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1、目录前言11. 设计目的22. 硬件设计22.1 AT89S51 简介22.2硬件电路设计的系统框图32.3 AT89S51控制模块的设计42.4电源模块设计42.5播放模块设计42.6按键模块设计52.7 LED显示模块设计63. 软件设计73.1单片机发声的基本原理73.2设计的相关音乐说明73.3主程序83.3.1主程序设计83.3.2主程序流程图83.4延时程序83.4.1延时程序设计93.4.2延时程序设计93.5按键扫描程序93.5.1按键程序设计94. 调试104.1检查硬件连接104.2检查软件系统105. 设计总结106. 参考文献11附录12附录1电路原理图12附录2 PC
2、B图13附录3源程序14刖言二十世纪九十年代以来，计算机、信息、电子、控制、通信等技术得到迅速发展， 促使了社会生产力的提高，也使人们的生产方式和生活方式产生了日新月异的变化。随 着人们生活水平的提高及对音乐的喜爱，对音乐播放器的品质，功能，品种等提出了越 来越多的要求，表现在对控制系统性能、可靠性等要求越来越高。而品质的提高，功能 的更新，可靠性的增强，品种的变化无不与产品的核心控制部分水平的提高密不可分。 家用音乐播放器产品及其它有关消费电器产品都是一些开环或闭环控制系统，都由核心 控制部分，执行部分与人机界面三部分组成。而最为重要的控制部分一般是由单片机来 执行完成的，这就必将导致和促进
3、单片机在音乐领域应用的发展。现在这些由单片机实 现的音乐播放器的功能越来越强、费用越来越低。例如，就目前市场上的MP3的功能 越来越强大体积却越来越小，价格也逐渐便宜，被大多数人所能接受。但这些音乐播放 器也或多或少的存在着一些问题，解决这些问题，非智能化的单片机莫属。本设计由硬件电路设计和软件程序设计两大部分组成。整个硬件电路是由中心控 制、播放、选曲、显示等模块组成，中心控制模块采用AT89S51单片机，播放模块是由 8550 NPN三极管和电磁蜂鸣器组成，采用LED显示模块。软件程序运用C语言编程实 现。1. 设计目的本设计以MSC-51系列单片机为核心，充分利用了 AT89S51芯片的
4、I/O引脚，以独 立式键盘作为曲目的选择键，采用LED对当前曲目进行显示。本文从理论上分析了该 设计方案的可行性，并预计能达到设计要求，主要体现在：可播放多首音乐，且通过按键来选择播放的音乐选择音乐时，显示音乐名称可暂停，能实现循环播放2. 硬件设计2.1 AT89S51 简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的 高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯 片内集成了通用8位中央处理
5、器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机 存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中 断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电 路，片内时钟振荡器。（1）AT89S51 引脚图P1. 0 匚1 =4。 VccPl. 1 匚233 P0. 0 /ADOP1. 2 匚333 P0. 1/AD1P1. 3 匚437 P0. 2/AD
6、2P1.4 匚536 P0. 3/AD3M0SI/P1. 5 匚635 P0. 4/AD4MISO/P1.6 匚734 P0. 5/AD5SCK/P1. 7 匚833 P0. 6/AD6RST匚932 P0. 7/AD7EXD/P3. 0 匚1031 EA/VPPTKD/P3. 1 图1 T89S51弓皆胡 ALE/PRO&IWT0/P3. 2 匚1223 PE SITI1IT1/P3. 3 匚1323 P2. 7/A15T0/P3. 4 匚1427 P2. 6/A14T1/P3. 5 匚 II一15264 LC L P2. 5/A13一J J JL J此外，AT89S51设计和配置了振荡频率
7、可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲 模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉 电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性:兼容MCS-51指令系统 4k 可反复擦写（1000 次）ISP Flash ROM 32个双向I/O 口 4.5-5.5V工作电压 2个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线 128x8bit 内部 RAM 2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3级加密
8、位看门狗（WDT）电路软件设置空闲和省电功能双数据寄存器指针灵活的ISP字节和分页编程2.2硬件电路设计的系统框图硬件电路如图1所示由复位电路、电源电路、时钟电路、按键输入电路、LED显示电路、蜂鸣器电路组成。按键模块共由16个按键组成，其中4个键作为音符的输入或音乐的播放选择。LED 显示模块利用LED对当前播放的歌曲称进行显示。扬声器播放模块由三极管及无源蜂 鸣器组成，通过控制模块的控制对当前音乐进行播放。2.3 AT89S51控制模块的设计时钟振荡电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左 右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。电路中两个电
9、容C1、C2 的作用使电路快速振，提高电路的运行速度。通过高电平时单片机复位，在时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约5ms 的时候，即可实现复位。此复位电路同时具备了上电自动复位和按键人工复位的功能， 上电复位发生在开机加电时，由系统自动完成，按键人工复位通过一个按键来实现在程 序运行时，若遇到死机或死循环等情况时，通过手动复位就可以实现重新启动的操作。 按键人工复位需要认为在复位输入端RST上加入高电平。单片机及其最小系统电路图如3图所示：图3最小系统电路图七1_1.2.4电源模块设计本设计采用直流稳压电源，如图4所示。电源变压器是将交流电网220V的电压变 为所需要的电压值。电源模块
10、用于检测电路连接是否正确，正确LED将被点亮。 11 H三二二三=图4电源电路2.5播放模块设计鸣器播放模块是由8550三极管和无源蜂鸣器组成，如图5所示。无源蜂鸣器由振 荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。无源蜂鸣器发声原理是电流通过电磁 线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单 片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此设 计过程中增加一个由8550三极管组成的电流放大电路。如图所示，蜂鸣器电路由一个1 千欧的电阻，三极管及蜂鸣器组成，通过控制三极管的导通和截止来实现蜂鸣器的响与 不响。图5蜂鸣器电路2.6按键模
11、块设计按键电路由一个组成，如图6所示。按键用来设置音乐播放器的模式（播放音乐还 是按键发音），由于修改模式和弹奏音乐时需要用到很多按键，如果采用独立按键的方 式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下 都不采用这种方式。为此，我们引入了矩阵键盘的应用，采用四条I/O线作为行线，四 条I/O线作为列线组成键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上 按键的个数就为4个，这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。0*Q 41*4* *110 1 1。跳fl。i401。O10蛰&图6按键电路按键功能表如下所示:播放第一首歌播放第一
12、首歌播放第一首歌播放第一首歌表1按键功能表2.7 LED显示模块设计设计选择的是共阳结构的LED显示器，这样只要在公共端接高电平就可以了，且选 择的是动态扫描方式。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把 所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独 立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码， 但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以 自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指采用分时的方法，轮流控制各个显 示器的COM端，使各个显示器轮流点亮
13、。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时 间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实 际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的 显示数据，不会有闪烁感。播放器显示电路模块设计的电路图如图7所示：图7 LED显示模块电路图LED显示功能表如下所示:播放第一首歌播放第二首歌播放第三首歌播放第四首歌表2 LED显示功能表 3.软件设计3.1单片机发声的基木原理我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单处机某个 口线的高电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率形波，接上喇叭就能发出一定 频率的声音，若再
14、利用延时程序控制高、低电平的持续时间，就能改变输出频率，从 而改变音调。音符的节拍我们可以用定时器T0来控制，送入不同的初值，就可以产生 不同的定时时间。便如某歌曲的节奏为每分钟94拍，即一拍为0.64秒。但是，由于T0 的最大定时时间只能为131毫秒，因此不可能直接用改变T0的时间初值来实现不同节 拍。我们可以用T0来产生10毫秒的时间基准，然后设置一个中断计数器，通过判别中 断计数器的值来控制节拍时间的长短。例如对1/4拍音符，定时时间为0.16秒，相应的 时间常数为16（即10H）；对3拍音符，定时时间为1.92秒，相应时间长数为192（即 C0H）。我们将每一音符的时间常数和其相应的节拍常数作为一组，按顺序将乐曲中的 所有常数排列成一个表，然后由查表程序依次取出，产生音符并控制节奏，就可以实现 演奏效果。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。为了产生手弹的 节奏感，在某些音符（例如两个相同音符）音插入一个时间单位的频率略有不同的音符。 3.2设计的相关音乐说明要产生音
