1DO26263628 #4FA#740 64860 #1DO# 27763731中 5SO 784 64898 低 2RE29463835
15、#5SO#831 64923 #2RE# 31163928中 6LA 880 64968 低 3M33064103 #6 93264994 低 4FA34964204中 7SI98865030 #4FA# 37064260高 1DO104665058 低 5SO39264261 #1DO# 110965085 #5SO# 41564400高 2RE117565110 第 9 页 共 20 页 低 6LA44064443 #2RE# 124565124 #6 46664524高 3M131865157 低 7SI49464524高 4FA139765178 中 1DO52364331 #4FA#
16、 148065189 表 3-3-1 C 调各音符频率与计数值 T 的对照表 （5）每个音符使用 1 个字节，字节的高 4 位代表音符的高低，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，则 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。 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
