东北石油大学 单片机课程设计

东北石油大学

课程设计

2016年7月9日

第1章概述

1.1引言

本设计是以AT89C51芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。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，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。

本文设计的音乐盒，是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，可根据需要扩展其显示、选歌功能，使用方便。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，使音乐盒的功能更加丰富。

1.2设计意义

音乐播放器的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的钟塔报时，而将大小的钟表装上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。音乐播放器有着300多年的发展历史，是人类文明发展的历史见证。

传统的音乐播放器多是机械音乐盒，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。

本文设计的音乐播放器，是基于单片机设计制作的电子式音乐播放器。与传统的机械式音乐播放器相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐播放器动力来源是电池，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播放器，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。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，

使音乐播放器的功能更加丰富。

1.3设计内容

主要工作过程是通过按下功能键实现上一首和下一首及暂停播放，同时有数码管显示当前播放歌曲的序号，蜂鸣器播放出音乐，当播放最后一首夜曲时还伴有彩灯闪烁。功能键盘采用按键开关，通过单片机P1口控制，按键控制歌曲的顺序播放，循环播放，随机播放，以及上一曲，下一曲，暂停/播放，结束。蜂鸣器由单片机的P3.7口控制，实现歌曲播放。LCD播放当前歌曲时，LCD显示屏上显示当前歌曲的序号和歌曲名，并提示下一曲即将要播放的歌曲。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，从而演乐曲(内存四首乐曲)。

1.4设计方案

设计一个基于AT89C51系列单片机的音乐播放器，利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣器发出某个音调，与之相对应的LED亮起。使用五个按键，分别是设置、上一曲、下一曲、暂停/播放和结束五个按键。

第2章系统的总体设计

2.1音乐播放器的工作原理

通过单片机的定时器产生一定长度的方波，方波脉冲驱动蜂鸣器发声。要产生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时间定时。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口反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。如中音D0，频率为523HZ，其周期T=1/523=1912微秒，因此只要令计数器定时1912/2=956，在每计数956次时将I/O口反相，就可得到中音D0(523HZ)。

当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动数码显示部分，在LED显示歌曲号，也可使彩灯长亮和闪烁。数码管采用共阳极数码管，通过单片机P2口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过单片机P3口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；蜂鸣器由单片机的P3.7口控制，实现歌曲播放；彩灯是由普通发光二极管代替，能实现单色长亮和闪烁效果，通过单片机的P0口控制。

2.2总体设计框图

单片机接+5V电源供电，晶振电路产生单片机所需时钟信号，通过功能键产生外部中断，控制音乐盒的上一首和下一首曲目，再由I/O接口输出控制蜂鸣器发声，LED显示，彩灯亮或闪烁。另外，复位电路在于营造一个程序运行的初始状态，在程序出错时，重新启动单片机工作。

图2-1总体设计框图

编程设置好定时时间，通过编程器写入AT89C51单片机系统。由AT89C51单片机的定时器每秒钟通过P2.0-P2.7口控制LED数码显示，复位信号由按钮输入，每按下一次，系统恢复原设定状态。总体设计框图如图2-1所示。

第3章硬件电路设计

3.1晶振复位电路

3.1.1晶振电路

在AT89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶振，就改成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。

如图3-1所示，单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间，接一个晶振及两只电容就构成了时钟电路。

图3-1晶振复位电路

电路中的器件可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路参数。电路中，电容器C1和C2对晶振器频率有微调作用，通常取值范围30+10pF；石英晶体选择12MHZ都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响计算器的计数初值。

3.1.2复位电路

图3-2 复位电路

51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声。

单片机需要复位以后才能正常工作，复位的目的就是使单片机处于一个基准点，在这个基准点，程序将会从C51的main（）主函数的第一条语句开始执行。复位工作是一个纯硬件的工作，一般是在上电开始几毫秒内执行完毕。

复位的过程很简单，在电源刚刚合上时，电流经过电阻对电解电容器充电，这样在电阻上就形成一个电压，对于单片机来说，这个电压就是复位电压。经过若干毫秒以后，电解电容器被充满电，这时电阻就没有电流流过，电阻两端也就没有电压，单片机的复位脚电压恢复为0，复位工作结束，单片机开始工作。

上电复位：上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC 对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。