基于89C51的数字音乐盒设计方案

基于89C51的数字音乐盒

设计方案

1 概述

本音乐盒的设计是以AT89C52芯片的电路为基础，外部以蜂鸣器作为发音器件，共同组成了音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机部的定时器使单片机I/O口发出相应频率的脉冲来驱动蜂鸣器发出某个音调，与之相对应的LED亮起，从而演奏出优美动听的音乐。利用按键切换演奏出不同的乐曲，并可以在LCD上显示当前曲目序号和时间。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址和I/O管脚即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为单片机DIY制作者和音乐爱好者具有一定的借鉴作用。

2 系统总体方案设计

2.1硬件组成

按照数字是音乐盒对控制系统的技术要求，控制系统的硬件应包括以下几部分：

（1）控制器。作为控制系统的核心，可以采用主流的51单片机，MSP430，或处理性能更为优越的ARM来合理控制各个器件有条不紊的运行。

（2）乐曲选择器。可以采用按键或者触摸屏来切换相应的曲目。

（3）音频输出器件。做为音乐盒的发声设备，可以用蜂鸣器通过它可以将音乐代码转变为音频信号发出来。

（4）人机交互界面。可以运用LED或LCD在歌曲播放过程中用来对歌曲信息进行监控显示，反馈给使用者相应的信息。

硬件方框图

图2-1-1

2.2.方案论证。

本次设计以低成本,灵活方便为原则，所以控制器选用主流的51系列单片机，考虑到51部储存空间的限制，故选用容量为51两倍的AT89C52单片机作为总控制器，共有以下两套方案可供选择：

方案一：以AT89C52单片机作为总控制器，以机械键盘作为乐曲选择器，以蜂鸣器作为音频输出设备，以LCD1602液晶作为人机交互界面。

方案二：以AT89C52单片机作为总控制器，以机械键盘作为乐曲选择器，以蜂鸣器作为音频输出设备，以LED数码管作为人机交互界面。

由于数码管显示容的单一，操作较为繁琐且难以满足大众对主流时尚的需要，所以选用较为流行的显示效果良好的1620液晶作为人机交互界面，最终确定方案一作为制作方案。

总体方案图：

图2-2-1

2.3音乐盒的功能图用框图表示

音乐盒的功能结构如图2.2所示。Start_pause键负责开始播放和暂停歌曲，播放歌曲共3首，分别是和两只老虎和铃儿响叮当。Up键负责切换上一首曲目，down键用来切换下一首曲目。

图2-3-1

3硬件电路设计

3.1单片机电路

微控制器采用AT89C52。AT89C52是美国ATMEL 公司生产的与MCS-51系列单片机完全兼容的高性能CMOS 8位单片机，MCS-51系列单片机以其推出时间早、配套资源丰富、开发手段完善、性价比高等特点而得到了广泛的应用，是单片机的主流品种。

AT89C52的部资源主要包括：

·与MCS--51 系列完全兼容的高性能8位CPU ； ·8K 字节可重复编程的Flash 存储器； ·256字节的SRAM ；

·4个8位的并行口，共32条I/O 口线； ·3个16位的定时器/计数器；

·6个中断源，2个中断优先级的中断系统； ·一个全双工的串行口； ·部振荡器。

3.2 晶振电路

单片机的正常工作是在时钟的作用下完成的，晶振选用11.0592M 的。

C 3

11.0592M 1

2

图3-2-1

3.3复位电路

复位电路是为了在某些情况下需要单片机恢复到初始运行条件下而设计的，只要给RESET端大约10US的高电平，单片机就可以有效复位。

图3-3-1

3.4键盘

该键盘电路是为了能够更好地对音乐盒进行控制，选择和切换曲目，开始和终止曲目，10K的上拉电阻保证键在没按下时，I/O口输出为高电平，键按下时防止按键杯烧坏。

图3-4-1

3.5蜂鸣器电路

蜂鸣器作为音乐盒的发声设备，当I/O 口数出一个低电平时，蜂鸣器能够发声，PNP 三极管用来放大输出电流，从而来驱动蜂鸣器。

R

图3-5-1

3.6 LCD液晶电路

LCD液晶显示电路用来进行人机交互，对1602的操作通过P0口发送数据来实现。

图3-6-1

3.7电源电路

通过变压器将220V交流变为6V，再通过整流，滤波，稳压电路实现单片机可以使用的电源，其中LM7805使稳压电源。

图3-7-1

4 软件设计

4.1 音调、节拍、及编码的设置

4.1.1音调

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”。每个音调都有它固有的频率。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AT89C52的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。