课程设计-基于单片机的音乐盒的设计.doc
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《单片机原理及应用》课程设计说明书
设计题目:
基于AT89C52单片机的音乐盒的设计
学院:
专业班级:
设计者:
学号:
指导老师:
目录
摘要…………………………………………………………………4
第1章概述……………………………………………………………5
第2章音乐盒的发音原理……………………………………………6
2.1播放音乐的原理……………………………………………6
2.2音符频率的产生……………………………………………6
2.3节拍频率的产生……………………………………………8
第3章硬件电路设计…………………………………………………9
3.1硬件电路……………………………………………………9
3.2整体硬件电路………………………………………………10
3.3原理说明…………………………………………………10
3.4键盘按键…………………………………………………10
第4章软件设计………………………………………………………11
4.1程序设计流程………………………………………………11
4.2设计源程序代码……………………………………………12
第5章仿真及调试……………………………………………………16
5.1调试………………………………………………………16
5.2仿真………………………………………………………16
5.3程序调试中出现的问题及解决的办法………………………17
第6章设计小结………………………………………………………18
附录元件清单…………………………………………………19
基于AT89C52单片机的音乐盒的设计
【摘要】:
随着人类社会的发展,人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。
小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆,提高人们的精神文化享受。
传统的音乐盒多是机械型的,体积笨重,发音单调,不能实现批量生产。
本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒,体积小,重量轻,能演奏和旋音乐,功能多,使用方便,可以批量生产,具有一定的商业价值。
【关键词】:
音乐盒;单片机
第1章概述
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。
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,如图1-1所示。
图1-1单片机音乐盒功能框图
第2章音乐盒的发音原理
2.1播放音乐的原理
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。
2.2音符频率的产生
音符及定时器初始值:
例如:
中音1(do)的音频=523HZ,周期T=1/523s=1912
定时器/计数器0的定时时间为:
T/2=1912/2=956
定时器956的计数值=定时时间/机器周期=956/1=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2-1是C调各音符频率与计数初值T的对照表:
表2-1C调各音符频率与计数初值T的对照表
音符
频率(Hz)/初值()
音符
频率(Hz)/初值()
低1DO
262/63627
中1DO
523/64580
高1DO
1042/65056
低2RE
294/63835
中2RE
589/64687
高2RE
1245/65134
低3M
330/64021
中3M
661/64780
高3M
1318/65157
低4FA
350/64107
中4FA
700/64822
高4FA
1397/65178
低5SO
393/64264
中5SO
786/64900
高5SO
1568/65217
低6LA
441/64402
中6LA
882/64969
高6LA
1760/65252
低7SI
495/64526
中7SI
990/65031
高7SI
1967/65282
音符、音符编码及定时器初始值:
为了产生音符,必须求出音符低音5—高音5的计数初值。
例如C调的低1DO的THTL=65536-50000/262=63627,中音DO的THTL=65536-500000/523=64580,高音DO的THTL=65536-500000/1042=65056。
为了方便写谱,对其进行简单的编码,在编程时,根据音符编码查找对应的计数初值。
比如说音乐是C调的,那么出现低音的5SO,直接将代码写为1;出现低音6LA,直接写一个2的代码;出现低音7SI,直接写一个3代码。
表2-2音符编码表
音符
音符编码
音符
音符编码
不发音
0
低5SO
1
低6LA
2
低7SI
3
中1DO
4
中2RE
5
中3M
6
中4FA
7
中5SO
8
中6LA
9
中7SI
A
高1DO
B
高2RE
C
高3M
D
高4FA
E
高5SO
F
高6LA
G
2.3节拍频率的产生
节拍的产生与编码:
音乐中的节拍用延时时间产生。
例如,1拍=0.4s,1/4拍=0.1s,以此类推。
假设1/4拍执行一次延时程序,则1/2拍就执行两次延时程序,所以只要求出1/4拍的延时时间,其余节拍就是它的倍数。
为了方便,将节拍数也进行了编码,并且计算了乐谱节拍编程时的延时时间,如表2-3和表2-4所示。
表2-3节拍数编码表
按1/4拍为一个延时时间的节拍编码与节拍对应的表
按1/8拍为一个延时时间的节拍编码与节拍对应的表
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
节拍编码
节拍
1
1/4
6
6/4
1
1/8
6
6/8
2
2/4
8
8/4
2
2/8
8
8/8
3
3/4
A
10/4
3
3/8
A
10/8
4
4/4
C
12/4
4
4/8
C
12/8
5
5/4
F
15/4
5
5/8
表2-4乐谱节拍编程时的时间延时表
乐谱节拍
1/4拍的延时时间
乐谱节拍
1/8拍的延时时间
4/4
125ms
4/4
62ms
3/4
187ms
3/4
94ms
2/4
250ms
2/4
125ms
音符编码和节拍编码完成后,在编程时,每个音符占一个字节,高四位是音符编码,低四位是节拍编码。
第3章硬件电路设计
3.1硬件电路
设计中用到了AT89C52单片机,3*3键盘,蜂鸣器等硬件电路常用元器件。
3.1.1时钟复位电路
时钟电路由单片机XTAL1、XTAL2引脚外接晶振(12MHz)及起振电容C1、C2(均为30pf)组成。
如图3-1所示:
图3-1时钟复位电路
3.1.2按键输入电路
按键输入电路由3*3矩阵键盘组成,P3口作为输入控制按键,其中P3.4~P3.6扫描行,P3.0~P1.2扫描列。
图3-2按键输入电路
3.2整体硬件电路
如图3-3所示:
图3-3音乐盒硬件电路原理图
3.3原理说明:
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。
(1) 硬件电路中用P3口控制按键,其中P3.0~P3.2扫描列,P3.4~P1.6扫描行;
(2) 用P1.0口控制蜂鸣器;
(3) 电路为12MHz晶振频率工作,起振电路中C1,C2均为30pf。
3.4键盘按键
键盘按键分布如下:
按键功能说明:
1—5
五首歌曲
6
上一首歌曲
7
关机
8
暂停
9
下一首歌曲
1
2
3
4
5
6
7
8
9
第4章软件设计
本程序可以实现该课程设计的基本要求,并可以通过按键播放达10首歌曲。
4.1程序设计流程
程序设计流程图如图4-1所示:
主程序开始
初始化计数器T0,计时器T1
等待按键,是否有按键?
包括播放键,暂停键,停止键
依据按键码演奏对应的歌曲
N
Y
图4-1程序设计流程图
4.2设计源程序代码
24
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG000BH
;定时器T0溢出中断入口地址
LJMPTT0
ORG001BH
;定时器T1溢出中断入口地址
LJMPT1INT
ORG1000H
MAIN:
MOVSP,#70H
LCALLINITIL;内存初始化
WAIT:
LCALLKEY
LJMPWAIT
KEY:
;键盘扫描
NOP
NOP
LCALLKS
JNZK1 ;有按键转到K1
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