基于单片机的音乐盒设计毕业设计方案.doc
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1、基于单片机音乐盒设计 学生:XXX 指引教师:XXX内容摘要：本设计是一种基于AT89C51系列单片机音乐盒，根据单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一种多功能数字音乐盒。该音乐盒重要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器构成。使用两个按键控制音乐盒，一种用来切换歌曲，另一种用来切换8路LED变化花样，本音乐盒共有两首歌曲，花样灯花样共计3种。播放歌曲时，蜂鸣器发出某个音调，与之相应LED亮起。本设计运用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试,配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，节约了设计时间。核心词：音乐盒 AT89C51 KEIL PROTEUS 音调
2、Design for AT89C51 digit music boxAbstract：The digest this text has introduced the basic AT89C51 digit music box,According to AT89C51 principle,take it by hardware circuit and software compile to made a multifunction digit music box.this box main form button circuit rest circuit clock circuit and bu
3、zzer.Use two button to control it,the one use to change music ,and the other one made the LED change the kind of light.this box had two songs,and LED had three kind of light.then the music has playing,the buzzer will take among of tone,meanwhile LED will give out light.the design on the basic of KEI
4、L to compile and debugging this music box,at the same times match up PROTEUS to hardware going to simulation debugging,So save a lot of times. Keywords：music box AT89C51 KEIL PROTEUS Tone目 录前言11概述21.1 课题意义21.2设计方案21.3研究内容22 系统总体方案简介32.1 系统构成框图32.2 音乐盒功能构造图32.3 重要设计软件简介42.3.1 PROTEUS软件简介42.3.2 KEIL简介
5、43硬件设计53.1 总体设计框图53.2各某些硬件设计及其原理53.2.1 AT89C51简介53.2.2 LED显示电路设计与原理63.2.3 时钟振荡电路63.3 硬件电路图及功能74软件设计84.1音调、节拍以及编码拟定办法84.1.1 音调拟定94.1.2 节拍拟定104.1.3 编码114.2 软件程序设计124.2.1 程序流程图及相应代码块124.2.2 程序源代码（见附录A）175调试175.1 检查硬件连接175.2 检查软件系统185.3 测试成果185.3.1总体运营图185.3.2花样灯3种花样图196 结束语20附录21参照文献30基于单片机数字音乐盒设计前言21世
6、纪，电子技术获得了飞速发展，在其推动下，当代电子产品几乎渗入了社会各个领域，有力地推动了社会生产力发展和社会信息化限度提高，同步也使当代电子产品性能进一步提高，产品更新换代节奏也越来越快。当前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几种方面发展。单片机应用重要意义还在于它从主线上变化了老式控制系统设计思想和设计办法。从前必要由模仿电路或数字电路实现大某些功能，当前已能用单片机通过软件办法来实现了。这种软件代替硬件控制技术也称为微控制技术，是老式控制技术一次革命。单片机渗入到咱们生活各个领域，几乎很难找到哪个领域没
7、有单片机踪迹。导弹导航装置，飞机上各种仪表控制，计算机网络通讯与数据传播，工业自动化过程实时控制和数据解决，广泛使用各种智能IC卡，民用豪华轿车安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。随着科学技术进步和社会发展，人类所接触信息也在不断增长并且日益复杂。面对浩如烟海信息，人们已经可以运用计算机等工具高效精确地对之进行解决，但要想将解决完信息及时，清晰地传递给别人，还必要通过谋求更加卓越显示技术来实现。单片机技术与液晶显示技术结合，使信息传播交流向着智能可视化方向迅速发展。随着人类社会发展，人们对视觉、听觉方面享有提出了越来越高规定。小小音乐
8、盒可以给人们带来美好回忆，提高人们精神文化享有。老式音乐盒多是机械型，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计音乐盒是以单片机为核心元件电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用以便，并具备一定商业价值。1 概述本设计是以AT89C51芯片电路为基本，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部定期器使其演奏出优美动听音乐。顾客可以按照自己喜好选取音乐并将其转化成机器码存入单片机存储器中。对于不同型号单片机只需要相应变化一下地址即可。该软、硬件系统具备较好通用性，很高实际使用价值，为广大单片机和音乐兴趣者提供了较好借鉴。1
9、.1 课题意义音乐盒来源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会钟塔报时，而将大小钟表装上机械装置，被称为“可发出声音组钟”。音乐盒有着300近年发展历史，是人类文明发展历史见证。老式音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一种带有铁钉铁桶转动,铁桶上铁钉撞击铁片制成琴键，从而发出声音。但是，机械式音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而导致发音跑调。此外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必要放平不能动摇，并且价格昂贵，不能实现大批量生产。本文设计音乐盒，是基于单片机设计制作电子式音乐盒。与老式机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能
10、演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简朴，可进行批量生产，因此价格便宜。基于单片机制作电子式音乐盒，控制功能强大，可依照需要选歌，使用以便。依照存储容量大小，可以尽量多存储歌曲。此外，可以设计彩灯外观效果，使音乐盒功能更加丰富。1.2 设计方案设计一种基于AT89C51系列单片机音乐盒，用按键切换演奏出不同乐曲。蜂鸣器发出某个音调，与之相相应LED亮起。使用两个按键，一种用来切换歌曲，另一种切换八路LED变化花样。1.3 研究内容电路有两种工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。演奏音乐模式：演奏完整一首歌曲，八路LED随着音乐变化。花样灯模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发
11、出“嘀嘀”声。按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共两首歌曲。按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共三种花样。此电路程序只占用了1K左右，可编制更多音乐和LED花样，使系统功能更加强大。2 系统总体方案简介2.1 系统构成框图音乐盒系统构造以AT89C51单片机位控制核心，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED模块构成。单片机负责接受按键输入，依照输入控制音乐播放曲目和音乐花样灯显示样式以及蜂鸣器发音。系统构成框图如图2.1-1所示。图2.1-1 系统构成框图2.2 音乐盒功能构造图音乐盒功能构造如图2.2-1所示。Key1负责切换播放歌曲，播放歌曲共2首，分别是挥着翅膀女
12、孩和寂寞沙洲冷。Key2负责切换LED显示花样，显示花样共3种，第一种顺序显示，第二种由两边向中间移动然后向两边移动，第三种循环显示。图2.2-1 音乐盒功能构造图2.3 重要设计软件简介本设计运用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，两种软件简介如下：2.3.1 PROTEUS软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版EDA工具软件（该软件中华人民共和国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不但具备其他EDA工具软件仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是当前最佳仿真单片机及外围器件工具。虽然当前国
13、内推广刚起步，但已受到单片机兴趣者、从事单片机教学教师、致力于单片机开发应用科技工作者青睐。Proteus是世界上知名EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品完整设计。是当前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一设计平台，其解决器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，即将增长Cortex和DSP系列解决器，并持续增长其她系列解决器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等各种编译器。 2.
14、3.2 KEIL简介单片机开发中除必要硬件外，同样离不开软件，咱们写汇编语言源程序要变为CPU可以执行机器码有两种办法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，当前已很少使用手工汇编办法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机汇编软件有初期A51，随着单片机开发技术不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高档语言开发，单片机开发软件也在不断发展，Keil软件是当前最流行开发MCS-51系列单片机软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了涉及C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一种功能强大仿真调试器等在内完整开发方案，通过一种集成开发环境（uV
15、ision）将这些部份组合在一起。运营Keil软件需要Pentium或以上CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲硬盘空间、WIN 98、NT、WIN、WINXP等操作系统。掌握这一软件使用对于使用51系列单片机兴趣者来说是十分必要，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你不二之选（当前在国内你只能买到该软件、而你买仿真机也很也许只支持该软件），虽然不使用C语言而仅用汇编语言编程，其以便易用集成环境、强大软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil C51生成目的代码效率非常之高，多数语句生成汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高档语言优势。3 硬件设计3.1 总体设计框图
16、图3.1-1 总体设计框图3.2 各某些硬件设计及其原理3.2.1 AT89C51简介AT89C51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）低电压，高性能CMOS8位微解决器，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单片机。单片机可擦除只读存储器可以重复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则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，ATMELAT89C51是一种高效微
17、控制器，AT89C2051是它一种精简版本。AT89C51单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。外形及引脚排列如图3.2-1所示。图3.2-1 AT89C51系列单片机3.2.2 LED显示电路设计与原理LED显示电路是由8个LED发光二极管构成，连接方式为共阳极，LED接到单片机P 1口，若为低电平，可使LED亮起。发光二极管亮、灭由内部程序控制，8个LED发光二极管分别相应不同音阶，因此LED会随着音阶变化按规律亮、灭。3.2.3 时钟振荡电路AT89C5输出端。这个放大器与作为反馈元件片外石英晶体或者陶瓷谐振器一中有一种用于构成内部振荡器高增益反相放大器，引脚XTAL1
18、和XTAL2分别是该放大器输入端和起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有什么严格规定，但电容容量大小会轻微影响振荡频率高低、振荡器工作稳定性、起振难易程序及温度稳定性。振荡器电路图如下：图3.2.3-1 单片机内部、外部振荡电路3.3 硬件电路图及功能总体硬件电路实现功能如下，如图3.3-1所示，电路中用P3.2、P3.3控制按键。P1.0P1.7控制LED。P2.3控制蜂鸣器。电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1、C2均为30PF。图3.3-1 硬件电路图4 软件设计在本程序中设立了两个标志count1和cou
19、nt2，分别初始化为1和0。按键1使得count1在1和2之间切换，按键2使得count2在14之间切换。程序检测count1值，count1等于1时播放第一首歌曲，等于2时播放第二首。另一方面依照count2值来切换LED花样。count1和count2值是互斥，设立count1等于1、2时，count2同步设立为0；设立count2等于14时，count1也同步设立为0。4.1 音调、节拍以及编码拟定办法普通说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包括相应幅度谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出各种音色声音。因而单片机奏乐只需弄清晰两个概念即可，也就是“音调”和节拍表达一种音符唱多长
20、时间。4.1.1 音调拟定不同音高乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表达，这7个字母就是音乐音名，它们普通依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱1、2、3、4、5、6、7，相称于中文“多来米发梭拉西”读音，这是唱曲时乐音发音，因此叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音距离提成12个等份，每一种等份叫一种“半音”。两个音之间距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、FG、GA、AB两音之间隔着一种黑键，她们之间距离就是全音；EF、BC两音之间没有黑键相隔，它们之间距离就是半音。普通唱成1、2、3、4、5、6、7音叫自然音，那些
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