音乐播放系统设计

音乐播放系统的设计

秦伟龙（安庆师范大学物理与电气工程学院安徽安庆 246011）

指导老师：张朝龙

摘要:在如今这个快速发展时代里，生活节奏的加快让人们长期处于一种工作、学习的压力状态,人们更需要一种简单方式调节生活和排解压力，对于调节心理压力而言音乐对于每一个人都十分重要，由此音乐播放器在国内已经开始普及。本文介绍了一种以STC89C52RC型单片机为基础元件设计的智能音乐播放器。该设计利用单片机编成技术对芯片进行功能设定，实现音乐的播放。同时，利用单片机的定时器中断，在单片机内部产生所需要的音乐频率，并通过LM386音频功率放大器将音频信号放大，再通过扬声器连续播放一段音乐.而且还可以通过调节蓝白电位器控制音乐的音量。本设计还增加了LCD1602液晶屏显示每一首歌曲和歌曲顺序。该系统设计结构简单，音乐声清晰响亮，节拍正常。

关键词：单片机，音乐播放器，LCD1602液晶屏，音频功率放大器。

1 引言：

在当今快节奏的生活下，人们都有着各种各样的工作和学习压力,每天都在忙碌于各种各样的事物当中。在身体和心理上都处于一种疲惫状态。在这种状态下，为了调节这种疲惫，一种简单而又享受的方式就尤为重要了。音乐自古以来都是一种陶冶情操、排解压力的好方式。在身心疲惫的时候听上一曲美妙的音乐，可以让人们的身体放松，大脑得到休息，工作，学习的效率大大增加。而且音乐播放器系统结构设计简单，元器件价格低廉非常容易获得，可以批量生产。因此在国内，音乐播放器已经推广到各个领域，并应用于生活中的各个方面。本文介绍一种以STC89C52RC型单片机为基础元件设计的音乐播放系统。以单片机为基础，具有操作简单，环节较少，实现功能多样等优点。利用单片机编成技术产生一定频率方波信号，经音频电路放大并变换成正弦信号驱动扬声器，实现音乐的播放。而且通过多次测试，音乐声音清晰响亮，节拍正常，无任何杂音。学校的铃声，宿舍里早晨的闹钟，都将会由美妙的音乐代替。公共场所中的计时报警装置也逐渐开始采用音乐来充当铃声。该音乐播放系统不仅方便人们日常生活，而且为目前快节奏的生活增添了乐趣。

2 音乐播放器发音原理

单片机不能演奏出多种音色的声音，更没有相应幅度的谐振频率。单片机音乐播放器所能演奏的都是单音节频率。所以单片机演奏出音乐声音是比较简单的音乐调调。所以只要弄明白“音调”和“节拍”两个基本概念就可以了。不同频率的方波信号在单片机内部的定时器产生后，经音频放大电路驱动扬声器发出不同音调的音乐，发音时间的长短可用延迟来控制。把音乐的乐谱翻译成相应的定时常数后，再经发音设备中演奏出美妙的音乐。音调代表一个音符的频率高度，节拍代表一个音符的时间长短。音阶

表示音调的高低，不同的音阶对应不同的频率。因此，不同频率的方波信号就可以产生音阶，音阶与频率的关系见表1所示。由于周期是频率的倒数，因此方波的周期可由单片机内部的定时器控制。当定时器计数溢出时产生中断。获取与扬声器连接的单片机P1.0口输出的方波信号的周期，取反后得到所需音乐频率，即得到控制音阶的目的。

表1音阶与频率的关系及方式1下定时器的初值

音阶频率（Hz）定时器初值音阶频率（Hz）定时器初值音阶频率（Hz）定时器初值

1 2 3 4 5 6 7 0 131

147

165

175

196

220

247

0F85EH

0F933H

0F9F0H

0FA49H

0FAE6H

0FB74H,

0FBF4H

0100H

1

2

3

4

5

6

7

262

294

330

349

392

440

494

0FC2FH

0FC99H

0FCF8H

0FD22H

0FD73H

0FDBAH

0FDFAH

0100H

1

2

3

4

5

6

7

523

587

659

698

784

880

988

0FE17H

0FE4CH

0FE7CH

0FE91H

0FEB9H

0FEDDH

0FEFDH

0100H

注：0表示简谱中的空拍

获取一个音符的频率后，相应频率的方波信号便可以由单片机产生，从而产生相应的音符声音。再有单片机的定时器进行定时中断，在中断服务程序中，将单片机上完结单片机I/O口来回置高电平或者是低电平的，从而让扬声器发出声音。通过节拍计算出每个音符所需要的时间，采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间，从而构成一首完整的音乐。当晶体振荡频率为12MHz,定时器工作在方式1下时，若各音阶相对应的定时器计数初值为X，则可根据下式计算X：

1/(f×2) =(216 -X) ×12/(12×106) (1) 音调的长短用节拍数表示（例如1/4拍、2/4拍、……），不同节拍数的不同音符的组合形成乐谱。程序中，音的节拍可由延时子程序实现。以标准高音A的频率F=440HZ，其对应的周期为：

T=1/F=1/440=2272us (2) 因此需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272us的方波脉冲，也就是

t=T/2=2272/2=1136us (3) 也就是说，单片机上定时器的中断出发时间为1136us。如果单片机采用定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设外接晶振的振荡器频率为f，则定时器的预置初始值为：