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1、 课 程 设 计 报 告设计名称 基于单片机的电子音乐门迎设计与实现 学 校 陕西电子科技职业学院 学 院 电子工程学院 学生姓名 班 级 1507 学 号 2013062040154 指导教师 时 间2017年10月25日 基于单片机的电子音乐门迎的设计与实现第一部分：正文1 综括1.1 研究背景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。传统的门铃由于发音单调，已经不能很好满足人们的需要，不能实现批量生产。本文设计的音乐门迎是以单片机为核心元件的电子式音乐门迎，体积小，功能强，能演奏和旋音乐，使用方便，并具有一定的商业价值。人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。
2、面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。单片机技术与数码管显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。1.2 主要工作本设计是基于AT89C51单片机的可控音乐门迎程序设计。该音乐门迎是一个依据单片机技术原理，通过PROTEUS仿真软件对硬件电路进行仿真制作以及利用KEIL软件对音乐门迎源程序进行C语言编译，而设计制作出的一个多功能音乐门迎。1.3 课程内容1) 用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲（至少三首乐曲，每首不少于30秒）
3、。2) 客人可通过门铃按键器播放音乐，并显示等待显示时间。3) 如果主人在家，可暂停并取消音乐。2 系统总体方案2.1 系统组成框图音乐门迎的系统结构以AT89C51单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、数码管模块组成。单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放曲目和显示等待时间以及蜂鸣器发音。系统组成框图如图2-1所示。图2-1 系统组成框图2.2 音乐门迎的功能结构图音乐门迎的功能结构如图2-2所示。门铃按键是实现播放音乐的功能，可播放的曲目有4首，分别是千年之恋、寂寞沙洲冷、小小葫芦娃和同桌的你。复位按键是实现音乐停止和时间清零的功能，由主人完成操作。图2-2 音乐门
4、迎功能结构图3 硬件设计3.1 各部分硬件设计及其原理3.1.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存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。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，AT89C51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
5、排列如图3-1所示图3-1 AT89C51系列单片机3.1.2 时钟振荡电路AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我推荐电容使用30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟
6、的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。振荡器电路如图3-2所示：图3-2 单片机内部、外部振荡电路3.2 硬件电路图及功能总体硬件电路实现功能如下，如图3-3所示。1） 电路中用P3.2、P3.3控制按键。2） P0.0-P0.7和P2.0-2.7控制数码管的时间显示。3） P3.7控制蜂鸣器。图3-3 硬件电路图4 软件设计一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，
7、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。4.1 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”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、
8、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。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
9、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，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应的停顿效果。计数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi2FrN：计算值；Fi：内部计时一次为1us，故其频率为1MHz；3） 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=65536-N=65536-Fi2Fr=65536-10000002Fr=65536-500000/Fr
10、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=650594） 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Do2621908229Do523956115Do10465757Do2771805217Do554903108Do11095454Re2941701204Re587852102Re11755151Re3111608193Re62280497Re12454848Mi3301515182
11、Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa3701351162Fa74067681Fa14804141So3921276153So78463877So15683838So4151205145So83160272So16613636La4401136136La88056868La17603434La4641078129La93253664La18653232Si4941012121Si98850661Si197630304.2 节拍的确定若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的
12、快满度。休止符表示暂停发音。一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。表4-2节拍与节拍码对照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42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍每个音符使用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，表4-2为节拍码的对照。如果1拍
13、为0.4秒，1/4拍实0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4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，如表4-3为1/4和1/8节拍的时间设定。表4-3 1/4和1/8节拍的时间设定曲调值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4.3 编码do re mi fa so la si分别编码为17，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为0。播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的结束标志，可以参考简谱码如表4-4所示。歌曲播放的设计：先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsigned char 的数组中。程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。表4-4 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5低音SO16426011/4拍6低音LA
