基于单片机的音乐播放器的设计毕业设计.docx
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基于单片机的音乐播放器的设计毕业设计
基于单片机的音乐播放器的设计
【摘要】本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒,依据单片机技术原理,通过硬件电路制作以及软件编译,设计制作出一个多功能多功能音乐盒。
该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。
使用两个按键控制音乐盒,一个用来切换歌曲,另一个用来切换8路LED的变化花样,本音乐盒共有两首歌曲,花样灯花样共计3种。
播放歌曲时,蜂鸣器发出某个音调,与之对应的LED亮起。
本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试,配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试,节约了设计时间。
【关键字】音乐盒;AT89C51单片机;KEIL;PROTEUS;音调
Musicboxdesignbasedonsinglechipmicrocomputer
[Inthispaper]ThisdesignisabasedonAT89C51singlechipmusicboxseries,basedonsinglechipmicrocomputertechnologyprinciple,throughthehardwarecircuitsandsoftwarecompilation,designtoproduceamulti-functionalmulti-purposemusicbox.Thismusicboxismainlycomposedofkeycircuitandresetcircuit,clockcircuitandabuzzer.Usingtwobuttonscontrolthemusicbox,ausedtoswitchsongs,anothertoswitch8LEDthechangeofthepattern,themusicboxofatotaloftwosongs,lampdesignsatotalofthreekindsofdesigns.Playsongs,buzzersendsatone,andthematchingofLEDlightsup.ThisdesignusingtheKEILprogrammingsoftwareformusicboxofsourceprogramofprogramminganddebugging,cooperatewiththePROTEUSsimulationsoftwaretosimulationanddebuggingofhardware,savedesigntime.
[Thekeyword]Musicbox;AT89C51;KEIL;PROTEUS.Thetones.
兰州工业学院
毕业设计(论文)任务书
电子信息工程学院2014届电子信息工程专业
毕业设计(论文)任务书
毕业设计(论文)题目
基于单片机的音乐播放器的设计
课题内容性质
软、硬件开发
课题来源性质
教师收集的结合生产实际的课题
设计/论文
指导老师
职称
工作单位及部门
联系方式
讲师
电子信息工程学院
一、题目说明(目的和意义)
本设计希望通过对常见的电子产品的设计与制作来培养学生的综合运用所学知识,分析和解决实际问题的能力,掌握相关的绘图软件,会运用电子仪器进行电路检测和测试,强化电子技术应用技能训练,为今后开展产品技术开发、设计和制作打下初步基础。
该系统设计涉及到电路技术、单片机原理、Protel电路设计原理、程序设计、单片机程序烧写和焊接电路等知识面,考察了学生对以往学习过的课程的综合应用能力。
二、设计(论文)要求:
【设计内容】
通过音乐演奏控制所要实现的显示与选曲及音乐产生的功能原理,系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。
通过按键控制,系统具有开启、暂停播放当前的曲子的功能;播放前一首、后一首歌曲的功能;控制播放器的播放模式:
顺序播放、随机播放、重复单曲、全部重复等功能。
未播放时二极管会产生流水灯,播放时能随曲调闪烁。
所涉及的音乐播放器可以播放多首音乐,曲目的选择可以由键盘控制,并通过显示器显示歌曲序号。
【设计环境】
软件:
keil软件,AVR_fighter烧写软件,protel199se绘图软件,protues仿真软件。
硬件:
微机,常用电子元件,实验室常用电子检测仪器。
【设计要求】
完成系统总体设计,硬件设计和软件设计等。
完成各种硬件图的绘制及仿真,完成相应流程图的绘制和程序的编写、调试。
论文书写规范、文字通顺、图标清晰、测试数据完整、结论明确。
【设计步骤】
1、熟悉开发环境,总体方案设计;
2、系统硬件设计;
3、系统软件设计;
4、完成毕业设计报告。
三、进度表
日期
内容
2013.12.9~2013.12.15
2013.12.16~
2013.12.22
2013.12.23~
2013.12.29
2013.12.30~2014.1.12
2014.1.13~2014.1.19
熟悉设计任务,查阅相关书籍和文献。
方案论证及可行性分析
功能电路设计
程序设计、实现与调试,系统测试与分析,逐步修改、完善设计
对毕业设计的成果进行归纳、整理、总结并撰写毕业设计报告
完成日期
第21周(本学期)
答辩日期
第1-2周(下学期)
四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量
主要参考文献、资料参考
《微机原理与接口技术》赵又新主编中国电力出版社
《单片机原理及接口技术》胡汉才主编清华大学出版社
《新概念51单片机c语言教程---入门、提高、开发、拓展全攻略》郭天祥编著电子工业出版社
指导教师签字
教研室主任签字
主管系领导签字
2013年10月13日
2013年10月14日
2013年10月14日
注:
本任务书要求一式两份,一份系部留存,一份报教务处实践教学科。
引言
21世纪,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。
单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
随着科学技术的进步和社会的发展,人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。
面对浩如烟海的信息,人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理,但要想将处理完的信息及时,清晰地传递给别人,还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。
单片机技术与液晶显示技术的结合,使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。
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,外观效果多彩,使用方便,并具有一定的商业价值。
第一章概述
本设计是以AT89C51芯片的电路为基础,外部加上蜂鸣器,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。
1.1单片机的发展状况
21世纪,电子技术进入了突飞猛进的发展阶段。
随着集成电子技术的迅速发展,特别是微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃,那么可以毫无夸张的说,单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来一次新的技术命。
目前,单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用,并已进入家庭,从洗衣机、微波炉到音响、汽车,到处都可见到单片机的踪影。
因此,单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一,单片机的发展阶段可分为:
第一阶段(1971~1974年):
1971年11月美国Intel公司首先设计成集为2000只晶体管的4位微处理器Intel4004,并且配有随机存储器ROM和移位寄存器等芯片,构成第一台MCS-4微型计算机。
1972年4月Intel公司又研发成了功能较强的8位微处理器Intel8008,这些微处理器虽说不是单片机,但从此拉开了研发单片机的序幕。
第二阶段(1974~1978年):
初级单片机阶段。
以Intel公司的MCS-48为代表。
这个系列的单片机内集成有8位CPU、并行I\O串口、8位定时器\计数器,寻址范围不大于4K,且无串行口。
第三阶段(1978~1983年):
高性能单片机阶段。
这一阶段单片机普遍带有串口、多级中断处理系统、16位定时器\计数器。
片内ROM、RAM容量加大,寻址范围到了64K,有的还带有A\D转换接口。
比如Intel公司的MCS-51,Motorola公司的6801等。
这类单片机的应用领域已经及其广泛,这类系列的各类产品是目前国内外产品的主流。
其中MCS-51系列产品,由于其优良的性能价格比,特别适合我国的国情,MCS-51系列单片机有可能稳定相当一段时期。
现在国内的MCS-51热正在继续升温,随着我国经济建设步伐的加大,MCS-51系列单片机必将在各个领域大显身手。
第四阶段(1983~):
8位单片机巩固发展到16位单片机推出阶段。
此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机;另一方面不断完善高档8位单片机,改善其结构,以满足不同的用户需要。
MCS-51系列属高档单片机,近年来,Intel公司在提高该系列产品性能方面做了不少工作,相继推出了不少新产品:
(1)8052\8752\8032:
将原来8051\8751\8031单片机进行了扩展,片内数据存储器增至256字节,程序存储器增至8K,定时器\计数器增至3个16位计数器,有6个中断源。
(2)低功耗看的CHMOS工艺芯片80C51\87C51\80C31:
这种芯片允许电源波动范围大,为5V±20%,并有三种功耗控制方式。
(3)具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC.该芯片在片内固化有MCS-BASIC52解释程序,软件开发比较方便。
此外还能实现BCD码的浮点运算以及16进制数和十进制数的转换。
(4)高性能的C52系列:
在8052的基础上,采用CHMOS工艺,并将MCS-96系列中的一些高速输出、脉宽调制、上\下定时器\计数器移植进来,构成新一代MCS-51产品80C252\87C252\83C252,他们是MCS-51系列中的新产品。
1.2课题意义
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。
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。
1.3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。
从听觉和视觉两方面给人们带来美的享受。
在音乐播放器工作时使用两个按键,一个用来切换歌曲,另一个切换八路LED的变化花样。
1.4设计内容
通过音乐演奏控制所要实现的显示与选曲及音乐产生的功能原理,系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。
通过按键控制,系统具有开启、暂停播放当前的曲子的功能;播放前一首、后一首歌曲的功能;未播放时二极管会产生流水灯,播放时能随曲调闪烁。
所涉及的音乐播放器可以播放多首音乐。
电路有两种工作模式:
演奏音乐模式和花样灯模式。
在演奏音乐模式下时,演奏完整的一首的歌曲,八路LED随着音乐变化;在花样灯模式下,八路LED变化出各种花样,蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声。
曲目的演奏模式和播放模式是通过键盘来控制的,按下按键1进入演奏音乐模式,再按切换歌曲,共四首歌曲。
按下按键2进入花样灯模式,再按切换LED花样,共三种花样。
第二章方案比较
2.1方案的提出
方案一:
基于C8051F350单片机和AT45DB642D存储器的音频播放器。
音频播放器系统结构如图2-1所示,它主要由C8051F350单片机、PC机、AT45DB642D存储器、RS232串行通信接口、显示电路、键盘电路以及信号放大电路等组成。
系统中单片机是控制核心,通过UART串口与PC机通讯,SPI串口对存储器进行读、写操作。
写操作就是数据下载过程,即写入存储器的音频文件经PC机里的LabWindows/CVI软件处理,通过RS232串行通信接口传输到单片机,由单片机通过SPI串口写入存储器。
[1]读操作就是音频信号播放过程,即由键盘选择播放曲目,单片机通过SPI串口读取存储器中的音频代码,以单片机的电流模式DAC输出,再经信号放大电路后音频输出。
键盘用来调节信号频率、控制音量和选择曲目,单片机通过扫描方式读取键盘接口命令,并根据查表程序选择相应的控制命令,执行相应的操作。
液晶显示模块显示曲目序号和相应的播放时间。
该系统突出特点是合理应用了Flash存储器AT45DB642D,可以根据需要由PC机将音频文件转换为适合音频播放器播放的文本文件,并下载到存储器。
存储在AT45DB642D中的音频信息由单片机读取后播放,用户可以根据爱好调节播放频率和音量。
图2-1C51F350单片机播放器系统结构图
系统控制核心器件选用美国Cygnal公司的C8051F350单片机,C8051F350的CIP-8051结构,流水作业执行指令,大大提高指令的运行速度AT45DB642D存储器(FlashRAM)具有宽电源电压、大容量、接口简单、读写速度快等特点。
设计应用中,由于AT45DB642D同时有EPROM的掉电数据不丢失和E2PROM的电可擦写功能,又能像SRAM进行随机快高密度、高可靠性的存储器。
液晶显示屏采用定制的段位式液晶,采用HT1620驱动器驱动,单片机和液晶屏的接口只需3条数据线。
方案二:
基于SPCE061A16位单片机的音乐播放器
音乐播放器的硬件结构如图2-2所示,选用SPCE061A单片机作为嵌入式系统的微处
图2-2 SPCE061A16位单片机音乐播放器硬件结构框
理器,SPCE061A是一款资源丰富、功能强大、集成度高的16位结构微控制器,数字信号处理功能是其特色.它功耗小,系统处于备用状态(睡眠状态)时的耗电仅为2μA/3.6V;内置2K字SRAM和32K的FLASH;2个16位可编程定时器/计数器;2个10位DAC(数/模转换)输出通道;2个16位通用可编程输入/输出端口IOA和IOB;丰富的中断资源:
定时器A/B中断、时基中断、2个外部中断以及触键唤醒中断;7通道10位电压模/数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器;具备串行设备接口(SIO);低电压复位功能和低电压检测功能。
该系统集成了存储器、高速数/模转换器和原驱鸟器芯片功率放大器、键盘4个功能模块,具有对语音信号压缩、存储、解码和播放的功能,以及数字滤波语音信号实时数/模转换和定时播放,并将语音信号输出到功率放大电路。
2.2方案比较
从以上两种方案中可以看出不同的设计方法各有优缺点:
方案一:
基于C8051F350单片机和AT45DB642D存储器的音频播放器采用AT45DB642D存储器解决了嵌入式系统中大容量数据存储的问题,采用功能强大的C8051F350单片机作为控制核心,减少了系统的外围器件,简化了硬件设计,提高了可靠性,降低了成本。
缺点在于信号放大及音频输出系统比较复杂,成本较高。
播放器模式较多,不够简化。
方案二:
基于SPCE061A16位单片机的音乐播放器使用常用的音频形式和压缩算法,波形编码:
sub-band即SACM-A2000,其特点是高质量、高码率,适于高保真语音/音乐。
声音播放模块决定对存储在语音芯片中的驱鸟声音的调用方式,并调用定时模块进行间隔播放和随机播放。
.高速和高精度保证了转换后的信号的质量和平滑性。
缺点是存储器容量不大,声音采集通道单一。
对于C51单片机,它抗干扰性较强,且集成度高、功能强、指令丰富等,可以应用的地方较数字电路更多些,广泛应用于工业控制系统,数据采集系统、智能化仪器仪表,及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。
而且单片机已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中,如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器(冰箱、空调、彩电)等,都含有C51单片机控制器。
通过综合比较我们不采用上面的两种方案,我采用的是基于C51单片机的音乐播放器的设计,该系统控制性能良好,硬件电路简单、经济实惠,能得到更好的效果。
该系统设计将在下文做详细介绍。
2.3系统组成框图
音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心,加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED模块组成。
单片机负责接收按键的输入,根据输入控制音乐播放曲目和音乐花样灯的显示样式以及蜂鸣器发音。
系统组成框图如图2.1所示。
图2.1系统组成框图
2.4音乐盒的功能结构图
音乐盒的功能结构如图2.2所示。
Key1负责切换播放歌曲,播放歌曲共2首,分别是挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。
Key2负责切换LED显示花样,显示花样共3种,第一种顺序显示,第二种由两边向中间移动然后向两边移动,第三种循环显示。
图2.2音乐盒功能结构图
2.5主要设计软件介绍
本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试,配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试,两种软件的简介如下:
2.5.1PROTEUS软件简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
2.5.2KEIL简介
单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件,我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法,一种是手工汇编,另一种是机器汇编,目前已极少使用手工汇编的方法了。
机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码,用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51,随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展,Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部份组合在一起。
运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU,16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的,如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选(目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件),即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
KeilC51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
第三章硬件设计
3.1设计框图
3.2硬件设计及原理说明
3.2各部分硬件设计及其原理
3.2.1AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.2.1AT89C51单片机的原理图
1主要性能
(1)与MCS-51兼容
(2)4K字节可编程闪烁存储器
(3)寿命:
1000写擦循环
(4)数据保留时间:
10年
(5)全静态工作:
0Hz-24Hz
(6)三级程序存储器锁定
(7)128*8位内部RAM
(8)32可编程I/O线
(9)两个16位定时器/计数器
(10)5个中断源
(11)可编程串行通道
(12)低功耗的闲置和掉电模式
(13)片内振荡器和时钟电路
2管脚说明:
VCC:
供电电源。
GND:
接地。
P0口(P0.0--P0.7):
P0口为一个8
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