基于单片机的简易音乐播放器的设计Word下载.docx
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本设计是一个基于AT89C52系列单片机的音乐播放器,依据单片机技术原理,通过硬件电路设计以及软件编译,设计出一个多功能音乐播放器。
该音乐播放器主要由按键电路、晶振电路、复位电路以及扬声器组成。
最后利用proteus对音乐播放器进行仿真调试。
1.2原理说明
当按键按下时,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。
其中:
1)硬件电路中用P2.0-P2.3控制4个按键,K1-K3分别控制三首音乐,K4为停止键;
2)P1.0-P1.3为LED显示,四个发光二极管分别对应四个按键,显示所播放歌曲;
3)用P3.7口控制蜂鸣器;
4)电路为12MHz晶振频率工作,起振电路中C1,C2均为22pf。
二、硬件电路设计
2.1系统方案设计
硬件方框图如图2-1所示。
主要由单片机核心芯片AT89C52,LED发光二极管,蜂鸣器,晶振电路,复位电路组成,由引脚输出定时器产生的各种固定频率的方波信号,然后由蜂鸣器产生各种频率的声音。
由于该方案中使用内部振荡电路,XTAL1、XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容构成晶振电路。
图2-1设计方框图
2.2模块电路的设计
2.2.1AT89C52型单片机的介绍
AT89C52是美国Atmel公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机,其管脚图如图2-2所示。
片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和256B的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。
图2-2AT89C52引脚图
主要性能参数如下:
1)与MCS-51产品指令和引脚完全兼容;
2)8K字节可重擦写Flash闪速存储器;
3)1000次擦写周期;
4)全静态操作:
0HZ-24HZ;
5)三级加密程序存储器;
6)256*8字节内部RAM;
7)32个可编程I/O口线;
8)3个16位定时/计数器;
9)8个中断源;
10)可编程串行UART通道;
11)低功耗空间和掉电模式。
各引脚功能如下:
1.时钟引脚
XTAL1:
接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部,它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。
当采用外部振荡器时,该引脚接收振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发声器的输入端。
XTAL2:
接外部晶体的另一个引脚。
在单片机内部,它是构成内部振荡器的反相放大器的输出端。
当采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接。
注意:
如果采用片内的振荡电路,要在单片机的引脚XTAL1和XTAL2之间连接一个石英晶体或陶瓷谐振器,并接两个电容到地。
2.控制线或其他电源的复位引脚
RST:
复位输入端。
ALE/
:
当访问外部寄存器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
外部程序存储器的选通信号。
在有外部程序存储器取指令期间,每个机器周期两次
有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的
信号将不出现。
/Vpp:
当
保持低电平时,则在此期间访问外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意要加密方式1时,
将内部锁定为RESET;
断保持高电平时,此间访问内部程序存储器。
在Flash编程期间,此管脚也用于施加12V编程电源(Vpp)。
3.输入/输出引脚
P0口:
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,每脚可吸收8个TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写“1”时,被定义为高阻输入。
P0口能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在Flash编程时,P0口作为原码输入口,当Flash进行校验时,P0口输出原码,此时,P0口外部必须被拉高。
P1口:
P1口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O,P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。
P1口管脚写入“1”后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在Flash编程和校验时,P1口为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高。
且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉底,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部8位地址数据校验时,P2口输出其特殊功能起存器的内容。
P2口在Flash编程和校验时,接收高8位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为一些特殊功能口,如表2-1所示。
表2-1P3口特殊功能
口
管脚
备选功能
P3.0
RXD
串行输入口
P3.1
TXD
串行输出口
P3.2
外部中断0
P3.3
外部中断1
P3.4
T0
计时器0外部输入
P3.5
T1
计时器1外部输入
P3.6
外部数据存储器写选通
P3.7
外部数据存储器读选通
2.2.2单片机最小系统的设计
单片机的最小系统设计包括:
时钟电路、复位电路,如图2-3所示。
在内部方式时钟电路中,必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路,通常C1和C2一般取30pF,晶振的频率取值在1.2MHz~12MHz之间。
复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
其中,电容的大小是10uF,电阻的大小是10k。
图2-3单片机最小系统
2.2.3蜂鸣器电路设计
蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的,因此需要一定的电流才能驱动它,单片机IO引脚输出的电流较小,单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器,因此需要增加一个功率放大的电路。
由单片机P3.7接口外接一个1K电阻和两个NPN型三极管来驱动蜂鸣器。
其主要任务是输出大信号和大功率,对音频信号有效不失真的进行放大以推动扬声器发出声音,原理图如图2-4所示。
图2-4蜂鸣器电路
2.2.4按键电路设计
采用4个按钮来实现选择歌曲播放,由P2.0-P2.3控制,外接四个10K的上拉电阻,并通过三个与门接P3.2实现外部中断。
原理图如图2-5所示。
图2-5按键电路
2.2.5LED显示电路设计
四个发光二极管分别由P1.0-P1.3控制,播放第一首歌时D1亮,第二、第三首歌时D2、D3亮,停止时D4亮,其中电阻为220Ω。
原理图如图2-6所示。
图2-6LED显示电路
三、软件设计
3.1系统主模块流程图
主模块是系统软件的主框架。
结构化程序设计一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式,“自上而下”法的核心就是主框架的构建。
它的合理与否关系到程序最终的功能的多少和性能的好坏。
本系统的主模块程序框图如图3-1所示。
开始系统初始化,判断是否有键按下,当K1键按下时,播放第一首歌,K4键按下停止播放,并返回到系统初始化,再判断是否有键按下。
K2、K3键也分别控制两首歌的播放。
图3-1系统主模块流程图
3.2音乐产生原理
单片机发音原理:
单片机演奏音乐基本是单音频率,它不包含相应幅度的谐波频率,也就是说不能象电子琴那样能奏出多种音色的声音,但一定要弄清楚两个概念即可,也就是“音调”和“节拍”。
音调:
表示一个音符唱多高的频率。
节拍:
表示一个音符唱多长的时间。
3.2.1音调
在音乐中所谓“音调”,其实就是我们常说的“音高”。
在音乐中常把中央C上方的A音定为标准音高,其频率f=440Hz,其余与其比较。
f1和f2为两个音符,当这两个音符的频率相差一倍时,也即f2=2×
f1时,则称f2比f1高一个倍频程。
在音乐中1与
,2与
,正好相差一个倍频程,在音乐学中称它相差一个八度音。
在一个八度音内,有12个半音。
以1—i八音区为例,12个半音是:
1—#1、#1—2、2—#2、#2—3、3—4、4—#4,#4—5、5一#5、#5—6、6—#6、#6—7、7—i。
这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。
如果我们只要知道了这十二个音符的音高,也就是其基本音调的频率,我们就可根据倍频程的关系得到其他音符基本音调的频率。
确定一个频率所对应的定时器的定时初值的方法:
以标准音高A为例:
标准音高A的频率f=440Hz,其对应的周期为:
T=1/f=1/440=2272μs。
因此,需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272μs的方波脉冲,如图3-2所示。
图3-2方波脉冲
由上图可知,单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反的时间应为:
t=T/2=2272/2=1136μs
这个时间t也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。
一般情况下,单片机奏乐时,其定时器为工作方式1,它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。
设振荡器频率为f0,则定时器的予置初值由下式来确定:
t=12*(TALL–THL)/f0
式中TALL=216=65536,THL为定时器待确定的计数初值。
因此定时器的高低计数器的初值为:
TH=THL/256=(TALL–t*f0/12)/256
TL=THL%256=(TALL–t*f0/12)%256
将t=1136μs代入上面两式(注意:
计算时应将时间和频率的单位换算一致),即可求出标准音高A在单片机晶振频率f0=12Mhz,定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的予置初值为:
TH440Hz=(65536–1136*12/12)/256=FBH
TL440Hz=(65536–1136*12/12)%256=90H
根据上面的求解方法,我们就可求出其他音调相应的计数器的予置初值。
3.2.2节拍
音符的节拍我们可以举例来说明。
在一张乐谱中,我们经常会看到这样的表达式,如1=C
、1=G
……等等,这里1=C,1=G表示乐谱的曲调,和我们前面所谈的音调有很大的关联,
、
就是用来表示节拍的。
以
为例加以说明,它表示乐谱中以四分音符为节拍,每一小结有三拍。
如图3-
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