音乐播放器设计

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1、音乐播放器设计姓名:学号:班级:目录1概述 11.1 课题意义 11.2 设计方案11.3 研究内容12 系统总体方案介绍22.1 系统组成框图 22.2 音乐盒的功能结构图 23硬件设计 33.1 总体设计框图33.2 各部分硬件设计及其原理33.2.1 ATMEGA16 简介33.2.2 LED 显示电路设计与原理 33.2.3 时钟振荡电路33.3 硬件电路图及功能 44软件设计 54.1 音调、节拍以及编码的确定方法54.1.1 音调的确定 64.1.2 节拍的确定 64.1.3 编码 74.2 软件程序设计74.2.1 程序流程图及相应代码块 74.2.2程序源代码（见附录A） 10

2、5 调试 105.1 检查硬件连接105.2 检查软件系统105.3 测试结果105.3.1总体运行图 105.3.2花样灯116 总结 117心得体会 118 参考文献 119 附录 A 原理图1210附录 B 程序源代码及注释13基于 ATmega16 单片机的音乐播放器设计【摘要】本设计是一个基于ATmegal6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组成。使用两个 按键控制音乐盒，一个用来切换歌曲，另一个用来切换播放速度，本音乐盒共有 两首歌曲。播放歌曲时，蜂鸣器发出

3、某个音调，与之对应的 LED 亮起。本设计 利用ICC AVR编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真 软件对硬件进行仿真调试，节约了设计时间。【关键字】音乐盒；ATmega16单片机；ICC AVR； PROTEUS； 音调1 概述本设计是以ATmegal6芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控 制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用 户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号 的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际 使用价值，为广大

4、的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。1.1 课题意义音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的钟塔报时，而将大 小的钟表装上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。音乐盒有着300 多年的发展历史， 是人类文明发展的历史见证。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，

5、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。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，使音乐盒的功能更加丰富。1.2 设计方案设计一个基于ATmegal6系列单片机的音乐盒，利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣 器发出某个音调，与之相对应的 LED 亮起。使用两个按键，一个用来切换歌曲，另一个切 换八路 LED 的变化花样。1.3 研究内容1）电路有两种工作模式：演奏

6、音乐模式和花样灯模式。演奏音乐模式：演奏完整的一首的歌曲，八路LED随着音乐变化。花样灯模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声2）按下按键 1 进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共两首歌曲。3）按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共三种花样。此电路的程序只占用了 1K 左右，可编制更多的音乐和 LED 花样，使系统的功能更加 强大。2 系统总体方案介绍2.1 系统组成框图 音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED 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音乐花样灯的 显示样式以及蜂鸣器发音。系统

7、组成框图如图2.1所示。图 2.1 系统组成框图2.2 音乐盒的功能结构图音乐盒的功能结构如图2.2所示。Keyl负责切换播放歌曲，播放歌曲共2首，分别是 挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷o Key2负责切换LED显示花样，显示花样共3种，第一种顺 序显示，第二种由两边向中间移动然后向两边移动，第三种循环显示。图 2.2 音乐盒功能结构图3硬件设计3.1 总体设计框图3.2各部分硬件设计及其原理3.2.1 ATmega16 简介PDIP(XCK/TD) PBO 匚(T1) PB1 匚 (INT2/AIN0) PB2 匚 (OCO/AIN1) PB3 匚 (SS) PB4 匚 (MOSI) PB5 匚

8、 (MISO) PB6 匚 (SCK) PB7 匚 RESET 匚 VCC匚 GND匚XTAL2 匚 XTAL1 匚 (RXD) PD0 匚 (TXD) PD1 匚 (INTO) PD2 匚 (INT1) PD3 匚 (OC1B) PD4 匚 (OC1A) PD5 匚 (ICP) F0E3.2111213141516171S19302928272625242322ATmegal6PAO (ADC0)PA1 (ADC1)PA2 (ADC2)PA3 (ADC3)PA4 (ADC4)PA5 (ADC5)PA6 (ADC6)PA7 (ADC7)AREFGND系列单片机AVCCPC7 (T0SC2)PC

9、6 仃0SC1)PC5 (TDI)PC4 (TDO)PC3 (TMS)PC2 (TCK)PC1 (SDA)PCO (SCL)(0C2)3.2.2 LED显示电路设计与原理LED显示电路是由8个LED发光二极管组成，连接方式为共阳极，LED接到单片机的 P1 口，若为低电平，可使LED亮起。发光二极管的亮、灭由内部程序控制，8个LED发光 二极管分别对应不同的音阶，所以LED会随着音阶的变化按规律亮、灭。3.2.3 时钟振荡电路ATmegal6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

10、 振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容Cl、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Cl，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， 我们推荐电容使用30PF土 10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF土 10PF。用户也可 以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。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

11、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。振荡器电路图如下：X7AL2X7AL1GNDNCEXTERNALOSCILLATORSIGNAL图 3.3单片机内部、外部振荡电路XTAL2XTAL1GND3.3 硬件电路图及功能 总体硬件电路实现功能如下，如图 3.4 所示1) 电路中用PBO、PB1、PB2控制按键。2) PA0PA7控制 LED。3) PD5 控制蜂鸣器。4) 电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。图 3.4 硬件电路图巴応Pl.?P1.6P3.ST1P1.5P$4iT0PI 4pa3jf71TP1.3P32lffTTUP1.2P3 1HXD

12、P1 1PJQ/RXDP1 0P2 7/A15P2&A1JEAP24IA12ALEPEENP22iA1DP2 UA9P2.OfA8P07/AD7RSTPt)6fD6P04fACMP伽DMXTfiLPPC 1/AD1PO.&ACCIXTALKATWC514软件设计在本程序中设置了两个标志 ountl和count2,分别初始化为1和0。按键1使得 countl在1和2之间切换，按键2使得count2在14之间切换。程序检测countl的值,countl 等于1时播放第一首歌曲，等于2时播放第二首。另一方面根据count2的值来切换LED的 花样。countl和count2的值是互斥的，设置coun

13、tl等于1、2时，count2同时设置为0；设 置 count2 等于 14 时， countl 也同时设置为 0。4.1 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。4.1.1 音调的确定高音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 好是中音RE的频率（587Hz）的

14、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ATmega16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=Fi 2 FrN：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-Fi2Fr5）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Do2621908229Do523956115Do10465757