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1、 .wd.数字音乐盒的设计摘要随着人类社会的开展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒，多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、显示电路以及蜂鸣器组成。使用四个按键控制音乐盒，其中两个按键用来控制歌曲的播放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序的变化，本音乐盒共有三首歌曲。播放歌曲时，相应歌曲对应相应数码管上歌曲次序及歌名的显示。关键词：AT89C51,蜂鸣器，LCD液晶显示目 录1绪论41.1 课题描述41
2、.2 基本工作原理及框图42 相关芯片及硬件电路设计42.1 AT89C51芯片42.1.1 AT89C51的功能特性52.1.2 AT89C51的主要性能参数52.2晶振电路62.3 复位电路62.4 驱动电路72.4.1 蜂鸣器82.4.2 续流二极管82.4.3 滤波电容82.4.4 三极管82.5 显示电路92.5.1 线段的显示92.5.2 字符的显示92.6 按键电路103 系统软件设计103.1 软件设计程序流程图103.2 节拍确实定113.3 编码123.4 仿真12总结15致谢16参考文献17附录181绪论1.1课题描述随着科学技术的进步和社会的开展，人类所接触的信息也在不
3、断增加并且日益复杂。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展处理，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。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速开展。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小,重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。1.2 基本工作原理及框图本次设计是一个基于AT89C51单片机的音乐盒，该音乐盒主要由按
4、键电路、复位电路、时钟电路、蜂鸣器以及显示电路组成。使用其中两个按键来控制播放和暂停另外两个按键用来控制换曲。利在液晶上显示曲目的更换，共三首音乐，蜂鸣器每播放一首歌时液晶上显示相对应的歌曲次序。系统组成框图如图1。图1 基本工作原理框图2相关芯片及硬件电路设计2.1AT89C51芯片图2 AT89C51引脚图2.1.1 AT89C51的功能特性AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断构造，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种
5、软件可选的节电工作模式。空闲方式停顿CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停顿工作并制止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。2.1.2 AT89C51的主要性能参数AT89C51主要性能参数如下：l 与MC51产品指令系统完全兼容l K字节可编程闪烁存储器l 寿命：1000写/擦循环l 数据保存时间：10年l 全静态工作：0Hz-24Hzl 三级程序存储器锁定l 128*8位内部RAMl 32可编程I/O线l 两个16位定时器/计数器l 5个中断源 l 可编程串行通道l 低功耗的闲置和掉电模式l 片内振荡器和时钟电路 2.2
6、晶振电路晶体振荡器，简称晶振，它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。晶振在应用具体起到的作用，微控制器的时钟源可以分为两类：一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化,震荡脉冲频fosc在0至24MHZ范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响。图3为晶振电路。图3 晶振电路2.3复位电路单片机在启动时都
7、需要进展复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开场工作。51系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，那么CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。图4为复位电路。图4复位电路2.4驱动电路由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的但AVR可以驱动小功率蜂鸣器，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。 蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个局部：一个三极管、一个蜂鸣
8、器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。图5为蜂鸣器驱动电路。图5 蜂鸣器驱动电路2.4.1 蜂鸣器发声元件，在其两端施加直流电压有源蜂鸣器或者方波无源蜂鸣器就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式直流/方波等。这些都可以根据需要来选择。 2.4.2 续流二极管蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。否那么，在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它局部。 2.4.3 滤波电容滤波电容C1的作用是滤波，滤除蜂鸣器电流对其它局部的影响，也可改善电源的交流阻抗，如果可能，最好是再并联
9、一个220uF的电解电容。2.4.4 三极管三极管Q1起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平那么使三极管关闭，蜂鸣器停顿发声。2.5显示电路2.5.1 线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当000H=FFH时，那么屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当3FFH=FFH时，
10、那么屏幕的右下角显示一条短亮线；当000H=FFH，001H=00H，002H=00H，00EH=00H，00FH=00H时，那么在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的 基本原理。2.5.2 字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1，其它的为“0，为“1的点亮，为“0的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开场显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址
11、，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。图6为显示电路。图6 显示电路2.6按键电路P1.0-P1.5作为控制按键，其中P1.0-P1.1扫描行，P1.4-P1.5扫描列；可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。图7为按键电路。图7 按键电路3 系统软件设计总体原理：播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。另外，音符的频率有所不同。基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。音符
12、的发音主要靠不同的音频脉冲。利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，然后控制P3引脚的输出音乐。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，利用定时器计时这个半周期时间，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。3.1软件设计程序流程图流程图如图8所示。图8 程序流程图按下电源开关键后，整体电路开场运作，电源指示灯发光。此时，按下连接于P1.4和P1.5端口的开关按键开场选曲，每按一下单片机将依序更换歌曲并在液晶上显示歌曲次序及歌名。歌曲次序及歌名将在数码管上以文字“1+歌曲名
13、，2+歌曲名，3+歌曲名的形式循环呈现。当开场按下连接于P1.0的开关按键后，单片机将依序播放歌曲，按下P1.1开关按键后歌曲播放将暂停。3.2节拍确实定假设要构成音乐，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快满度。“节拍,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。假设1拍实0.5s，那么1/4拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大局部人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。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
14、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。了解音乐的一些根基知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。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。因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。3.3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
15、和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的完毕标志。举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。举例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进展编码，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，然后别离出高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；接着别离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。3.4 仿真图9 仿真初始界面图10 仿真播放第一首图11 仿真播放第二首图12 仿真播放第三首总 结这次单片机课程设计相对来说，硬件局部是比较简单的，主要是程序的设计，因为需要计算频率和歌曲时间，用了两个定时器。另一个难点在于对音调和节拍的理解，对于这个知识点我花了两天的时间翻阅图书，最终明白了，对于音调和节拍的编写。在大学课堂的学习只是纯理论的专业知识，而我们应该把所学的用到现实生活中去，此次的音乐盒设计给我奠定了一个实践根基，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适
