基于单片机的电子琴机器音乐播放器的设计开题报告.doc

本科毕业设计(论文)开题报告题目：基于单片机的电子琴及音乐播放器的设计 课 题 类 型： 设计R 实验研究 论文 学 生 姓 名： 孙浩学 号： 3070201411专 业 班 级： 自动化074班学 院： 电气工程学院 指 导 教 师： 杨元园 开 题 时 间： 2011年3月 2011年 3 月 9 日一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）本次设计的主要内容是设计一种多功能电子琴，是集电子琴和音乐播放器于一体的新型电子琴。它是以AT89S52 单片机为核心，并辅有一些外围器件，采用汇编语言编写程序，实现多功能音乐播放，歌曲自动循环播放和使用琴键自编曲目功能。此外，彩灯显示歌曲节奏，按键跳转到喜爱曲目，液晶显示当前播英文曲目。目前流行的MP3,MP4播放器的音质相当好。但略感遗憾的是除了选择歌曲和显示歌名外，绝大部分播放器没有诸如随意弹奏乐曲、乐曲节奏跳动显示等功能。正是基于音乐播放器的多功能出发，提出这种电子琴和音乐播放器的设计方案。之所以以单片机电子琴和音乐播放器为选题，目的在于从日常生活能接触到的细微处着手，通过理论与实践的结合，更明确自己的所学所用，也在实践中发现理论的不足，对目前日益广泛应用的单片机有了更加理性化和感性化的认识，使理论和实践相得益彰。 单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能全面、技术先进、操作简便、安全可靠、价格合理等方面进行仔细研究，精心设计；及时掌握最新的单片机技术，在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设计的产品在未来的一段时间内仍具生命力。单片机电子琴只和音乐播放器是单片机应用的一个点，由点及面，希望可以更好的了解和应用单片机技术。 通过单片机电子琴和音乐播放器这个选题，更深层次的了解了单片机技术，以前只是有理论，实践的机会不是很多，在作单片机电子琴这个选题的过程中，更加熟练的掌握了一些单片机芯片的应用，也解决了很多以前理论和实践脱节的问题，可谓对单片机的认识有了一个小的飞跃。二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。随着社会的进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。电子琴及其音乐播放器是自弹音乐和播放储存音乐为一体。我们对于电子琴如何实现其功能，如音乐选择、声音强弱控制、自动放音功能等等也很好奇。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演者重要的角色。随着发展我们对电子琴的要求越来越高，而随之诞生的便是电子琴与音乐播放器集一体的新型电子琴。三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径） 整个硬件电路是由中心控制、播放、选曲、显示、电子琴和彩灯等模块组成。该硬件系统框图如图1所示。图1 硬件系统设计框图 1 中心模块及各个模块的设计11 中心控制模块 目前应用较为流行的单片机有AVR和51单片机。从系统设计的功能需求及成本考虑，51单片机性价比更高，AT89S52是拥有2个外部中断，2个16位定时器，2个可编程串行UART的单片机。中心控制模块采用AT89S52单片机已完全满足设计需要，实现整个系统控制。12 播放模块 播放模块是由8550 NPN三极管和电磁蜂鸣器组成。AT89S52输出高电平控制信号,启动8550 NPN三极管使信号放大，从而启动电磁蜂鸣器。与LM386和喇叭的组合相比较，该播放模块存在一定噪声，音响效果较差。但由于所需驱动功率较小，驱动器件要求不高，并能降低设计成本。因此，必须选用8550 NPN三极管和电磁蜂鸣器则能满足系统要求。13 显示模块常见的基于单片机设计的音乐播放器基本不能显示歌曲。该音乐播放系统设计上增加液晶显示器，可为使用者提供曲目信息。由于LED数码管只能显示数字而无法显示其他中英文字符，并对成本及功能考虑，因此从设计的成本及功能的角度考虑，采用LCD1602显示模块，它可以显示每首曲目的英文名字。14 电子琴模块 电子琴设有8个按键，其中7个作为音符输入，另外1个作为模式转换 按键，实现用户自弹作曲。7个按键分别代表7个音符，包括中音段的全部音符。通过软硬件设计，模式转换按键触发外部中断，中断使程序跳转，实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现自编歌曲。当需要取消电子琴编曲功能时，再次按下模式转换按键引起外部中断即可退出电子琴功能而返回到原来音乐播放处。 2 软件程序设计 系统初始化后，进入默认播放功能。开始从第一首曲目开始循环播放。如果启动中断，判断是否为模式切换。如果是，则进入自编曲电子琴功能，实现自弹自编。如果不是，则继续循环播放内设音乐。播放过程中如果出现跳选曲目。则进入相应的曲目程序程序设计流程如图2所示。 图2 程序设计流程框图通过Time0的溢出中断实现单频产生。Time0的溢出中断发生后输出引脚的电压反向，然后定时器重新装入初值。所以编程时要确定Time0的工作模式和计数初值。这里采用工作模式1，定时器的初值设定通过软件重复实现。而且定时器的初值则依据各音频频率设置。例如：中音Do音频是523Hz，其周期T=l523=1 912s，其半周期为19122=956s。本设计的计时时钟周期是ls，因此设置Time0的计数器每计956次则中断一次，从而实现Do的音频，然后通过中断触发实现引脚电压的循环取反得到相应音频输出。图3液晶显示的编程流程图。 图3 液晶显示的编程流程图 第一周 需求分析，分析所需材料。 第二周 确定总体方案实施第三周 做好开题报告。 第四周 选择各模块划分的方案。 第五周 各模块设计。 第六周 中心控制模块的设计。 第七周 播放模块的设计。 第八周 显示模块的设计。 第九周 电子琴模块的设计。 第十周 音乐的选择按钮的设计。 第十一周 自弹音乐和歌曲自动播放转换按钮的设计。 第十二周 彩灯模块的设计。 第十三周 软件的程序设计。 第十四周 检查总体方案确保无误。 第十五周 检查各个模块确保无误。 第十六周 设计的仿真。 第十六周 整理源程序，编写说明数和用户手册。 第十七周 形成毕业设计全部文件，准备答辩。 第十八周 毕业答辩。四、主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3个页面以上）及其译文）1黄振杰，卢小冰.基于AT89S52 单片机的多功能音乐播放器J.电子设计工程，2009，（02）.2张红梅，王磊杰.AT89S52与LCD驱动S6B0724的应用J. 电子质量，2008，（05）.3赵亮.液晶显示模块LCD应用J.电子制作，2007，（03）.4汪本慧. 基于单片机的多功能音乐播放器的设计与制作J.电脑学习， 2010，（05）.5杜丽芳.用单片机设计的电子琴J.电子世界，2005，（07）.6舒红波,李蔚,王治国.用单片机实现各音色电子琴J.控制工程，2004，（07）.7远飞.基于单片机的音乐播放器的仿真与制作J.电子元器件应用， 2010（12）.8Adam Vaughan. Music PlayerJ. Invention of the World, 2004,(01).9李朝青.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.10沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.外文文献(Foreign Languages and Literatures):L. Hammond, 1930 American inventor of practical significance launched electromechanical organ, called the Hammond piano. Electromagnetic coil around it by over 91 issued a communication angle sound waves round, finishing as the sine wave synthesis sound. It has two 61 key keyboard and a set of hand-foot 32-key keyboard, can simulate the 20 kinds of sounds, this piano application for patent in 1934, began mass production in 1935. Sales in 1937 to only 3,000 units. However, because the sound principle of Hammond for the mechanical and electrical piano, it can only be described as the first TPC organ. But its shape and structure of the double bond later became the prototype of the keyboard.Overall, the keyboard of the invention is from 30's to 50's. The common key keyboard is a single row of 60's invention.As a new instrument, the history of keyboard like a mechanical keyboard instrument had a long way. Now talk about the keyboard this keyboard, it is Lawrence in 1934 by the American Dream Special manufacturing invention Kazakhstan, and now only 50 years of history. The original purpose of the invention it is great to use it to replace the pipe organ (the largest organ is a musical instrument, the lowest sound pipe 10 meters long.) Later in the fifties the Japanese bought the patent and began production of the keyboard, and use it for music education. This keyboard to gradually spread up in the world. Present in our popular flower in two ways: one is vertical with the foot keyboard; the other is loved by everyone, for the popularity of portable electronic keyboard music education. Both the keyboard can be inherent in the issue of their own sound but also can mimic a number of other instruments and sounds of nature. They come with automatic tempo and accompaniment function, which is it different from other important characteristics of a keyboard instrument. Portable Keyboard and the vertical keyboard in teaching methods are very similar, but the materials used on the slightly different: the vertical keyboard organ from their ancestors get rich training system, and ability to play portable keyboard used in the training of many The contents of piano practice.Right now, the music player has become an integral part of people's lives, an essential product. Its birth, so that pleasant voice with the stored vector, can be widely disseminated and shared. Now let me introduce the history of the music player.December1877,Edison publicly perform the phonograph, "talking machine " the birth of the message, and immediately stir the whole world. Public opinion outside of his right as the "science of Napoleon ", the phonograph has become a 19th century invention of the most attractive one of the three exciting. In 1898, Denmark, V. Poulsen invented the wire recorder, since then, the hard magnetic material as a carrier, the use of magnetic remanence characteristics of the sound signals recorded in the carrier, with a replay, the tape recorder started recording in the family Popular. With the social development and the advancement of technology, people seek more and more high-quality sound. Old-fashioned tape recorder sound simple, pale features, and he gradually be eliminated. Represents a more clear, stereo, more vigorous official CD player sound quality on stage. In 1982, the world's first CD player, but also the production of the first Sony CD player, born-Sony 's CDP-101.CD appearance, relying on the perfect sound quality, fast search song, easy to carry and other functions, swept the player market 10 years ago. Until the emergence of MP3. Although the September 9, 1995 release of the first real-time software MP3 player Winplay3, has made many people in their personal computer to encode and playback MP3 files on music players age upon us smart, but because of PC and Internet Limited development, MP3, and did not get wide popularity. Until October 2001, Apple introduced the first generation IPOD, MP3 player, will perform to the realm of art and culture. It is not only a huge capacity, operating intelligent, and stylish, once introduced, immediately agreed to a worldwide blitz! Apple were strong, in addition to its strong R & D capabilities and innovation outside the company make better use of peripheral resources is also an important part of its success. Apple's R & D base, top accessories from more than 70 vendors to participate in the development of a new product Apple process. The world's top audio manufacturers brand JBL, Harman Kardon, the world's most famous three headset brands UE, ETY, WESTONE are tailored for the IPOD to create the perfect sound output device, IPOD perfect sound quality to be most vividly show! Music player to the present, more and more tend to intelligent, multi-functional one, such as in the domestic market rumors about the IPHONE mobile phone, mobile phone + IPOD + can achieve the power of the Internet. But in the end, it is mainly listen to music, so music player, choose a professional to do the external device accessories (JBL, Harman Kardon speakers, UE, ETY headset), but also will become the future trend.朗读显示对应的拉丁字符的拼音朗读显示对应的拉丁字符的拼音 With the development of our increasingly high demands on the keyboard, but now the keyboard most of the features are not play music. The popular MP3, MP4 player quite well, but somewhat regrettable that in addition to display song and display song title, the vast majority of players do not play the function of the self-organ. It presents a departure from the keyboard and music players set one of the new organ. SCM is an integrated circuit chip, ultra-large scale integrated circuit technology is used with data processing capabilities to the central processing unit CPU random access memory RAM, read-only memory ROM, a variety of I / O port and interrupt system, timers / timer Other functions (and possibly the display driver circuit, pulse width modulation circuit, analog multiplexers, A / D converter circuit) into a single silicon wafer consisting of a small but complete computer system. At89S52 is a low power, high performance CMOS8 bit microcontroller with 8K in-system programmable Flash memory. Using Atmel's high density nonvolatile memory technology manufacturing and industrial 80C51 instruction set and pin compatible. On-chip Flash program memory allows in-system programmable, but also for conventional programmer. On a single chip, with 8-bit CPU smart and in-system programmable Flash, making AT89S52 for many embedded control applications with high flexibility, ultra-effective solution. AT89S52 provides the following standard features: 8k bytes Flash, 256 bytes of RAM, 32 位 I / O lines, Watchdog timer, two data pointers, three 16-bit timer / counter, a 6 interrupt vector 2 Structure, full-duplex serial port, on-chip oscillator and clock circuitry. In addition, AT89S52 0Hz static logic operations can be reduced to support two kinds of software selectable power saving mode. Idle mode, CPU stop working, allowing the RAM, timer / counters, serial port, interrupt to work. Power-down protection mode, RAM contents are preserved, the oscillator is frozen, single chip all the work stopped until the next interrupt or hardware reset date.The design is based on AT89S52 microcontroller keyboard and music player design. The design is based on AT89S52 microcontroller keyboard and music player design. It is based on AT89S52 microcontroller as the core, and some auxiliary peripheral devices, the use of assembly language programming, to achieve multi-function music player, songs, and the use of auto-loop function keys self track. In addition, the lantern display the song tempo, key to jump to a favorite track, the LCD displays the current broadcast the English track. After system initialization, enter the default playback. Starting from the first track to start loop playback. If the interrupt to determine whether the mode switch. If so, then enter from the arranger keyboard features, to achieve self-playing self. If not, continue loop inside music. If a jump during playback track selection, then enter the corresponding track program.This new keyboard is a product of modern technology, with social development, technological advances in the various high-tech new organ will follow.中文译文：1930年美国发明家L.哈蒙德推出有实用意义的机电式风琴，称为哈蒙德琴。它靠电磁线圈靠近91个多角钢音轮发出交流波，整理为正弦波合成音色。它有两层61键手键盘和一组32键脚键盘，能模拟20多种音色，这种琴于1934年申请专利权，1935年开始大量生产。仅1937年就销售3000多台。不过哈蒙德琴因为发声原理为机电，故只能称为第一台电风琴。但它的造型和结构成为了后来双排键电子琴的雏形。 总的来说，电子琴的发明是从30年代到50年代。而常见的单排键电子琴是60年代发明的。 作为一种新兴的乐器，电子琴的历史不像此前的机械键盘乐器那样悠久。现在讲讲电子琴这种键盘乐器，它是1934年由美国人劳伦斯·哈梦特制造发明的，到现在只有50多年历史。当初发明它的目的是用它来代替巨大的管风琴（管风琴是乐器中最大的一种，最低的发音管有10多米长）。后来日本人在五十年代买下了这项专利技术，开始生产电子琴，并把它用于音乐教育。这样，电子琴就渐渐地在世界上普及起来。目前在我国普及的电子琴有两种：一种是带有脚键盘的立式电子琴；另一种是深受大家喜爱的、用于普及音乐教育的便携式电子琴。这两种电子琴都能在发出自己固有音色的同时，还能模仿其他乐器及自然界的一些声音。他们都带有自动节奏和伴奏功能，这是它有别于其它键盘乐器的重要特征。便携式电子琴和立式电子琴在教学方法上很接近，但在教材采用上则稍有不同：立式的电子琴则从自己的祖先管风琴那里得到丰富的训练体系，而便携式电子琴在训练演奏能力时采用许多钢琴练习的内容。时下，音乐播放器已经成为人们生活中不可或缺的必备品。它的诞生，让动听的声音有了存储的载体，得以广泛的传播和分享。现在让我来介绍音乐播放器的发展史。1877年12月，爱迪生公开表演了留声机，“会说话的机器”诞生的消息，立刻轰动了全世界。外界舆论马上把他誉为"科学界之拿破仑"，留声机也成为19世纪最引人振奋的三大发明之一。1898年，丹麦的V.波尔森发明了钢丝录音机，从此，以硬磁性材料为载体，利用磁性材料的剩磁特性将声音信号记录在载体，具有重放、录音功能的磁带录音机开始在家庭普及。随着社会的发展和科技的进步，人们对音色品质的追求越来越高。老式录音机音色简单、苍白的特性，使其逐渐被社会淘汰。代表着更清晰、立体声、更浑厚音质的播放器CD正式登上舞台。1982年，世界上第一台CD播放器、同时也是索尼生产的第一台CD播放器诞生了Sony's CDP-101。CD的出现，依靠完美的音质表现、快捷搜歌、方便携带等功能，风靡了播放器市场10多年之久。直到MP3的出现。尽管1995年9月9日发布的第一款实时软件MP3播放器Winplay3，已经让许多人能够在自己的个人电脑上编码和回放MP3文件，音乐播放器的智能时代正式来临，但是由于PC和互联网的发展所限，MP3并没有获得广泛的普及。直到2001年10月,苹果公司推出了第一代IPOD，将MP3播放器演绎到艺术与文化的境界。它不仅容量巨大，操作智能，而且外形时尚，一经推出，即刻获到全球范围内的热捧! 苹果公司之所以强大，除了自身强大的研发能力和创新意识以外，善于利用外设厂商资源，也是其成功的重要一环。在苹果的研发基地，来自全球70多家顶尖配件厂商共同参与苹果每一款新品的研发过程。世界顶级音响制造品牌JBL、哈曼卡顿、全球最知名的三大耳机品牌UE、ETY、WESTONE都量身为IPOD打造完美的声音输出设备，让IPOD完美的音质得以淋漓尽致的展现! 音乐播放器发展到现在，越来越趋向智能化、多功能合一，比如传闻即将在国内上市的IPHONE ，可以实现 +IPOD+上网本的强大功能。但说到底，它还是以收听音乐为主，因此，音乐播放器选择专业的外接设备做配件(JBL、哈曼卡顿音箱、UE、ETY耳机)，也必将成为未来发展的趋势。随着发展我们对电子琴的要求越来越高， 但是现在的电子琴大多都没有播放音乐的功能。而目前流行的MP3，MP4播放器的相当好，但略感遗憾的是除了显示歌曲和显示歌名外，绝大部分播放器没有电子琴的自弹功能。正是从此出发提出一种电子琴和音乐播放器集一体的新型电子琴。单片机是一种集成在电路芯片，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 。At89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。本次设计正是基于AT89S52单片机的电子琴和音乐播放器的设计。它是以AT89S52 单片机为核心，并辅有一些外围器件，采用汇编语言编写程序，实现多功能音乐播放，歌曲自动循环播放和使用琴键自编曲目功能。此外，彩灯显示歌曲节奏，按键跳转到喜爱曲目，液晶显示当前播英文曲目。系统初始化后，进入默认播放功能。开始从第一首曲目开始循环播放。如果启动中断，判断是否为模式切换。如果是，则进入自编曲电子琴功能，实现自弹自编。如果不是，则继续循环播放内设音乐。播放过程中如果出现跳选曲目，则进入相应的曲目程序。这种新型的电子琴是现代科技的产物，随着社会不断发展，科技的不断进步，各种高科技新型电子琴也会随之而来。朗读显示对应的拉丁字符的拼音指导教师意见 签名： 月 日教研室意见