基于单片机的数字音乐盒设计_单片机课程设计

湖南铁路科技职业技术学院单片机课程设计说明书

湖南铁路科技职业技术学院

单片机课程设计

题目：基于单片机的数字音乐盒设计专业：机电一体化

系部：机械工程系

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基于单片机的数字音乐盒设计

任务书

一、任务

设计一款基于AT89C51单片机的数字音乐盒。

二、设计要求

（1）利用单片机的I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。

（2）共有10首音乐，每首乐曲都由相应的按键控制，并有开关键、暂停键、上一曲及下一曲控制键；

（3）利用LCD液晶显示歌曲的序号、播放时间，开机时显示英文欢迎提示字符。

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目录

任务书 (1)

目录 (2)

1 概述 (5)

1.1单片机数字音乐盒有关介绍 (5)

1.2LED显示屏控制技术状况 (9)

1.3本设计任务 (10)

2总体方案论证与设计 (12)

2.1单片机的选取 (12)

2.2LED显示方式 (13)

2.3LED驱动模块 (13)

2.4系统总体结构框图 (14)

3 系统硬件设计 (15)

3.1AT89C51芯片功能和硬件连接 (15)

3.2LED显示器 (18)

3.3键盘 (19)

3.4系统复位电路的设计 (20)

3.5时钟电路模块 (20)

3.6输出显示电路 (21)

3.7音频输出部分 (21)

3.8整体硬件电路 (23)

4系统软件设计 (25)

4.1主模块的设计 (25)

4.2外部中断源系统设计 (26)

4.3基本显示模块设计 (27)

4.4系统初始化程序 (28)

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4.5音调、节拍以及编码的确定方法 (28)

4.6程序流程图 (33)

4.7文档顶端程序清单 (35)

5 调试结果 (46)

5.1系统总电路图 (46)

5.2运行结果及分析 (46)

总结 (48)

参考文献 (49)

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1 概述

传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，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，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。所放歌曲的节奏可以根据需要进行设置，根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，增设放歌时间、序号显示灯功能，使音乐盒的功能更加丰富。

1.1单片机数字音乐盒有关介绍

电子音乐已广泛地应用于社会生活的各个领域。其类型从音乐卡片到CD、MP3 等多种多样，制作原理也各不相同。声音是通过振动产生的。单片机对某一I/O引脚以一定的频率循环置1和清0，这一引脚便产生一定频率的方波，该方波通过放大后作用于扬声器便产生一定频率的声音。若改变输出方波的频率，产生的声音也就改变了。通过控制输出方波的时间长短,声音的长短也就得到控制。因此，根据乐谱，单片机就可产生电子音乐。音乐中最关键的两个要素是音符和节拍。单片机控制的音乐发生器系统由硬件电路和软件两部分构成。利用单片机控制的电子音乐发生器软硬件上具有独特的优点，系统的开发周期短，成本低，电路制作容易。更换歌曲时，硬件电路无需作任何修改，只需修改软件即可实现。软件编程时，可用51系列单片机的汇编语言或C51语言实现。同时还可根据个人的习好通过软件改变节拍的延时时间，增加电子音乐的趣味性。

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1.1.1发音原理介绍

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，然后控制P3.7引脚的输出音乐。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。

1.1.2 音符频率的产生

音符及定时器初始值：

μ

例如：中音1（do）的音频=523HZ,周期T=1/523s=1912s

定时器/计数器0的定时时间为：T/2=1912/2sμ=956sμ

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

装入T0计数器初值为65536-956=64580

将64580装入T0寄存器中，启动T0工作后，每计数956次时将产生溢出中断，进入中断服务时，每次对P3.0引脚的输出值进行取反，就可得到中音DO（523HZ）的音符音频。将51单片机内部定时器工作在计数器模式1下，改变计数初值TH0,TL0以产生不同的频率。下表1.1是C调各音符频率与计数初值T的对照表：