基于单片机STC89C52的数字音乐盒设计.doc

基于单片机STC89C52的数字音乐盒设计

一、引言

1.1设计的目的

通过课程设计，让学生熟悉单片机微机应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤。对学生进行基本技能训练，例如：组成系统、编程、调试、查阅资料、焊接电路板等。使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

1.2 设计的基本要求

（1）利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏不同的乐曲（至少3首歌曲）；

（2）采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号；

（3）可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一首，下一首；

扩展功能：利用一个循环跟每一个音调同步，每改变一个音调就变换一下彩灯，从而实现音乐控制彩灯的功能。

二、总体设计

2.1基本工作原理

1、播放音乐的原理

发音原理：播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。另外，音符的频率有所不同。基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。

音符的发音主要靠不同的音频脉冲。利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，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，利用定时器计时这个半周期时间，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、音符频率的产生 音符及定时器的初值：

例如：中音1（DO ）的音频=523HZ,周期T=1/523s=1912s μ 定时器/计数器0的定时时间为：T/2=1912/2s μ=956s μ

定时器956s μ的计数值=定时时间/机器周期=956s μ/1s μ=956(时钟频率=12MHZ)

计算得到定时器0的初值为65536-956=64580，将初值装入T0的寄存器里，启动T0后，每计数956次后就溢出中断，进入中断服务程序后，只要将I/O 口的输出值取反，就可以得到中音1（DO ）的音符音频。只要改变计数初值，就能得到不同频率的音符。表（1）是C 调各音符频率与计数初值的对照表：

表（1）

音符、音符编码及定时器初始值：

为了产生音符必须求出低音到高音的计数初值，而为了便于写谱，必须进行简单的编码，在编程时，根据音符编码查找对应的计数初值，比如说音乐是C调的，低音5（SO）直接写为编码1，低音6（LA）直接写为编码2。表（2）是音符编码表：

3、节拍频率的产生

音乐中的节拍是利用延时产生的。例如：1拍=0.4s，1/4拍=0.1s。如此类推，可得到其他节拍的时间。为了便于写谱，也将节拍进行编码。表（3）是节拍数编码表，表（4）是乐谱节拍编程时间延时表：

在音符编码和节拍编码完成后，编程时，每个音符占一个字节，高4位是音符编码，低4位是节拍编码。

2.2硬件总体设计

本设计是由五部分电路组成的，分别是时钟复位电路、单片机系统、按键电路、显示电路和音频输出电路。硬件的总体框图如图（1）所示：

图（1）

根据系统框图，使用Proteus软件绘制总原理图，总原理图如图（2）所示：

图（2）

原理说明：

（1）当键盘有键按下时，判断键值，启动定时器0，产生一定的频率，驱动蜂鸣器，播放歌曲，启动定时器1，显示歌曲序号；

（2）用P0口控制七段数码管，P1口控制彩灯变化，P2.0控制喇叭，输出音频信号；

（3）电路采用12MHz的晶振工作，起振电路中C1和C2为22pF的电容。2.3软件总体设计

本设计采用Keil软件进行编写程序并进行编译，采用Proteus软件进行仿真调试。

在编写程序之前，首先应该画出该程序的流程图，这样编程起来会比较简单一点，不会那么复杂。音乐盒设计的总程序流程图如图（3）所示：

图（3）

按照主程序的流程图用Keil软件编写系统的主程序。程序清单如附录所示。

三、硬件设计

3.1单片机芯片的引脚及部分功能

本设计采用的单片机型号是STC89C52，其引脚图如图（4）所示：

图（4）

跟51单片机一样STC89C52单片机也是8位的单片机，有32个准双向的I/O 口，存储单元也分为了2种，程序存储器和数据存储器，其中数据存储器是256KB的，可以扩展到64KB，而程序存储器是4KB的，也可以扩展到64KB。STC89C52单片机的中断系统里有5个中断请求源，4个用于中断控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON，用来控制中断的类型、中断的开/关和各种中断源的优先级别，而引脚31,当接低电平时，单片机直接访问外部程序存储器，接高电平时，单片机访问片内程序存储器，当程序计数器PC的值超过4KB时，单片机也自动访问片外程序存储器。引脚9是单片机的复位端，当接高电平时，单片机就会复位，而单片机32个I/O口中，P3口具有第二功能，可以实现串行和并行通信的数据接收和发送，也可以控制单片机的中断类型。

3.2 各个模块的硬件电路设计

1、时钟复位电路

时钟电路是由12MHz的晶振和2个22pF的电容组成，给单片机系统提供外部时钟信号源，以保证单片机内部定时器的正常工作。而复位电路采用上电复

位的接法，由一个10k的电阻和10uF的电容组成，在加电的瞬间电容通过充电，使RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。时钟复位电路如图（5）所示：

图（5）

2、按键输入电路

本设计采用三个按键来控制音乐的播放，其中按键S1是控制音乐盒播放下一首歌曲，按键S2是控制音乐盒播放上一首歌曲，而按键S3则是控制音乐播放和暂停，按键电路的接法如图（6）所示：

图（6）