智能数字音乐盒的设计与实现

智能数字音乐盒的设计与实现
林倩;李宽;朵玉顺
【摘要】随着科技的飞速发展,人们的生活节奏越来越快,多数人长期处于压力过大的状态.音乐对于调节人的心理压力来说是一种很有效的方式,因此,各式各样的音乐盒开始普及.由于容量大、操作方便、价格便宜等优点,数字音乐盒逐渐成为人们的首选.这里以电子技术为基础,设计了一款数字音乐盒.它以单片机为核心,主要由外围控制电路、外接电路、发声电路、电源电路等组成整个系统.音乐的播放可用按键或者红外遥控器实现,同时还可以播放外接设备中的音乐.该系统电路结构简单、功能强大、具有很强的实用性;软件设计简便易懂,适用范围广,具有广泛的可移植性,对于不同音乐只需改变相应的程序即可.此外,系统还扩展了部分功能,设计了外接播放设备的接口,人们可以随意切换自己喜欢的音乐.
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2019(043)006
【总页数】5页(P46-50)
【关键词】单片机;音乐盒;智能;电路
【作者】林倩;李宽;朵玉顺
【作者单位】青海民族大学物理与电子信息工程学院,青海西宁810007;青海民族大学物理与电子信息工程学院,青海西宁810007;青海民族大学物理与电子信息工程学院,青海西宁810007
【正文语种】中文
【中图分类】TP368.1
1 引言
音乐盒的起源可以追溯到中世纪欧洲文艺复兴时期，有着几百年的发展历史，是人类文明发展史上的一个见证。

传统音乐盒也就是机械式音乐盒，被称为“可发出声音的组钟”，由金属的撞击而产生声音，因此发音比较单调[1]。

同时，由于制作要求较高，造成制造成本过高，不能进行批量生产。

随着科技的迅速发展，基于电子技术的数字音乐盒已经以各种形式取代了传统音乐盒。

这里以单片机技术为核心设计了一款智能数字音乐盒[2]。

这种以微控制器为核心的数字音乐盒具有功能强大、体积小、价格低廉、使用方便等优点，可以在很多领域得到广泛的应用。

2 系统总体设计
2.1 系统构架的设计思路
这里以STC89C52单片机为控制核心构成数字音乐盒的基本系统结构,加上外围的控制电路、外接电路、发声电路、电源电路，共同组成整个系统[3]。

系统构架图如图1所示，单片机负责接收按键以及红外遥控器的输入指令,从而控制音曲目的播放。

图1 系统构架图
2.2 系统的设计方案
通过对功能要求分析，该系统的设计方案如下：用四个按键控制音乐的播放。

其中三个按键有播放/暂停、上一曲、下一曲等功能，另外一个按键为复位功能，还采用一个数码管用于显示当前所播放的曲子顺序，同时加上连接外接设备的接口。

在此基础上加上红外控制功能，可由由遥控器实现单片机内置音乐的播放/暂停、上一曲、下一曲等功能。

3 硬件电路设计
3.1 硬件系统组成
如图2所示，硬件系统的组成包括单片机主控电路，音频输入电路，红外接收电路，USB接口电路组成[4]。

图2 系统组成原理图
3.2 单片机最小系统
该系统以STC89C52单片机为核心构成微控制器，主要包括电源、晶振、复位电
路等部分电路[5]，系统原理图如图3所示。

图3 最小系统原理图
这里使用单片机中的内部振荡器，然后在引脚XTAL1(18脚)和XTAL2(19脚)两端连接晶振，它就构成了一个稳定的时钟电路[6]；另外，用按键、电容和电阻构成
了系统的复位电路。

3.3 选曲电路
此音乐盒设计有传统的控制按钮，可通过操作对应的独立按键来实现歌曲的播放/
暂停、上一曲、下一曲等功能[7]，按键电路原理图如图4所示。

图4 选曲电路原理图
3.4 音频输入电路
该系统以LM386音频功率放大器为核心构成音频输入及放大电路，电路原理图如图5所示。

音频输入的主要原理是利用单片机的I/O口产生一定频率的方波脉冲，通过LM386功放电路驱动喇叭发出不同的音调从而演奏乐曲，这样可以极大地提高音乐品质[8]。

此外，由于加入音频输入接口，除了可以播放单片机内置的几首
歌曲外，还可以外接电脑、手机等，播放外接设备中存储的音乐。

同时，采用电位器可以调节驱动喇叭的音量。

图5 音频输入电路原理图
3.5 USB接口电路
如图6所示为USB接口电路原理图，这部分主要由电源开关和辅助电路组成，输入比较稳定的电压[9]。

图6 USB接口电路原理图
3.6 红外遥控电路设计
用红外遥控装置控制单片机，是本次设计的扩展功能之一。

这里可以由遥控器实现歌曲的播放/暂停、复位、上一曲、下一曲等功能，使得整个系统操作方便、更有体验感。

3.6.1 红外通信基本原理
通常，红外遥控分为发送和接收两部分，发送端利用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲信号，通过红外发射管发出红外信号[10]。

传输过程如图7所示。

图7 传输过程图
3.6.2 红外接收头和遥控器的选择
由于1838T具有小型化设计、很强的抗干扰能力、低电压工作等特性，因此，这里选用1838T红外接收头来实现红外信号的接收，1838T红外接收头结构图如图8所示。

遥控器选用最常见的红外线遥控器，如图9所示。

图8 外形尺寸及引脚排列图
图9 红外线遥控器
4 系统的软件设计
4.1 系统主程序设计
如图10所示为系统总的程序流程图，系统工作的主要流程是：先进行堆栈、音乐输出口及按钮的初始化，再根据当前状态播放相应歌曲的某个音符，由此进入按键操作的循环：按顺序进行四次判断，分别判断暂停/播放键是否按下；上一曲键是
否按下，并且在开机后有一次按下暂停/播放键；下一曲键是否按下，并且在开机
后有一次按下暂停/播放键；开机后是否按下暂停/播放键，每一个判断结果若为是，则进行按键处理，再继续进行下一判断，若否，则直接继续下一判断，最后一个判断结果返回到第一个判断框条件；从而构成整个软件系统[11]。

图10 主程序流程
4.2 软件程序的编译
首先将设计所要求的C程序写入keil C中进行编译，图11为最终编译通过时软件所显示的界面。

图11 keil编译成功界面
4.3 软件程序的仿真
C程序在编译通过后，开始进行软件部分音乐播放程序的调试。

这里选用了Preteus7.8版本的软件进行仿真[12]，得到了如图12所示的仿真电路图。

图12 仿真电路图
5 结果与讨论
首先对焊接好的电路板进行按键功能测试，图13为调试结果，接通电源后指示灯正常点亮，再分别对播放/暂停、上一曲、下一曲等按键分别进行操作，都起到了
相应的作用，此功能演示结果正常。

图13 按键功能测试
接下来进行红外遥控调试，这里用实验室的示波器测试单片机的输出端能否正常输出信号，若能则单片机正常工作，接下来对遥控器预设的+/-和暂停键进行对应操作，使得此系统实现了对歌曲的切换和暂停，红外遥控起到相应作用，图14为完成调试后的作品，演示结果表明此功能达到预期目标。

图14 红外遥控功能测试
最后进行系统外接外接功能的调试，我们选用外接移动设备播放音乐这项功能进行
照片演示。

如图15所示，将手机接入整个系统，开通电源，电路板上电源指示灯正常点亮，然后播放手机内存储的音乐，再进行音乐播放/暂停、上一曲、下一曲等功能的测试，结果显示整个系统运行稳定，音乐播放正常，达到设计要求。

图15 外接功能测试
6 结论
随着科技的不断更新，生活的休闲型和便捷性越来越成为更多人的追求。

这里设计的智能数字化音乐盒操作方便，功能多样化，既可以播放存储在单片机内的音乐，也可以播放外接设备中的音乐；既可以按键操作也可以红外遥控器操作，符合当今时代的市场需求。

每天早上的起床铃，校园里的铃声，公路广场的计时装置慢慢的都由以前枯燥刺耳的铃音转变成了好听的音乐[13]。

因此，智能数字音乐盒的设计在为大家在平时带来方便的同时，也为当今快节奏的生活增添了不少乐趣，有很广泛的应用前景。

参考文献:
【相关文献】
[1] 田媛. 单片机音乐播放器功能多样性的研究[J]. 金华职业技术学院学报, 2013, 13(3):65-69.
[2] 李建忠. 单片机原理及应用[M]. 西安：西安电子科技大学出版社, 2008.
[3] 黄智伟. 凌阳单片机课程设计指导[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2006.
[4] 常乐. 浅析仿真单片机的外围设备[J]. 烟台职业技术学院学报, 2013(2):71-73.
[5] 刘凤格等. MCS-51单片机的时钟电路[J]. 菏泽学院学报, 2003(2):87-89.
[6] Atmed Corporation. Microcontroller Data Book[Z].1999.
[7] 张迎辉. 单片微型计算机键盘接口设计[J]. 信息技术, 2004(7):68-69.
[8] 马松平. 谈谈音乐教学中怎样记录音的高低长短[J]. 教育教学研究, 2011(41):34-36.
[9] 罗卫星. 单片机音乐播放器设计[J]. 科学之友, 2010, 11(4):137-138.
[10] 汲项枫. 基于嵌入式系统的便携式评价终端设计与开发[D]. 青岛：中国石油大学(华东), 2012.
[11] 梁丽洁. 基于单片机的简单数字采系统的设计[J]. 河北理工大学学报, 2007, 1(8):156-168.
[12] 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):47-49.
[13] 张新彩. 基于内容的音乐检索技术研究与实现[D]. 西安：西北大学, 2009.。