单片机课程设计--基于蜂鸣器的简易播放器.doc

单片机课程设计题目：基于蜂鸣器的简易播放器 班级： 姓名： 学号： 第一章 概述1.设计内容：设计一个基于STC89C52系列单片机的音乐盒，利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣器发出某个音调，与之相对应的LED亮起。使用两个按键，一个用来切换歌曲，另一个切换八路LED的变化花样。本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试。2.设计目的：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。根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，使音乐盒的功能更加丰富。3.设计原理：该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。使用三个按键控制音乐盒，一个用来切换歌曲，另一个用来切换8路LED的变化花样，本音乐盒共有5首歌曲。播放歌曲时，蜂鸣器发出某个音调，与之对应的LED亮起。第二章 硬件设计1.设计框架：音乐盒的系统结构以STC89C52单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED模块组成。单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放曲目和音乐花样灯的显示样式以及蜂鸣器发音。系统组成框图如图2.1所示。图2.1 系统组成框图2.各元器件选择及功能介绍：（1） STC89C52简介STC89C52是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89C52是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。（2） LED显示电路设计与原理LED显示电路是由8个LED发光二极管组成，连接方式为共阳极，LED接到单片机的P1口，若为低电平，可使LED亮起。发光二极管的亮、灭由内部程序控制，8个LED发光二极管分别对应不同的音阶，所以LED会随着音阶的变化按规律亮、灭。（3） 时钟振荡电路STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。振荡器电路图如下：图2.2 单片机内部、外部振荡电路3.设计原理图：总体硬件电路实现功能如下，如图2.4所示1） 电路中用P2.2、P2.1、P2.0控制按键。2） P0.0P0.7控制LED。3） P3.7控制蜂鸣器。4） 电路为11.0592MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。图2.3 硬件电路图第三章 软件设计1.个程序段介绍：(1) 音调、节拍以及编码的确定方法一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄 清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。(2) 音调的确定不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、FG、GA、AB两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；EF、BC两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上号或者b号的叫变化音。叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时这半个周期时间，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反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。2）利用STC89C52的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。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。3）例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每次技术956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。计数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi2FrN：计算值；Fi：内部计时一次为1us，故其频率为1MHz；4） 其计数值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi2Fr例如：设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。中音DO（523Hz）。高音的DO（1046Hz）的计算值T=65536-N=65536-Fi2Fr=65536-10000002Fr=65536-500000/Fr低音DO的T=65536-500000/262=63627低音DO的T=65536-500000/523=64580低音DO的T=65536-500000/1047=650595） C调各音符频率与计数值T的对照表如表3.1所示。表1.1 C调各音符频率与计数值T的对照表低音频率T参数中音频率T参数高音频率T参数Do2621908229Do523956115Do10465757Do2771805217Do554903108Do11095454Re2941701204Re587852102Re11755151Re3111608193Re62280497Re12454848Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa3701351162Fa74067681Fa14804141So3921276153So78463877So15683838So4151205145So83160272So16613636La4401136136La88056868La17603434La4641078129La93253664La18653232Si4941012121Si98850661Si19763030(3) 节拍的确定若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。“节拍”,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s，则1/4 拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。了解音乐的一些基础知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。表1.2节拍与节拍码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42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，图5.2为节拍码的对照。如果1拍为0.4秒，1/4拍实0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如图5.3为1/4和1/8节拍的时间设定。表1.3 1/4和1/8节拍的时间设定曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125毫秒调4/462毫秒调3/4187毫秒调3/494毫秒调2/4250毫秒调2/4125毫秒(4) 编码 do re mi fa so la si分别编码为17，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为0。播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的结束标志。举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。举例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsigned char 的数组中。程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。表3.4 简谱对应的简谱码、T值、节拍数简谱发音简谱码T值节拍码节拍数5低音SO16426011/4拍6低音LA26440022/4拍7低音TI36452433/4拍1中音DO46458041拍2中音RE56468451又1/4拍3中音MI66477761又1/2拍4中音FA76482082拍5中音SO864898A2又1/2拍6中音LA964968C3拍7中音TIA65030F3又3/4拍1高音DOB650582高音REC651103高音MID651574高音FAE651785高音SOF65217B.播放音乐程序流程图2.程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit fm=P37;/蜂鸣器连续的IO口char code table=0xaf,0xa0,0xc7,0xe5,0xe8,0x6d,0x6f,0xa1,0xef,0xed;/这板上的数码管表sbit led=P36;sbit bai=P35;sbit shi=P34;sbit qian=P24;sbit ge=P23;sbit a1=P22;sbit a2=P21;sbit a3=P20;uchar count2;/歌曲标志uchar timeh,timel,i;/-简谱-/编程规则:字节高位是简谱,低位是持续时间,/代表多少个十六分音符/1-7代表中央C调,8-E代表高八度,0代表停顿/最后的0是结束标志uchar code qnzl= /千年之恋0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08,/前奏0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,/竹林的灯火 到过的沙漠 0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,/七色的国度 不断飘逸风中 0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,/有一种神秘 灰色的旋涡 0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02,/将我卷入了迷雾中 0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,/看不清的双手 0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,/一朵花传来谁经过的温柔 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76,/穿越千年的伤痛 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,/只为求一个结果 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,/你留下的轮廓 指引我 0x42,0x63,0x83,0x83,0x91,0x91,/黑夜中不寂寞 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76,/穿越千年的哀愁 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,/是你在尽头等我 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,/最美丽的感动 会值得 0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff/结束标志/用一生守候;uchar code jmszl= /寂寞沙洲冷0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,/自你走后心憔悴0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,/白色油桐风中纷飞0x51,0x52,0x31,0x52,0x62,0x13,0x11,0x13,0x32,0x28,0x08,0x28,/落花似人有情 这个季节0x31,0x32,0x31,0x32,0x11,0x21,0x51,0x52,0x51,0x52,/河畔的风放肆拼命地吹0x51,0x51,0x31,0x32,0x31,0x32,0x81,0x72,0x63,/不断拨弄离人的眼泪0x62,0x71,0x81,0x72,0x61,0x61,0x52,0x31,0x21,0x32,0x51,0x54,/那样浓烈的爱再也无法给0x22,0x12,0x11,0x12,0x11,0x12,0x12,0x14,0x26,0x32,0x26,/伤感一夜一夜0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,/当记忆的线缠绕过往支离破碎0x02,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x62,0x52,0x34,/是慌乱占据了心扉 0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x82,/有花儿伴着蝴蝶0x51,0x51,0x51,0x51,0x31,0x61,0x53,/孤雁可以双飞0x21,0x11,0x21,0x11,0x22,0x11,0x21,0x26,/夜深人静独徘徊0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x52,/当幸福恋人寄来红色分享喜悦0x31,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x81,0x61,0x31,0x56,/闭上双眼难过头也不敢回0x32,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x91,0x81,0x61,0x81,0x61,0x51,0x31,0x51,0x34,/仍然捡尽寒枝不肯安歇微带着后悔0x21,0x31,0x51,0x31,0x21,0x11,0x61,0x21,0x16,/寂寞沙洲我该思念谁0xff;uchar code wqsxx= /我去上学校0x00,0x11,0x21,0x31,0x11,0x54,0x61,0x61,0x81,0x61,0x54,0x61,0x61,0x82,0x51,0x61,0x32,0x61,0x51,0x31,0x51,0x31,0x11,0x21,0x31,0x14,0xff;uchar code dfh=/东方红0x00,0xc4,0xc2,0xd2,0x98,0x84,0x82,0x62,0x98,0xc4,0xc4,0xd2,0x72,0xd2,0xc2,0x84,0x82,0x62,0x98,0xc4,0x94,0x84,0x72,0x62,0x54,0xc4,0x94,0xa2,0x92,0x84,0x82,0x62,0x92,0xa2,0x92,0x82,0x72,0x32,0x58,0x54,0xff;uchar code tkzc= /天空之城0x00,0x62,0x72,0x83,0x71,0x82,0xa2,0x76,0x32,0x63,0x51,0x62,0x82,0x54,0x32,0x32,0x43,0x31,0x42,0x82,0x35,0x81,0x81,0x81,0x73,0x41,0x42,0x72,0x76,0x61,0x71,0x83,0x71,0x82,0xa2,0x76,0x31,0x31,0x63,0x51,0x62,0x82,0x57,0x31,0x42,0x81,0x71,0x72,0x82,0x92,0x91,0xa1,0x84,0x81,0x71,0x61,0x61,0x72,0x52,0x64,0x81,0x91,0xa3,0x91,0xa2,0x52,0x96,0x51,0x51,0x83,0x71,0x82,0xa2,0xa8,0x61,0x71,0x82,0x71,0x81,0x91,0x91,0x83,0x51,0x54,0xb2,0xa2,0x92,0x82,0xa8,0xa6,0xa2,0xd3,0xd1,0xc3,0xc1,0xa1,0x91,0x83,0x81,0x92,0x81,0x91,0x92,0xc2,0xa6,0xa2,0xd3,0xd1,0xc4,0xa1,0x91,0x83,0x81,0x92,0x81,0x91,0x92,0x72,0x66,0x61,0x71,0x68,0xff;/-简谱音调对应的定时器初值-/适合11.0592M的晶振uchar code cuzhi= 0xff,0xff,/占位 0xFC,0x8E,/中央C调1-7 0xFC,0xED, 0xFD,0x43, 0xFD,0x6A, 0xFD,0xB3, 0xFD,0xF3, 0xFE,0x2D, 0xFE,0x47,/高八度1-7 0xFE,0x76, 0xFE,0xA1, 0xFE,0xC7, 0xFE,0xD9, 0xFE,0xF9, 0xFF,0x16 ;uchar yinyue=0,0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x81,0x41,0x21,0x11,0x09,0x05,0x03;/将音调转化为对应的LED样式void delay1(uint z);/延时1MSvoid delay(uint z);/延时165MS,即十六分音符void song();void beep();/蜂鸣器叫一声main()count2=1;/唱第一首歌EA=1;/开总中断TMOD=0x01;/定时器0工作在方式1TH0=0;TL0=0;ET0=1;ge=0;shi=0;qian=0;bai=0;while(1)song();delay1(1000); void timer0() interrupt 1 /用于产生各种音调TH0=timeh;TL0=timel;fm=fm;if(a1=0)i=0;/从头开始唱count2+;if(count2=6) count2=1;while(!a1);if(a2=0)i=0;/从头开始唱count2-;if(count2=0) count2=5;while(!a2);if(a3=0)i=0;/从头开始唱count2=1;while(!a3);void song()uint temp;uchar jp;/jp是简谱i=0;while(1)if(count2=0)break;if(count2=1)/选曲 temp=qnzli;if(count2=2)temp=jmszli;if(count2=3)temp=wqsxxi;if(count2=4)temp=dfhi;if(count2=5)temp=tkzci;if(temp=0xff)break;jp=temp/16; /取数的高4位led=1;P0=yinyuejp;if(jp!=0)timeh=cuzhijp*2;timel=cuzhijp*2+1;elseTR0=0;fm=1;/关蜂鸣器delay(temp%16); /取数的低4位led=0;ge=1;P0=tablecount2;TR0=0; /唱完一个音停10MSfm=1;delay1(10); TR0=1; i+;ge=0;TR0=0;fm=1;void delay(uint z)/延时165MS,即十六分音符uint x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=19000;y>0;y-);void delay1(uint z)/延时1MSuint x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=112;y>0;y-);2总结：通过这次课程设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。经过长时间的设计及调试，本系统基本能实现蜂鸣器播放音乐时led灯跟着音乐闪动，同时用数码管显示当前曲目。按下1键播放下一曲，按下2键播放上一曲，按下3键播放初始曲目。不足之处有：1.音量不可调。我的综合设计主要涉及硬件和软件两方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。首先硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。使我对51系单片机的接口有了更深层次的理解，熟悉了一些单片机常用的外围电路引脚和连接方法，如LED数码管，按键等。并且我学会了分析问题解决问题的能力，加深了对所学理论知识的理解和运用。我的动手能力得到了很大的提高，创新意识得到了锻炼。15