基于51单片机的音乐盒的设计与实现

航空航天大学

课程设计报告

课程设计名称：单片机系统综合课程设计

课程设计题目：基于51单片机的音乐盒的设计与实现

目录

第1章总体设计方案 (1)

1.1设计原理 (1)

1.2设计思路 (1)

1.3实验环境 (1)

第2章详细设计方案 (2)

2.1硬件电路设计 (2)

2.2主程序设计 (5)

2.3功能模块的设计与实现 (5)

第3章结果测试及分析 (9)

3.1结果测试 (9)

3.2结果分析 (9)

参考文献 (10)

附录1：元件清单 (11)

附录2:总电路图 (12)

附录3：程序代码 (13)

第1章总体设计方案

1.1设计原理

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。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。

1.2 设计思路

采用汇编语言程序设计的方法结合硬件电路设计方法，利用Lab6000实验箱上已有芯片来实现音乐盒的各项功能。

1)提出方案

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。

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。同时在LCD显示歌曲序号和歌曲名称。

2) 总体方案实现

(1)要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期(1/音频)，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口反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。

(2)利用8051的部定时器使其工作在计数器模式MODE1下,改变记数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。例如频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒,因此只要令计数器定时956/1=956在每记数9次时将I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。

1.3 实验环境

硬件环境：Lab6000实验箱，PC机。

软件环境：Wave应用软件。

第2章详细设计方案

2.1 硬件电路设计

硬件电路的设计需要借助Protel软件来实现。基于单片机音乐盒的硬件电路设计是由8751单片机芯片、晶振电路、键控电路、播音电路和显示电路几部分组成，总体框架图如图2.1所示。

图2.1 硬件电路连线图

1）单片机电路的设计

图2.2是8751单片机图，8751单片机是把那些作为控制应用所必需的基本容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上，除模拟比较器外其部结构与8051部结构基本一致。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中

控制方式。在8751单片机中存在中断源，其中有两个外部中断源、两个部中断源和一个串行中断源。通过TXAL1 与TXAL2输入时钟信号，通过p0.0~p0.7输出控制现实控制信号的显示，通过P1.0输出控制蜂鸣器发声，有INT0，INT1，T1分别作为上一曲、下一曲和开始暂停的控制输入。

图2.2 8751单片机

2）键控电路的设计

如图2.3控制电路所示，下一曲按键与单片机的INT1相连、上一曲按键与INT0相连、开始/暂停键与T1相连。当电键按下时接口接低电平，从而实现对音乐播放器的控制。下一曲按键接通实现下一曲更换，上一曲按键接通实现上一曲更换，开始/暂停按键接通实现开始/暂停操作。

图2.3 键控电路

3）显示电路的设计

如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称之为共阴极结构，则数码管显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光；使用时管子的上下端正中间的两个或者一个（部公共端已经接在一起）接线端接低电平，其它的每段显示如图2.4所示。本次课设通过单片机的P0.0-P0.7分别与数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp间接连接，从而显示播放音乐的序号。

图2.4 数码管

4）晶振电路的设计

如图2.5所示，晶振电路由两个22pF的电容和一个6Mhz的晶体振荡器组成。图中第一条输入线与8751单片机的X1相连接，图中第二条输入线与单片机的X2相连接。晶振电路为单片机提供时间信号，为音乐的播放节拍控制提供基本时间单位。

图2.5 晶振电路

5）播音电路的设计

如图2.6播音电路所示，播音电路是由数字扬声器连接p1.0接口实现音乐的

输出。如果通过p1.0直接接通扬声器，肯定不会发出音乐，这里还需要通过一个三极管将电流放大，然后通过单片机调用相应程序，并将音乐信号由p1.0口输出，驱动扬声器发出美妙的音乐。

图2.6 播音电路

2.2 主程序设计

主程序实现对单片机进行初始化后，进入曲目识别子程序，进行歌曲曲目判断。确定歌曲曲目后，数码管再进行显示。然后，子程序对是否播放进行循环判断，得到播放中断的指令后再进行播放。

执行播放后，关闭数码管显示并调用查表子程序进行播放音乐。在播放音乐的过程中，查表子程序循环判断音乐是否结束。当音乐结束时，程序跳转回曲目识别子程序。

主程序流程图如图2.7所示。