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1、毕业论文（设计）1 引言1.1绪论如今，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域。目前，单片机正朝着高性能个多品种方向发展趋势将是进一步想着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路装化等几个方面发展。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU
2、，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表
3、的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。利用单片机实现音乐播放有很多要点，例如外部电路简单，控制方便等，因而备受广大单片机爱好者的喜爱。通过音乐发声器的设计方案，掌握C语言的编程方法。并熟练的运用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
4、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，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。通过音乐发声器的设计方案,掌握了汇编语言的编程方法。并熟练的运用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，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，可以扩充功能，比如：可设计多个按键操作来选择演奏哪一首歌曲，以随机数方式自动演奏歌曲，设计程序可以以按键来实现前进和后退，修改程序可以演奏伴奏音或是如手机上播放的和谐铃声。1.2 单片机简介 单片机是一种集成在电路芯片
5、，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。2 音乐发生器设计流程及思路在进行设计前，首先要对音乐知识有基本的理解，其次要明白单片机产生音乐脉冲的原理，最后完成硬件原理图和相关程序的设计。2.1音乐基础音作为一种物理现象，是由于物体振动而产生的，振动产生的声波作用于人耳，听觉系统将神经冲动传达给大脑，进而产生听觉。人耳能听到的声音频率大约在1120000Hz，而音乐中使用的
6、音一般在274100Hz。乐音体系中各音级的名称叫做音名，被广泛采用的是C D E F G A B(do re mi fa so la si则多用于歌唱，称为唱名)。乐音体系中音高关系的最小尽量单位叫做半音，两个半音构成一个全音。乐音中有几十个高低不同的音，但是最基本的只有这七个音，其他高、低音的音名都是在这个基础上变化出来的。在乐谱表上用来表示正在进行的音的长短的符号，叫做音符。不同的音符代表不同的长度。音符有一下几种：全音符、二分音符、四分音符、八分音符、十六分音符、三十二分音符、六十四分音符。此外，还有一种附点音符，它就是指带附点的音符，所谓附点就是记载音符右边的小圆点，表示增加前面音符
7、时值的一半。音持续的长短即时值，一般用拍数表示，休止符表示暂停发音。音符与节拍数之间的对应关系如表2.1所示。表2.1 音符与节拍数之间的对应关系表音符节拍数音符节拍数x-（全音符）4拍x（附点八分音符）3/4拍x-（二分音符）2拍x（附点十六分音符）3/8拍X（四分音符）1拍000（三分休止符）休止3拍X（八分音符）1/2拍00（二分休止符）休止2拍X（十六分音符）1/4拍0（四分休止符）休止1拍x（附点四分音符）1.5拍 0（八分休止符）休止1/2拍 一首音乐及时由许多不同的音符组成的，而每一个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以拍数对应的延时来构成不同的音乐。2.2
8、 音频脉冲和音乐节拍的实现音乐是由不同的音乐脉冲和音乐节拍配合产生的，因此设计之前，首先要对它们进行了解。2.2.1 音频脉冲的产生音乐的产生需要不同频率的音频脉冲，对于单片机而言，可以利用它的定时/计数器产生这样的方波频率信号。具体地说，只要知道某一音频的频率，求得它的周期，然后将次周期除以2，得到半周期的时间，利用定时/计数器计时这半个周期，计时到后就将输出脉冲的I/O反相。就可以在I/O端口上得到此脉冲。单片机工作在12MHz时钟频率下，其时钟周期为1us，因此可以利用89C51(设计因器件限制使用89S52代替)的内部定时/计数器T0，使其工作模式为1，工作在计数器状态下，改变计数初值
9、TH0和TL0以产生不同频率的脉冲信号。T的值决定了计数初值TH0和TL0的值，TH0=T/256，TL0=T%256。（1.1）计数值公式如下： 式中，：单片机内部时钟周期为1us，所以其频率为1MHz。 ：产生音符所需的频率。通过上式计算，可以求得各个音符频率的计数值T。C调各音符频率与计数值T的对照如表2.2所示。表2.2 C调各音符频率与计数值T的对照值音符频率/Hz简谱码（T）音符频率/Hz简谱码（T）低1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763731中5SO74864898低2RE29463835#5SO#83164934#2RE#31163928中6LA
10、88064968低3M33064021#6LA#93264994低4FA34964103中7SI98865030#4FA#37064185高1DO104665058低5SO39264260#DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高3M131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#148065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE57864684#5SO#166165235#2RE#62264732
11、高6LA176065252中3M65964777#6LA#186565268中4FA69864820高7SI1967652832.2.2 音乐节拍的产生 节拍是指音乐持续的长短，是除音符之外音乐的另一关键组成部分，在单片机系统中可以通过延时来实现。如果1/4拍的延时设为0.2s，则1拍的时间为0.8s。以此类推，可以求出其余节拍的值，节拍的延时时间值与音乐的曲调值有相对应的关系，表2.3所示为不同曲调下的1/4和1/8节拍的时间设定。如果单片机要实现自己播放音乐，那么必须在程序设计中考虑到节拍的设置，在89C51中，可以用一个直接存储一个音符，其中低4位是节拍码。节拍数和节拍码的对照表如表2.
12、4所示。表2.3 各调节拍的时间设定曲调值（1/8节拍）DELAY曲调值（1/4节拍）DELAY调4/462ms调4/4125ms调3/494ms调3/4185ms调2/4125ms调2/4250ms 表2.4 节拍数与节拍码的对照节拍码节拍数节拍码节拍数11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍41/2拍51.25拍55/8拍61.5拍63/4拍82拍81拍A2.25拍A1.25拍C3拍C1.5拍F3.75拍2.3 音频功放音乐的播放最后是通过扬声器完成的，但是直接用单片机产生的音频脉冲不足以直接驱动扬声器来完成音乐的播放，因此这就要求在单片机端口与扬声器之间链接功率
13、放大电路，以实现最终的目的。评定功率放大电路有3个重要的指标，即输出功率、效率、非线性失真。输出功率P0：功率放大器应在输出不失真的情况下给出最大的交流输出功率P0以推动负载工作，维持，功放元件一般工作在大信号状态，这就使功放元件的安全工作成为功率放大器的重要问题。效率：功率放大器的效率定义为功率放大器的输出信号功率P0和直流电源供给功率放大器功率PE之比，用表示。功率放大器要求高效率地工作，一方面是为了提高输出功率，另一方面是为了降低管耗。直流电源供给的功率除了一部分变成有用的信号功率以外，剩余部分编程晶体管的管耗。管耗过大将使功率管发热损坏。所以，最与功率放大器，提高效率也是一个重要问题。
14、非线性失真：功率放大器为了获得足够大的输出功率，需要大信号激励，从而使信号动态范围往往超出晶体管的线性区域，导致输出信号失真。因此减小非线性失真，成为功率放大器的又一个重要问题。总的来说，要求功率放大器在保证系统安全运用的情况下，获得尽可能大的输出功率、尽可能高的效率和尽可能小的非线性失真。常用的音频功放电路有两种方法，一种是基于三极管的音频功放电路，另一种是基于LM386的音频功放电路（将在下一章节硬件电路设计中讲述）。3 硬件设计硬件电路主要由AT89S52单片机、LM386音频功放电路和扬声器3部分组成，电路结构比较简单。3.1 主要器件3.1.1 微处理器 AT89C51单片机是一款低功耗，低电压，高性能CMOS8位单片机，功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在各个控制领域。AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保存
