音乐倒数计数器ds

黄河科技学院课程设计报告书题目: 音乐倒数计数器课程：单片机课程设计专业：数控技术班级：学号：学生姓名：指导教师：何春霞2013年 01 月 6 日摘要本设计是基于AT89C52单片机的音乐倒数计数器，根据单片机技术原理，通过硬件电路设计与软件设计，制作出的音乐倒数计数器能稳定运行，并能正常播放音乐。

该设计硬件部分主要包括按键电路、复位电路、LCD显示电路以及蜂鸣器组成，其中K1键作为第二功能键加入外部中断0，用以切换时间选择模式。

计数值为零时，通过定时器T1调节音频，是蜂鸣器发出不同的音调。

本设计利用Keil uVision4作为编程软件进行源程序设计及调试，同时使用PROTEUS7.7进行硬件电路的搭建仿真。

关键字：单片机音乐计数器 proteus 蜂鸣器目录1 任务提出与方案论证 (7)1.1 采用555定时器 (7)1.2 采用单片机控制 (7)2 总体设计 (8)2.1 系统硬件设计 (8)2.2 系统软件设计 (8)3 详细设计及仿真 (9)3.1硬件电路详细设计 (9)3.2软件详细设计 (12)3.3 系统仿真 (14)4 总结 (16)参考文献 (17)附录 (18)1 任务提出与方案论证21世纪电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，而作为创新的倒数计数器更是在普通家庭中广泛应用。

1.1采用555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

555定时器的功能主要由两个电压比较器决定。

两个电压比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3.若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1.如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

本方案由于555定时器回差太小、且不能调整、功能上有所欠缺等缺点不宜选择。

1.2采用单片机控制单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。

它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处，其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。

而LED显示器具有体积小、重量轻、工作电压低、功耗极低、稳定可靠、成本低、控制驱动方便、接口简单易用、模块化结构紧凑等特点，同时外接的继电器可以完成对大电流的控制，功能更加全面。

这个方案价格便宜，编程简单，专用性强，功能可随着单片机的选择而调整，比较适合本设计综上所述，方案1.2有很大的优势，可以利用单片机和LCD显示器来实现定时倒数，通过蜂鸣器来发出音乐。

2 总体设计2.1 系统硬件设计以AT89C52单片机作为主控制器，外加按键电路、复位电路、LCD显示电路和蜂鸣器构成。

其系统框图如下：2.2 系统软件设计本设计将各个功能部分分别封装为函数，故在主函数只需进行相关的初始化即可。

在主函数的大循环中设置播放音乐的标志位FLAG_M,在while(1)不断检测FLAG_M是否为真，若为真，表示定时时间已到，播放预先设置的音乐-----千年之恋。

其主函数框图如下：3 详细设计及仿真在本设计中利用了单片机的两个外部中断，以及定时器T0/T1，使得电路在运行的过程中更加灵敏及稳定。

软件的设计上将各功能封装成函数，便于调用和调试。

最后用proteus7.7搭建电路仿真，系统能正常运行。

3.1硬件电路详细设计3.1.1 AT89C52单片机AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

如图1所示：图13.1.2LCD1602液晶显示电路设计与原理工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。

1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源。

VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样。

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

Proteus7.7中的1602液晶只有14个引脚，少了背光电源的两根引脚，完全兼容。

本设计中，液晶的数据口与单片机的P0口相连。

如图2所示：图23.1.3 复位电路当MCS -5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。

当单片机已在运行当中时，按下复位键后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。

如图3所示：图33.1.4 按键电路题目中要求通过按键来设置定时的时间，并且能为1~60间的任意时间，根据要求以K1作为第二功能选择位，来更改时间设置的模式。

不按K1时，按下K2、K3、K4分别为定时5分钟，10分钟，20分钟；按下K1后，初始为30分钟（为方便上下调节选择30为初始值），然后再按K2为加1分钟，按K3为减1分钟，按K4为设置完成。

为了系统能更加灵敏的工作，加按键均加入了中断若有按键按下，系统能立即反应，并执行相应中断服务子程序。

K1连接外部中断0，K2,K3,K4通过一个三输入与门连接至外部中断1，并分别连接PI.0，PI.1，PI.2口，供中断服务子程序查询。

如图4所示：图43.1.5 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示。

单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。

本设计选择利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。

利用I/O 定时翻转电平来产生驱动波形的方式必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。

比如为2500Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为400μs，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O 口每200μs 翻转一次电平就可以产生一个频率为2500Hz，占空比为1/2duty 的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。

由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。

如图5所示：图53.2 软件详细设计在本程序中设置了两个标志位FLAG_M,FLAG，分别作为音乐播放标志位和时间设置模式选择标志位。

若FLAG=1，再由外部触发检测K2~K4的状态，if(K2==0) { TIME_M++; LCD_display(TIME_M,0); }if(K3==0) {TIME_M--;LCD_display(TIME_M,0);}if(K4==0) {FLAG=0;LCD_display(TIME_M,0);} TIME_M为所定时的时间若FLAG=0，if(K2==0){temp=5;LCD_display(5,0);}if(K3==0){temp=10;LCD_display(10,0);}if(K4==0){temp=20;LCD_display(20,0);}TIME_M=temp;本程序设计关键以及难点在于实现音乐的播放，以下详细解释用程序实现播放音乐的过程。

3.2.1 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。

3.2.2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，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；E–F、B–C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AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式1下，改变计数值TH1及TL1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）。