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1、四川信息职业技术学院课程设计说明书(报告)毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目: 单片机音乐发生器 专 业: 应用电子 班 级: 应电G09-3 学 号: 0973204 姓 名: 王宝旭 指导教师: 王娜丽 2011年4月20日目录摘 要1绪 论211研究的目的和意义212国内外研究的现状及发展趋势2121国内外研究的现状213音乐发生器的扩展3第1章 设计方案411 设计方案论证4111 方案一4112 方案二4113 方案三5113 方案比较6第2章 硬件设计721 电路组成及工作原理7211 电路组成7212 电路工作原理722 AT89C51的简介8221 AT89C51功能概述8
2、222 AT89C51的管脚图9223 AT89C5 单片机的引脚介绍9224 晶振电路1023 扬声器电路1024 显示电路1125 更换歌曲电路1126 复位电路1227 程序存储器外部扩展电路12第3章 软件系统设计1331 软件流程设计13第4章 系统调试1441 常用调试工具14411 Keil C 软件14412 PROTEUS软件1542 系统调试及性能分析15心得体会16参考文献17附 录18附录1 音乐发生器电路原理图18附录2 元件明细表19附录3 源程序代码20 I 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日新月异更新。在实时检
3、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。当今，利用单片机控制音乐播放多不胜举，音乐芯片也相当之多，而利用单片机存储音乐，控制播放最为广泛。它有功能多价格优外围电路简单的特点，很受音乐爱好者及音乐芯片制造商的青昧。本文中，用单片机芯片及少数外围电路控制音乐播放。本设计是以单片机AT89C51为核心数据处理器件，由数码管显示调整歌曲的曲号和播放中，显示歌曲的曲号，四个数据输入按键组成七功能分别是对歌曲曲号进行加一设置、对歌曲曲号进行减一设置、对歌曲曲号进行复位、对在播放中的歌曲
4、进行暂停；元件以低耗、高能、耐用、精确、易于操作等为优先考虑因素。采用独立式输入按钮，用作对歌曲播放的设置，通过按键将单片机I/0 口的电平拉低，单片机检测到I/O口电平为0时，在下一曲按钮中，自动将歌曲的编号加一；在播放/暂停按钮中，自动将歌曲暂停、播放；在上一曲按钮中自动将歌曲的编号减一。当播放歌曲时，会在数码管上显示该歌曲的序号。在显示时使用的是由一个七段数码管显示，在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法并通过查表法，将其在数码管上显示出来，P1口低7位为字选段输入端。通过查表将字型码送给7段数码管显示数字。软件去抖动功能，如果“开始键”按下就向下执行，否者跳到开始。AT89C51单
5、片机的内存较小，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。该音乐发生器的论文详细介绍了其硬件结构和设计方法，整个设计简单实用，功能完整。结论11研究的目的和意义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
6、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。电脑音乐也许不会成为今后音乐的主流，但它在整个人类音乐史上的地位已经不容置疑地确立了，相信它会越来越深入地浸透到音乐创作和欣赏的领域中，并且将在一定程度上影响人们对音乐的理解和诠释。用单片机制作的音乐发生器也会越来越多，这将必然成为一种趋势。12国内外研究的
7、现状及发展趋势 121国内外研究的现状随着以法、德、意为代表的欧洲和以美国为代表的电子音乐、计算机音乐早期的大力发展，国际上许多国家纷纷开始引入电子音乐研究与创作。因此，电子音乐创作作为音乐科技领域发展的重要标志，在风格上也体现出比以往任何时代都鲜明的个性化特征。六十年代，美国物理学家Robert Moog 研制出了小型实用的电子合成器。从此，首先在欧美地区，合成器作为新型的乐器被音乐家尤其是流行音乐家所采用并飞快的流行开来。由于美国雄厚的经济和科技基础，在早期计算机音乐获得巨大成功后，越来越多的音乐家和科学家步入到计算机音乐的研究与开发的领域中来，他们一起工作、共同开展研究，许多新产品和新设
8、计不断涌现。13音乐发生器的扩展熟练的运用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. 设计三个按键操作来更改歌曲的序号；2. 可以按照歌曲的序号来播放歌曲；3. 可以显示播放中歌曲的序号；4. 可以存储多首歌曲；28第 页 第1章 设计方案11 设计方案论证111 方案一利用AT89C51和LM386(音频功放) 组成的音乐播放器（1）功能特色。LM386(音频功放)来实现音乐的播放。（2）硬件设计。电
9、路以AT89C51为主控制器，LM386(音频功放)来实现的。晶振采用12MHz，音乐信号由P30口输出，经喇叭发声而播放歌曲，框架图如图1-1所示。图1-1方案二框架图AT89C51单片机LM386音频功放扬声器（3）软件设计。程序中根据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。112 方案二利用AT89C51、74LS373锁存器和27512外部扩展组成的音乐播放器（1）功能特色对内存进行了扩展，可以播放三首以上的歌曲。（2）硬件设计电路以AT89C51为主控制器，74LS373和27512进行外部程序存储器的扩展，播放/暂停键为播放/暂停歌
10、曲，下一曲键和上一曲键分别为调整歌曲的下一曲和上一曲选择键的按钮。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1-2所示框架图。AT89C51单片机复位电路外部扩展电路图1-2方案二框架图扬声电路显示电路晶振电路更换歌曲电路（3）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16个音。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，其总时间长度等于基本时间乘以节拍码的值。节拍码值为01H时，表示当前乐曲结束，为00H时，
11、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。113 方案三（1）功能特色本播放器是由4X4组成的16个按钮矩阵键盘，设计成16个音组成的声音发生器并且能够播放音乐。（2）硬件设计电路以AT89C51为主控制器，下一曲、上一曲分别为上一曲、下一曲选择键的按钮并且采用利用4X4组成的16个按钮矩阵键盘来每按一个键，发出一个音。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1-3所示。AT89C51单片机晶振电路4*4矩阵键盘扬声器图1-3方案三框架图（3）软件设计程序中音选取的是C调
12、三个8度内的音符，共16个音。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,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，键扫描指令安排在基本延时时间子程序中,按键每按下一次，乐曲数目计数器R5加1或减1，根据R5的内容转向不同的乐曲并且在按下开始按钮后，就开始播放歌曲。113 方案比较从以上三种方案，方案三只能利用按键发音，可以发出16个音并且只能播放三首歌曲，而方案二进行了内存的扩充而可以播放三首以上的歌曲，在播放的过程中，方案二可以随时的暂停播放歌曲的
13、进度，而方案一不具有该功能。方案二从实现的功能上优于方案一、三，方案二在使用上及其功能的实现上都较方案三简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外AT89C51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。通过方案对比，最终选择方案二，音乐发生器电路原理图见附录1所示。第2章 硬件设计21 电路组成及工作原理211 电路组成音乐发生器的电路设计方框图如图2-1所示，电路原理图见附录1所示，主要由单片机控制系统、调整歌曲序号、显示歌曲序号、内存外部扩充电路、复位电路等组成。AT89C51单片机扬声电路显示电路晶振电路更
14、换歌曲电路复位电路外部扩展电路图2-1 音乐发生器框架图单片机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、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振X1、电容、电阻、与非门、非门、数码管、扬声器、四个按键、74LS373锁存器、27512外部程序存储器扩展。其中，四个按键分别是上一曲、下一曲、暂停/播放、复位。P10-P16是位选口，P32、P36、P37共同为上、下歌曲的调整口，实现对歌曲的调整操作，并且加减调整歌曲的曲号，P33口为歌曲的暂停/播放按钮，可对播放中的歌曲进行暂停/播放，P30为蜂鸣器的控制口。212 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误差所造成。存储歌曲是采用的外部扩展，更改歌曲号是通过下一曲和上一曲来实现的，按键将单片机I/0 口的电平拉低，单片机检测到I/O口电平为0时，自动改变显示的数，实现更改的功能。显示是使用一个的七段共阴极数码管显示，设计中根据实际情况采用的是动态显示方法，其中通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字。当播放歌曲时，会在数码管上显示该歌曲的编号提示现在正在播放的歌曲的序号。软件去
