音乐盒设计硬件课程设计.docx
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音乐盒设计硬件课程设计.docx
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音乐盒设计硬件课程设计
硬件开发技术报告
课题名称
音乐盒设计
学院
工商学院
专业班级
计0841
成员
王智慧081842034
王倩倩081842033
袁宗梅081842052
韦颜081842035
目录
1设计任务和要求1
2总体设计1
3硬件设计2
3.1硬件电路2
3.2原理说明2
4软件设计3
5仿真、安装和调试3
6收获与体会4
6.1元件清单5
6.2总电路图6
6.3音乐程序6
参考文献9
1设计任务和要求
(1)利用I/O口产生一定频率的方波,驱动蜂鸣器,发出不同的音调,从而演乐曲(内存两首乐曲)。
(2直接当前播放的歌曲。
(3)可通过功能键选择各个歌曲
2总体设计
(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的内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)。
记数脉冲值与频率的关系公式如下:
N=Fi/2/FrN:
记数值
Fi:
内部计时一次为1微秒.故其频率为1MHZ
Fr;要产生的频率
(3):
起记数值的求法如下:
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr
例如:
设K=65536,F=1000000=Fi=1MHZ,求低音D0(523HZ),高音的D0(1046HZ)的记数值。
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-500000/Fr
低音D0的T=65536-500000/262=63627
中音D0的T=65536-500000/523=64580
低音D0的T=65536-500000/1047=65059
3硬件设计
3.1硬件电路
本设计中用到89C51单片机,扬声器。
(硬件电路原理图如图1所示)
1.最小系统
⑴单片机(如图1):
本次设计使用单片机芯片AT89C51
AT89C51的工作特性:
•内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000次;
•内含128字节的RAM;
•具有32根可编程I/O线;
•具有2个16位编程定时器
•具有6个中断源,5个中断矢量,2级优先权的中
断结构;
•具有1个全双工的可编程串行通信接口;
•具有1个数据指针DPTR;
•具有可编程3级程序锁定位;
•AT89C51的工作电源为5(1±0.2)V且典型值为5V;
•AT89C51最高工作频率为24MHZ;
•AT89C51的编程频率为3~24MHZ,编程启动电流和启动电压
分别为1mA、5或12V。
(图1)
3.2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。
同时启动定时器T1,显示歌曲号。
(1)硬件电路中用
、
分别接S1、S2作为上、下一曲的功能键
(2)用P1.0-P1.6控制七段码a,b,c,d,e,f。
(3)用P2.0口控制喇叭。
(4)电路为12MHZ晶振频率工作,起振电路中C1,C2均为30pf。
4软件设计
本程序可以实现课程设计的基本要求,并可以通过按键播放两首歌曲,程序流程图如下:
5仿真、安装和调试
按照上面设计的电路在proteus软件内画图,打开单片机软件开发系统Keil,选择89c51单片机,在其中编写程序,运行生成一个后缀名为hex的文件,然后将该文件下载到proteus中的AT89c51单片机中进行仿真,观察实验现象。
仿真能实现播放音乐,按键选择曲目,暂停,播放功能。
仿真成功后,安装好实验板,然后将音乐程序下载到电路板内,观察结果。
能实现播放音乐,按键换曲等功能。
程序调试中出现的问题及解决的办法:
(1)有时会出现程序一点错误也没有,但就是不能正常运行的现象,最后我们发现是因为程序中有的指令书写得不规范导致的,例如有的RET返回指令一定要按正确格式书写或在两行指令间最好不要留空行。
(2)程序中的跳转指令的运用很重要,为保险起见,都用LJMP,我们就遇到过跳转指令用错程序无法正常运行的现象。
当用JNZ指令时,跳转范围比较少,这时要用一个标号中转。
(3)编程时要注意,在程序开始时,要写入各定时器中断的入口地址。
(4)编程过程中要注意加注释或分割线,否则,在程序过长时容易变得很乱,不便于查找或更改。
(5)编程前要加流程图,这样会使思路清晰,例如数字音乐盒的设计思路完全可以按着MP3的工作方式列写流程图。
(6)LCD计时正常显示的解决办法:
a.两个定时器同时工作,存在中断时序问题,刚开始时我们把定时器1设定在方式3,计250us,由于定时中断过于频繁,使CPU负载过大,导致音乐不能正常播放,时间不能正常显示。
解决办法:
将定时器1设定在工作方式1,16位计数,计50ms,效果有很大改观。
但还有问题。
b.当音乐为全4拍起始时,此时音乐节奏与定时器T1中断频率错开,LCD显示和音乐播放都会好一些。
c.另外,在歌曲中,当遇到一个音符发音为4拍,在编曲中为*CH,因时间较长,当定时器T1此时来中断时,就会对歌曲播放产生影响,若改为发音一拍,中断对歌曲播放影响减弱,但音乐效果变差。
改进方案:
若采用可以定时时间更长的单片机,可以避免所有问题。
6收获与体会
(1)上学期学习单片机的课时不多,对单片机的硬件设计,软件设计掌握的深度不够,但通过此次课程设计,明显的改善了,首先对于硬件电路的工作原理有了进一步的学习,同时有了一个提升;软件方面,在程序的设计,程序的调试方面都有了很大的进步。
(2)在一个好的氛围里才能踏下心来做东西,在这一段时间里,寝室成员都认真对待这次课程设计,除了自己做好自己的课题外,在遇到不懂的地方互相讨论,查阅资料,互助解决问题。
另外在编程中出现问题时,一定要戒骄戒躁,脚踏实地,认真看书,仔细分析,仔细调试,就一定会发现错误。
我们也是这么做的,这一点在这次的课程设计中十分重要。
(3)通过这次课程设计,我体会到了成功的喜悦,听着自己设计的程序下载到单片机中播放出音乐,心理非常自豪。
这次的课程设计在一定程度上改变了我学习单片机这门课程的态度,我明白了一个人要想做好一件事,就必须具备自信心,耐心,还要有毅力,要胆大心细,要勇于尝试,要手脑并用,最后才能交出一份令人满意的答卷。
6.1元件清单
名称
数量(个)
型号
备注
电阻
6
排阻RX8(1个)1k(2个),5.5k(1个),10k(1个),15(1个)
数码管
1
7SEG-DIGITAL
开关
4
BUTTON
单片机
1
AT89C51
三极管
1
2N3906
扬声器
1
SPEAKER
电源
2
5V
电容
3
30pf(2个),10uf(1个)
晶振
1
CRYSTAL
6.2总电路图
6.3音乐程序
ORG0000H;复位地址
LJMPMAIN;跳转到主程序
ORG000BH;T0中断入口
LJMPTIM0;跳转到T0中断服务程序
ORG0030H;主程序入口地址
MAIN:
MOVTMOD,#01H;写入T0控制字,16位定时方式
MOVIE,#82H;开中断
MOV30H,#00H;取简谱码指针
NEXT:
MOVA,30H;简谱码指针装入A
MOVDPTR,#TABLE;从TABLE处取简谱码
MOVCA,@A+DPTR
MOVR2,A;取得的简谱码暂存于R2
JZEND0;是否取到结束码00H?
ANLA,#0FH;不是,则取节拍码
MOVR5,A;节拍码存于R5
MOVA,R2;将简谱码装入A
SWAPA;高、低4位交换
ANLA,#0FH;取音符码
JNZSING;取得的音符码是否为0?
CLRTR0;是则不发音
lJMPD1;跳转到D1
SING:
DECA;取得的音符码减1(不含0)
MOV22H,A;存入22H单元
RLA;乘2
MOVDPTR,#TABLE1;到TABLE1中取相对的高位字节值
MOVCA,@A+DPTR
MOVTH0,A;取得的高位字节装入TH0和21H单元
MOV21H,A
MOVA,22H;再装入取得的音符码
RlA;乘2
INCA;加1
MOVCA,@A+DPTR;到TABLE1中取相对的低位字节值
MOVTL0,A;取得的高位字节装入TL0和20H单元
MOV20H,A
SETBTR0;启动T0
D1:
LCALLDELAY;基本单位时间1/4拍,延时187毫秒
INC30H;取简谱码指针加1
LJMPNEXT;取下一个码
END0:
CLRTR0;停止T0
LJMPMAIN;重复循环
;定时器T0中断服务程序:
TIM0:
PUSHACC;保护现场
PUSHPSW
MOVTL0,20H;重设定时初值
MOVTH0,21H
CPLP1.0;P1.0引脚电平取反
POPPSW;恢复现场
POPACC
RETI;中断返回
;基本单位延时子程序:
DELAY:
MOVR7,#02H;fosc=12MHz时延时187毫秒
D2:
MOVR4,#187
D3:
MOVR3,#248
DJNZR3,$
DJNZR4,D3
DJNZR7,D2
DJNZR5,DELAY;决定节拍
RET
;音符对应的定时器初值表:
TABLE1:
DW64260,64400,64521,64580
DW64684,64777,64820,64898
DW64968,65030,65058,65110
DW65157,65178,65217
;音符节拍表:
TABLE:
;1
DB82H,01H,81H,94H,84H
DB0B4H,0A4H,04H
DB82H,01H,81H,94H,84H
DB0C4H,0B4H,04H
;2
DB82H,01H,81H,0F4H,0D4H
DB0B4H,0A4H,94H
DB0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H
DB0C4H,0B4H,04H
;3
DB82H,01H,81H,94H,84H
DB0B4H,0A4H,04H
DB82H,01H,81H,94H,84H
DB0C4H,0B4H,04H
;4
DB82H,01H,81H,0F4H,0D4H
DB0B4H,0A4H,94H
DB0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H
DB0C4H,0B4H,04H
DB00H
END
7运行程序结果
参考文献
[1]许珉.单片机原理及应用[M].北京:
中国电力出版社,2007.08
[2]三恒星科技.MCS-51单片机原理与应用实例[M].北京:
电子工业出版社,2008.01
[3]王为青,程国钢.单片机KeilCx51应用开发技术[M].北京:
人民邮电出版社,2007.02
[4]JohnMarkus.电子电路大全[M].北京:
计量出版社,1995
[5]阎石.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,1998.12,第4版
[6]邓元庆.数字电路与逻辑设计[M].北京:
电子工业出版社,2001
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- 音乐盒 设计 硬件 课程设计