1、单片机课程设计数字音乐盒的设计数字音乐盒的设计摘 要本设计采用了扬声器发声来实现歌曲的播放，能保持基本音调不变， 流畅播放出歌曲。现选用AT89C51 单片机。用PROTEUS 单片机仿真软件仿真。利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。通过单片机 P1 口控制，实现功能键盘控制;功能键盘采用按键开关,通过单片机P2 口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；扬声器由单片机的P3 口控制，实现歌曲播放；主要工作过程是通过按下功能键实现上一首和下一首及 暂停播放，同时有液晶屏显示当前播放歌曲的序号，扬声器播放出音乐。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高
2、人们的精神文化享受。传统的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，使用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。 关键词： AT89C51 单片机，方波，音调1 绪论1.1设计简述本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。所放歌曲的节奏可以根据需要进行设置，根据存储容量的大小，
3、可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，增设放歌时间、序号显示灯功能，使音乐盒的功能更加丰富。1.2设计目的为了更好地熟悉和掌握单片机的基本功能和编程，我们以AT89C51 为基础设 计电子音乐盒。AT89C51 单片机电子音乐盒集成多个硬件资源模块，每个模块各 自可以成为独立的单元，也可以相互组合，因此，可以为不同阶层的单片机爱好 者所用。同时，电子音乐盒的设计具有很重要的现实意义。我们根据学习和实践的需要，进行了电子音乐盒功能设计。我们在制作电子音乐盒的过程中会学习到很多的东西，能够最大限度的了解我们自制的这一个单片机电子音乐盒，这样以 后调试程序的时候便得心应手，效率要提高很
4、多。1.3主要问题制定音乐盒控制系统需要完成功能，并根据此来制定设计方案；根据设计方 案来进行硬件电路图的设计和软件模块的开发；通过仿真调用后再来反复修改程 序，最终达到预期功能。1.4 技术指标 1 系统要有一定稳定性，不易受外界干扰的影响。2 系统采用外部或内部+5V 供电。 3 实现音乐盒播放音乐的控制。 4 LCD 来显示歌曲序号的功能。 5.通过按键选择增加上一首、下一首、暂停/播放功能。2 设计方案简述 2.1 设计功能要求1.利用I/O 口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演 奏乐曲（最少三首乐曲，每首不少于30 秒）2采用LCD 显示信息 .3开机时有英文欢迎
5、提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称） 4可通过功能键选择乐曲，暂停，播放。 5选作内容：显示乐曲播放时间或剩余时间 2.2 总体设计原理 通过单片机的定时器产生一定长度的方波，方波脉冲驱动扬声器发声。要产 生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时间定时。 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 口反相,就可在 I/O 脚上得到此频率的脉 冲。如中音D0，频率为523HZ,其周期T=1/523=1912 微秒，因此只要令计数 器定时 1912/2=956，在每计数 956 次时将 I/O 口反相,就可
6、得到中音 D0(523HZ)【1】。 当键盘有键按下时，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，在LCD 显示歌曲号。通过单片 机P1 口控制,实现功能键盘的功能；功能键盘采用按键开关，通过单片机P2 口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；扬声器由单片机的 P3 口控制，实现歌曲播放。 通过按下功能键实现上一首和下一首及暂停播放，同时有 LCD 显示 当前播放歌曲的序号，扬声器播放出音乐【2】。2.3 总体设计框图 图1 总体设计框图3 硬件电路设计3.1 硬件电路本设计中用到了AT89C51单片机，4*4键盘，蜂鸣器，16*2 LCD
7、等硬件电路常用元器件。3.2 时钟复位电路时钟电路由单片机XTAL1、 XTAL2引脚外接晶振（12MHz）及起振电容C1、C2（均为30pf）组成如图2图2 时钟复位电路3.3 按键输入电路按键输入电路由4*4矩阵键盘组成， P1口作为输入控制按键，其中P1.0P1.3扫描行，P1.4P1.7扫描列。3.4 输出显示电路用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【3】。由于P0口作为输出，应加上拉电阻。用P3.7口控制蜂鸣器。输出显示电路如图3所示图3 输出显示电路3.5 整体硬件电路整体硬件电路如图4所示图4整体硬件电路3.6
8、 原理说明当键盘有键按下时，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。（1）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【4】；（2）用P2.0P2.2作为LCD的RS、R/W、E的控制信号；（3）用P0.0P0.7作为LCD的D0D7的控制信号；（4）用P3.7口控制蜂鸣器；（5）电路为12MHz晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf【5】。 3.7 键盘按键 键盘按键分布如下：表1 键盘按键分布表0123456789ABCDEF按键功能说
9、明：表2 按键功能说明表1A十首歌曲C下一首歌曲D上一首歌曲E暂停F开机画面F开机画面4 软件设计4.1 设计源程序代码（见附录）4.2程序设计流程图程序设计流程图如图5所示图5 程序设计流程图5 仿真（1）点击运行按钮之后，电路上电，按下F键，LCD上得到开机画面，显示开机字符“WELCOM HERE”及当前作用键F，如图6所示图6开机画面显示图（2）按下1-A中的某一按键，LCD显示当前作用按键（当前播放音乐的标号）并显示该音乐播放的时间，同时，蜂鸣器播放当前乐曲。LCD显示如图7所示（以按下5键为例）：图7 LCD显示图（3）按下C键，则LCD显示由当前乐曲跳转到下一首，蜂鸣器响起下一首
10、乐曲。如图8所示：当前显示 C键动作后图8乐曲跳转下一曲显示图（3）按下D键，则LCD显示由当前乐曲跳转到上一首，蜂鸣器响起上一首乐曲。如图9所示：当前显示 D键动作后图9乐曲跳转上一曲显示图（4）按下E键，则蜂鸣器停止当前音乐的播放，而且LCD上播放的时间也停留在当前，再次按下E键后，音乐继续播放，播放时间继续计时【7】。如图10所示：当前显示 E键动作后图10 E键动作效果图6 设计结果及分析 本文描述了电子音乐盒的硬件和软件制作方案，总体符合预期要求，能够成 功实现按 1-A 按键能演奏不同的乐曲的基本功能，并添加了通过按键控制上一 首，下一首，暂停/播放的功能。在播放乐曲的过程中，还增
11、加了显示歌曲演奏 时间的功能。另外，采用了液晶显示技术，简化了硬件电路，还能显示英文的开 机画面等【8】。 当然，此设计还存在很多不足有待改进的地方 1可以添加一个彩灯按照乐曲频率闪烁功能，增添趣味。 2可以添加键盘输入乐曲功能，把电子琴和音乐盒结合起来。 总体来说本次课程设计基本完成，但还有部分可以完善。总 结音乐盒设计是一项趣味性很强的设计，能激发我的浓厚兴趣。同时要求我从 程序编程，调试，软件仿真和绘制开始，到硬件的焊接和调试，再到修改程序， 在这期间我了解到了单片机开发的大致流程。 通过这次毕业设计，也让我学习到了很多新的东西，这些都让我受益匪浅。 单片机的定时器功能，LCD 显示，功
12、能键盘的设计，这些内容都颇为丰富。有以 前学习过的旧知识，也有很多未曾注意到得新知识，这些都曾使我的设计出错， 通过自己的努力，老师指导和同学的帮助，终于克服了一个一个的困难，把硬件仿真顺利做好，把软件调试顺利完成。 最后，衷心感谢这次对我的毕业设计提供无私帮助的所有老师和同学!致 谢经过近二个星期的忙忙碌碌，这次的单片机课程设计已经快要接近尾声了。在这次的单片机课程设计过程中，无论是在理论学习阶段，还是在设计的选题、资料查询和撰写的每一个环节，我都得到到了许多人的悉心的指导和帮助。首先，借此机会我向我们的单片机授课教师及课程设计指导老师付瑞玲老师表示衷心的感谢，付老师的悉心指导和帮助，是我顺
13、利完成本次课程设计的基础和前提。同时，我要感谢授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。另外，感谢各位同学的帮助和勉励。同窗之谊和手足之情，我将终生难忘！我愿在未来的学习和研究过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有老师、同学和朋友。参考文献1 胡汉才单片机原理与接口技术M北京：清华大学出版社，1995.62 楼然苗等51系列单片机设计实例M北京：北京航空航天出版社，2003.3 3 何立民. 单片机高级教程M北京：北京航空航天大学出版社，2001.3.4 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用M. 天
14、津：天津大学出版社，2001.35 肖洪兵. 跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.86 夏继强. 单片机实验与实践教程M. 北京：北京航空航天大学出版2001.4 7于凤明单片机原理及接口技术M北京：中国轻工业出版社1998.58陈伟人. 单片微型计算机原理与应用M.北京：清华大学出版社, 2006.5. 附 录程序代码：RS BIT P2.0 ;定义液晶显示端口标号RW BIT P2.1E BIT P2.2ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP TT0ORG 001BHLJMP T1INTORG 1000HMAIN: ;-;液晶初始化MOV S
15、P,#70H MOV P0,#01H ;清屏CALL ENABLEMOV P0,#38H ;8位，2行显示LCALL ENABLEMOV P0,#0FH;屏显ON，光标ON,闪烁ONLCALL ENABLEMOV P0,#06H;计数地址加1，显示幕ONLCALL ENABLE;-内存初始化LCALL INITIL ;-KEY1:LCALL KEYLCALL MODD LJMP KEY1;-键盘扫描KEY:NOPNOPLCALL KSJNZ K1 ;有按键转到K1LCALL KAIJILCALL SOPXN:LJMP KEYK1:LCALL MODDLCALL MODDLCALL KSJNZ
16、K2LJMP KEYK2:MOV R2,#0FEH;读键盘MOV R4,#00HK3:MOV A,R2MOV P1,AMOV A,P1JB ACC.4,L1;为1跳转，第一行无按键MOV A,#00HLJMP LKL1:JB ACC.5,L2MOV A,#04HLJMP LKL2:JB ACC.6,L3MOV A,#08HLJMP LKL3:JB ACC.7,NEXT1MOV A,#0CH;-LK:ADD A,R4PUSH ACCK4:LCALL DELAY1;若同时有其他键，则等待LCALL KSJNZ K4;-MOV R3,#07H CLR AMOV R0,#30HMOV R1,#31HM
17、M1:MOV A,R1MOV R0,AINC R0INC R1DJNZ R3,MM1POP ACCMOV R0,A RET;- -NEXT1:INC R4 ;-列扫描MOV A,R2JNB ACC.3,N2LJMP N1N2:LJMP KEYN1:RL AMOV R2,ALJMP K3;- -KS:MOV A,#0F0H ;判断P1口MOV P1,ANOPNOPMOV A,P1CPL AANL A,#0F0HRET;- -DELAY1:SETB RS0DL:MOV R5,#0AHDL2:MOV R6,#63DL3:NOP NOPDJNZ R6,DL3DJNZ R5,DL2 CLR RS0 RE
18、T;30H-37H初值为零;-INITIL: MOV R3,#08HMOV R0,#30HM1:MOV R0,#00HINC R0DJNZ R3,M1 RET;- ;显示 ;- MODD: MOV P0,#8EHLCALL ENABLE MOV A,37HMOV DPTR,#TABLE3 MOVC A,A+DPTRLCALL WRITE2 RET;- ;开机提示字;- KAIJI:MOV A,37HCJNE A,#0FH,DFFMOV P0,#80H ;设光标地址 LCALL ENABLEMOV DPTR,#TABLE1;写数据LCALL WRITE1 DFF:RET;- ;按键值播放歌曲;-
19、 SOP:MOV A,37HCJNE A,#01H,A11LCALL MODDMOV 52H,#HIGH TABLE10MOV 53H,#LOW TABLE10LCALL INITILE2LCALL MAIN0A11:CJNE A,#02H,A22LCALL MODDMOV 52H,#HIGH TABLE20MOV 53H,#LOW TABLE20 LCALL INITILE2 LCALL MAIN0AAA:RET ;* INITILE2:MOV L50MS,#20MOV L1MS,#00HMOV L250MS,#00HMOV SEC,#00HMOV MIN,#00HMOV HOU,#00HM
20、OV A,HOUMOV B,#10DIV ABADD A,#30H;将BCD吗转化为ASIIC码MOV P0,#0C8H ;显示小时十位CALL ENABLECALL WRITE2MOV A,BADD A,#30HMOV P0,#0C9H;显示小时个位CALL ENABLECALL WRITE2MOV A,#3AHMOV P0,#0DH;显示冒号CALL ENABLECALL WRITE2MOV A,MINMOV B,#10DIV ABADD A,#30HMOV P0,#0CBH;显示分十位CALL ENABLECALL WRITE2MOV A,BADD A,#30HMOV P0,#0CCH;
21、显示分个位CALL ENABLECALL WRITE2MOV A,#3AHMOV P0,#0CDH;显示冒号CALL ENABLECALL WRITE2MOV A,SECMOV B,#10DIV ABADD A,#30H MOV P0,#0CEH;显示秒十位CALL ENABLECALL WRITE2MOV A,BADD A,#30HMOV P0,#0CFH;显示秒个位CALL ENABLECALL WRITE2MOV P0,#0C0H;设光标地址 CALL ENABLEMOV DPTR,#TABLE2 ;写数据CALL WRITE1 RET;* 写指令ENABLE: CLR RSCLR RW
22、CLR ELCALL DELAYSETB ERET;*写数据WRITE1:MOV R1,#00HA1:MOV A,R1MOVC A,A+DPTRCALL WRITE2INC R1CJNE A,#0FEH,A1;未到字符串末尾继续RETWRITE2:MOV P0,ASETB RSCLR RWCLR ECALL DELAYSETB ERET;- -TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8HDB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EHTAB1:DB 89H,86H,0C7H,0C7H,0C0HTAB2:DB 0C6H,88H,0
23、C0HTABLE1:DBWELCOM HERE,0FEHTABLE2:DBDFF WB ,0FEHTABLE4:DB CAU,0FEHTABLE3:DB 30H,31H,32H,33H DB 34H,35H,36H,37HDB 38H,39H,41H,42HDB 43H,44H,45H,46H;- ;播放歌曲程序;- MAIN0:MOV TMOD,#11HMOV IE,#8AH ;MOV TH1,#3CH;MOV TL1,#0B0H LCALL KSJNZ TTM12 MOV 40H,#00H;- NEXT20:MOV A,40HMOV DPH,52HMOV DPL,53HMOVC A,A+D
24、PTRMOV R2,AJZ STOPANL A,#0FHMOV R1,AMOV A,R2SWAP AANL A,#0FHJNZ SINGCLR TR0JMP W1;- SING:DEC AMOV 22H,ARL AMOV DPTR,#TABLE00MOVC A,A+DPTRMOV TH0,AMOV 21H,AMOV A,22HRL AINC AMOVC A,A+DPTRMOV TL0,AMOV 20H,ASETB TR0SETB TR1W1:LCALL DELAY30INC 40HLCALL KS;有键跳出JNZ STOPLJMP NEXT20;- STOP:CLR TR0CLR TR1LJM
25、P MAIN0 ;- TTM12:LCALL K2MOV A,37HCJNE A,#0EH,TTM13CLR TR1LCALL DELAY1TTM120:LCALL KSLCALL DELAY1JZ TTM120LCALL K2MOV A,37HCJNE A,#0EH,TTM120SETB TR1LJMP NEXT20TTM13:CJNE A,#0CH,TTM14MOV A,52HINC AMOV 52H,AMOV A,53HINC AMOV 53H,AMOV A,36HINC AMOV 37H,ALJMP TTM2TTM14:CJNE A,#0DH,TTM2MOV A,52HDEC AMOV 52H,AMOV A,53HDEC AMOV 53H,AMOV A,36HDEC AMOV 37H,A TTM2:RETRET;-TABLE00:DW 64580,64684,64777,64820DW 64898,64968,65030,64260DW 64400,64524,65058,63835,64021;- ;第二首月亮代表我的心;- -TABLE20:DB 02H,82HDB 16H,32H,54H,02H,52HDB 0A6H,32H,54H,02H,52HDB 64H,74H,0B6H,64HDB 52H,5CH,3
