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1、2012届毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的音乐播放器设计 系 别： 机电系专 业： 应用电子技术班 级： 09应电32学生姓名： 方荣祥学 号： 090103223指导老师： 曹双兰 提交时间： 2012年1月摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。本设计是以单片机AT89C51为核心数据处理器件，由LCD液晶显示屏LM016L显示歌曲的曲号、播放时间、开机画面及键
2、号，开机画面为交替显示WELCOMHERE和作者姓名，采用4*4行形式键盘实现曲号的选择，其中1A号按键用来选择曲号，C键控制下一曲，D键控制上一曲，E键控制播放/暂停，F键为开机画面显示，元件以低消耗、高能、耐用、精确、易于操作等为优先考虑因素。采用键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1，显示乐曲播放的时间，并驱动LCD，显示歌曲号及播放时间。AT89C51单片机的内存小，就用了一个74LS373锁存器和27512外部扩展芯片对该单片机进行了内存的扩充，增大了它的存储空间，让他可以存储足够多的歌曲。本论文详细介绍了其硬件结构和设
3、计方法，整个设计简单实用，功能完整。关键词： 音乐播放 单片机 液晶显示目录前言5第一章 系统的方案论证与分析6第二章 硬件设计9 2.1 电路组成及工作原理92.1.1电路组成92.1.2 电路工作原理9 2.2 AT89C51的简介9 2.2.1 AT89C51功能概述9 2.2.2 AT89C51的管脚图10 2.2.3 AT89C51单片机的引脚介绍10 2.3晶振电路11 2.4扬声器电路11 2.5显示电路12 2.6更换歌曲电路13 2.7复位电路13 2.8程序存储外部扩展电路14 2.9 液晶显示原理及分类15 2.9.1 液晶显示原理15 2.9.2 液晶显示器的分类15
4、2.9.3 液晶显示器各种图形的显示原理及LCD1602简介15第三章 软件系统设计18 3.1软件流程设计18 3.2 性能分析20第四章 音乐播放器的仿真及分析21 4.1 Keil uVision 2软件简介21 4.2 Keil的调试22 4.3 Proteus仿真图及过程22结论24参考文献25谢辞26附录一 PROTEL原理图27附录二 PROTEL仿真图28附录三 程序清单29前 言 电子音乐是现代音乐的一种形式，是一种与古典截然不同的音乐形式。而今，越来越多钟情于电子音乐的音乐家们相信，通过电流产生的声音打破音乐的结构及人们习惯的听觉经验，人与人之间的情感是可以沟通的。电子音乐
5、是一种科技的见证。也就是说，借助电子音乐，技术可以见证音乐，音乐可以见证技术。电子音乐是对传统音乐的延承和背叛，它紧密地依偎着这个“科技与信息”的时代。音乐电声的一个重要内容就是电子音乐。电子琴的出现，开辟了音乐的一个新天地。但是自从电子合成器问世以来，电子音乐就又进入了一个更高的阶段。 目前，由于电子音乐的普及，电子合成器（合成器实际上是一台声音的频率合成仪，可以制作各种声音，改变各种音色）可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题。可以事先制作伴奏音乐或背景音乐，而不需要乐队，或者部分代替乐队。由于音乐合成器制作和修改方便，成本低，音乐丰满，所以市场需求量很大，因此，世界许多国家的厂商都不断
6、地在发展并推出新的型号，每年都要更新换代。当前的发展趋势是不断的采用先进技术，例如有的合成器有“跟随”功能，即经预置，每一个音后可以跟随一个二度或三度音，“重叠”功能，轻奏或重奏时可以发不同音调或音色；另外，合成器还向轻便、使用操作方便等方向发展。熟练的运用89C51单片机定时器产生固定频率的方波信号，推动喇叭发出旋律，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律，最重要的是自己还可以通过程序设计输入自己喜欢的歌曲来演奏中，本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方便设计音乐旋律，可以扩充其功能如下：（1）可以显示歌曲的名称；（2）可以设置睡眠关机时间；（3）可以设置歌曲的播放模式，单曲循环还是顺序播放；（4
7、）可以存储多首歌曲。第一章 系统的方案论证与分析方案一利用AT89C51、74LS373锁存器和27512外部扩展组成的音乐播放器（1）硬件设计 AT89C51单片机复位电路存储器扩展电路图2-1方案一框架图扬声电路数码管晶振电路更换歌曲电路（2）软件设计程序中根据音选取的是C调三个8度内的音符，共24个音阶。每个音符对应频率由定时器T0产生。为了程序调用方便，每个音符都对应一个编码，占用一个字节。在程序中以查表的方式加载计数初值。当值为00H时表示空拍，与节拍码配合完成节拍发音。节拍码也占一个字节，每个音符的时间长度等于基本时间乘以节拍码的值，由定时器产生。当节拍码值为01H时，表示当前乐曲
8、结束，为00H时，表示全部乐曲结束。为了编码简单，一般节拍码高半字节表示整拍，低半字节表示分数，只要基本延时设定恰当即可并且在按开始按钮后，可以播放歌曲。在播放程序中设置三个变量，分别用于用于存放时、分、秒，每次定时中断发生时，对基准时间计数，当达到一秒时，把秒加一，达到一分时，将分加一同时调用数码管显示子程序，将时分秒分别拆分为个位、十位进行显示。利用外部中断1、2实现上一曲、下一曲以及暂停功能，设置一个计数变量，检测到上一曲或下一曲按下时，分别对计数变量加一或减一，检测到暂停被按下时，等待按键再一次按下后，继续播放，方案中歌曲的循环模式为列表循环。方案二（1）硬件设计电路以AT89C51为
9、主控制器，74LS373和27512进行外部程序存储器的扩展，采用利用4X4组成的16个按钮矩阵键盘来实现对播放的控制，其中包括下一曲、上一曲、暂停按钮（分别为C、D、E键），当按下1A其中的一个时，跳到相应的曲谱进行演奏，显示电路采用六个共阴极数码管进行显示，晶振采用12MHz，音乐信号由P30口输出，经喇叭发声而播放歌曲，如图2-2所示。图2-2方案二框架图晶振电路4*4矩阵键盘扬声器电路复位电路数码管存储器扩展电路AT89C51单片机（2）软件设计程序中音选取的是C调三个8度内的音符，共24个音阶。每个音符对应频率由定时器T0产生。为了程序调用方便，演奏时时每个音符都对应一个编码，占用一
10、个字节。在程序中以查表的方式加载计数初值,为了编码简单，一般节拍高半字节表示整拍，低半字节表示分数，只要基本延时设定恰当即可，为了及时响应键盘操作，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫描按键，在按键模块中调用其他功能模块）,按键每按下一次，按键扫描模块计算出键值，并储存键值，根据键值跳转至响应的标号执行程序，播放相应的歌曲，歌曲循环模式为单曲循环，其他功能的实现与方案一类同。方案三（1）硬件设计电路以AT89C51为主控制器，采用利用4X4组成的16个按钮矩阵键盘来上实现对播放的控制，其中C、D、E分别为功能键上一曲、下一曲以及暂停。F键为开机画面显示，1A号按键中每按一个键，跳到相
11、应的曲谱进行演奏，显示电路采用液晶显示器LM016L进行显示，晶振采用12MHz，音乐信号由P30口输出，经喇叭发声而播放歌曲，如图2-3所示。AT89C51单片机晶振电路4*4矩阵键盘扬声器电路图2-3方案三框架图复位电路液晶显示屏存储器扩展电路（2）软件设计程序中音选取的是C调一个8度内的音符，共7个音阶。根据十二平均律，（即将八度定义为1200音分，其中全因音符占200音分，半音占100音分，共十二个半音）每个音符对应频率由定时器T0产生。为了程序调用方便，将十二个半音的定时器初值放于表中，演奏时无需计算定时器初值，在程序中以查表的方式加载计数初值,每个音符都对应一个编码，占用一个字节。
12、由于人耳的分辨力有限，为了编程简单，曲谱中的节拍码用延时来代替，每个音符发音30MS。由于采用的是矩阵式键盘，为了及时响应按键，程序的编写以键盘扫描为主线编写（即主程序循环扫描按键，在按键模块中调用其他功能模块）。按键每按下一次，按键扫描模块计算出键值，并储存键值，跳转至响应的标号执行程序，并调用液晶显示子程序，将键值在液晶显示器制定位置显示，如果检测到F键被按下，调用液晶显示模块，显英文字符欢迎，以及作者信息，本程序中，由于音符的长度是固定的30MS，T1用于更新剩余时间。剩余时间的显示同上。方案比较从以上三种方案，方案一采用的是独立式按键，按键太少，不能实现歌曲的快速选择，几乎没有拓展功能
13、的可能，而方案二虽然采用的是矩阵式键盘，无论从扩展功能上将还是快速选择都优于方案一，但数码管显示不稳定，编程以及困难，占用CPU时序太多，方案三显然不存在方案一、方案二的缺点，使用了液晶显示屏，编程简单，显示稳定，占用CPU时序少，并且可以实现许多方案一、方案二无法实现的功能，无论是矩阵式键盘，还是液晶显示器，都有许多可扩展的功能，并且在播放音乐时简单实用，在使用上及其功能的实现上都优于前两种方案。更重要的是液晶显示器是当今电子设计的主流，通过这次设计，我能够学习到许多东西。通过方案对比，最终选择方案三，音乐发生器电路原理图见附录所示。第二章 硬件设计2.1 电路组成及工作原理2.1.1 电路
14、组成音乐发生器的电路设计方框图如上图方案三所示，电路原理图见附录1所示，主要由单片机控制系统、行列式键盘、液晶显示屏、内存外部扩充电路、复位电路等组成。单片机AT89C51是本系统的核心，它主要负责控制各个部分协调工作。在其外围接上：复位电路、液晶显示屏、按钮及扬声器。元件为：晶振X1、电容、电阻、扬声器、4*4行列式键盘、74LS373锁存器、27512外部程序存储器扩展、LM016L液晶显示屏。硬件电路中用P1.0P1.7控制按键，其中P1.0P1.3扫描行，P1.4P1.7扫描列，用，P2.0P2.2作为LCD的RS,R/W,E的控制信号。用P0.0P0.7作为LCD的D0D7的控制信号。用P3.7口控制蜂鸣器，电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。将P0口作为74LS373锁存器的输入以及27C512的数据输入口，锁存器输出至27C512的低八位地址口，将P2口作为27C512高八位地址口，27C512的控制信号OE/VPP接至单片机的PSEN，实现片外ROM的读写控制。2.1.2 电路工作原理本音乐发生器是用单片机来设计制作完成，其功能的实现主要通过软件编程来完成， AT89C51单片机片内带有4KB和外部程序存储器扩展的256K的内存，并且允许在系统内改写或用编程器编程。该音乐发生器的效率较高，其误差主要由晶振自身的
