基于51單片機(jī)的音樂盒的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：基于51單片機(jī)的音樂盒的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)資料.第1章總體設(shè)計(jì)方案11.1 設(shè)計(jì)原理11.2 設(shè)計(jì)思路11.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境2第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案32.1 硬件電路設(shè)計(jì)32.2 主程序設(shè)計(jì)62.3 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7第3章 結(jié)果測(cè)試及分析 103.1 結(jié)果測(cè)試103.2 結(jié)果分析10參考文獻(xiàn)11附錄1 :元件清單12附錄2:總電路圖13附錄3:程序代碼15第1章總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)原理電子音樂已廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。其類型從音樂卡片到CD、MP3等多種多樣，制作原理也各不相同。聲音是通過振動(dòng)產(chǎn)生的。單片機(jī)對(duì)某 一

2、 I/O引腳以一定的頻率循環(huán)置1和清0,這一引腳便產(chǎn)生一定頻率的方波，該 方波通過放大后作用于揚(yáng)聲器便產(chǎn)生一定頻率的聲音。若改變輸出方波的頻率， 產(chǎn)生的聲音也就改變了。通過控制輸出方波的時(shí)間長(zhǎng)短，聲音的長(zhǎng)短也就得到控制。因此，根據(jù)樂譜，單片機(jī)就可產(chǎn)生電子音樂。音樂中最關(guān)鍵的兩個(gè)要素是音 符和節(jié)拍。單片機(jī)控制的音樂發(fā)生器系統(tǒng)由硬件電路和軟件兩部分構(gòu)成。利用單 片機(jī)控制的電子音樂發(fā)生器軟硬件上具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的開發(fā)周期短，成本 低，電路制作容易。更換歌曲時(shí)，硬件電路無需作任何修改，只需修改軟件即可 實(shí)現(xiàn)。軟件編程時(shí)，可用51系列單片機(jī)的匯編語言。同時(shí)還可根據(jù)個(gè)人的習(xí)好 通過軟件改變節(jié)拍的延時(shí)時(shí)

3、間，增加電子音樂的趣味性。1.2 設(shè)計(jì)思路采用匯編語言程序設(shè)計(jì)的方法結(jié)合硬件電路設(shè)計(jì)方法，利用Lab6000實(shí)驗(yàn)箱上已有芯片來實(shí)現(xiàn)音樂盒的各項(xiàng)功能。1）提出方案利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì)I/O 口反相就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。當(dāng)鍵盤有鍵按下時(shí)，判斷鍵值，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 T0,產(chǎn)生一定頻率的脈沖，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，放出樂曲。同時(shí)在LCD顯示歌曲序號(hào)和歌曲名稱。2)總體方案實(shí)現(xiàn)(1)要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期(1/音頻)，然后將此周期除以2,即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出 脈沖的I

4、/O反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì)I/O 口反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。(2)利用8051的內(nèi)部定時(shí)器使其工作在計(jì)數(shù)器模式 MODE1下，改變記數(shù)值 TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法。例如頻率為 523HZ,其周期T=1/523=1912 微秒，因此只要令計(jì)數(shù)器定時(shí)956/1=956在每記數(shù)9次時(shí)將I/O 口反相，就可得到 中音 D0(523HZ)。1.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境硬件環(huán)境：Lab6000實(shí)驗(yàn)箱，PC機(jī)。軟件環(huán)境：Wave應(yīng)用軟件。第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)需要借助 Protel軟件來實(shí)現(xiàn)。基于單片機(jī)音樂盒的硬件電路 設(shè)計(jì)是由8751單片機(jī)芯片、晶振

5、電路、鍵控電路、播音電路和顯示電路幾部分 組成，總體框架圖如圖2.1所示。圖2.1 硬件電路連線圖1) 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)圖2.2是8751單片機(jī)圖，8751單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上，除模擬比較器外其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O 口、用行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特CPU殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種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單片機(jī)中存在中斷

6、源，其中有兩個(gè)外部中斷源、兩個(gè)內(nèi)部中斷源和一個(gè)串行中斷源。通過TXAL1與TXAL2輸入時(shí)鐘信號(hào)，通過p0.0p0.7輸出控制現(xiàn)實(shí)控制信號(hào)的顯示，通過 P1.0輸出控制蜂鳴器發(fā)聲，有INTO, INT1 , T1分別作為上一曲、下一曲和開始暫停的控制輸入PIOPWPl IMlP12P02PJI3M3P14P04P13M5P16PCSP17M7IKT1P20INTOP21P22TlP2JTOP24P25,VPP26p第XllXIRESETRXDTXDRDALEPWRPSOvA弱3174玄535EJfjT!33Ea1r jjTk 心 二 g> fr2J15414邙262B1.SHJ ,11北

7、2930圖2.2 8751單片機(jī)2) 鍵控電路的設(shè)計(jì)如圖2.3控制電路所示，下一曲按鍵與單片機(jī)的 INT1相連、上一曲按鍵與INTO相連、開始/暫停鍵與T1相連。當(dāng)電鍵按下時(shí)接口接低電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)音 樂播放器的控制。下一曲按鍵接通實(shí)現(xiàn)下一曲更換，上一曲按鍵接通實(shí)現(xiàn)上一曲 更換，開始/暫停按鍵接通實(shí)現(xiàn)開始/暫停操作。圖2.3鍵控電路3) 顯示電路的設(shè)計(jì)如果所有的發(fā)光二極管的陰極接在一起，稱之為共陰極結(jié)構(gòu)，則數(shù)碼管顯示段輸入高電平有效，當(dāng)某段輸入高電平該段便發(fā)光；使用時(shí)管子的上下端正中間 的兩個(gè)或者一個(gè)(內(nèi)部公共端已經(jīng)接在一起)接線端接低電平，其它的每段顯示 如圖2.4所示。本次課設(shè)通過單片機(jī)的

8、P0.0-P0.7分別與數(shù)碼管的a、b、c、d、 e、f、g、dp間接連接，從而顯示播放音樂的序號(hào)。4) 晶振電路的設(shè)計(jì)如圖2.5所示，晶振電路由兩個(gè)22pF的電容和一個(gè)6Mhz的晶體振蕩器組 成。圖中第一條輸入線與8751單片機(jī)的X1相連接，圖中第二條輸入線與單片機(jī) 的X2相連接。晶振電路為單片機(jī)提供時(shí)間信號(hào)，為音樂的播放節(jié)拍控制提供基 本時(shí)間單位。5) 播音電路的設(shè)計(jì)如圖2.6播音電路所示，播音電路是由數(shù)字揚(yáng)聲器連接 p1.0接口實(shí)現(xiàn)音樂的 輸出。如果通過p1.0直接接通揚(yáng)聲器，肯定不會(huì)發(fā)出音樂，這里還需要通過一個(gè) 三極管將電流放大，然后通過單片機(jī)調(diào)用相應(yīng)程序，并將音樂信號(hào)由p1.0 口輸

9、出, 驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出美妙的音樂。圖2.6播音電路2.2 主程序設(shè)計(jì)主程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化后，進(jìn)入曲目識(shí)別子程序，進(jìn)行歌曲曲目判 斷。確定歌曲曲目后，數(shù)碼管再進(jìn)行顯示。然后，子程序?qū)κ欠癫シ胚M(jìn)行循環(huán)判 斷，得到播放中斷的指令后再進(jìn)行播放。執(zhí)行播放后，關(guān)閉數(shù)碼管顯示并調(diào)用查表子程序進(jìn)行播放音樂。在播放音樂的過程中，查表子程序循環(huán)判斷音樂是否結(jié)束。當(dāng)音樂結(jié)束時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)回曲目 識(shí)別子程序。主程序流程圖如圖2.7所示N依據(jù)選擇的按鍵，播放相應(yīng)的 歌曲或者暫停歌曲圖2.7主程序流程圖2.3 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)功能模塊包括，對(duì)開始/暫停，上一曲，下一曲三個(gè)中斷子程序的設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)如下幾點(diǎn)

10、所示：1）播放/暫停子程序功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)播放/暫停在程序利用內(nèi)部中斷T0 口。將T0 口設(shè)為計(jì)數(shù)中斷并工作在方式2下。標(biāo)識(shí)符初值賦值為 R1=00H ,計(jì)數(shù)初值設(shè)為TH0=0FFH,TL0=0FFH 。當(dāng)按鍵 第一次產(chǎn)生中斷信號(hào)時(shí)，播放/暫停子程序改變標(biāo)志符 R1,將其賦值為01H。此時(shí)播放器由暫停狀態(tài)進(jìn)入播放狀態(tài)。當(dāng)按鍵第二次產(chǎn)生中斷信號(hào)時(shí)，播放/暫停子程序判斷R1是否為02H后，將R1再次賦值為00H。此時(shí)，播放器由播放狀態(tài) 進(jìn)入暫停狀態(tài)。具體流程圖如圖2.8所示。圖2.8播放僧停子程序功能圖2）曲目選擇子程序功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)曲目選擇子程序分為上一曲子程序和下一曲子程序。上一曲和

11、下一曲功能實(shí) 現(xiàn)方式類似，分別由外部中斷 總和外部中斷布。下面以實(shí)現(xiàn)上一曲功能為例： 首先設(shè)置標(biāo)識(shí)符R7初始值為00H。當(dāng)按鍵產(chǎn)生中斷信號(hào)，上一曲中斷子程序改 變標(biāo)識(shí)符R7的值為01H并改變曲目R0的值。播放子程序判斷出標(biāo)識(shí)符 R7改 變后，先將R7賦值為00H,然后跳轉(zhuǎn)到曲目識(shí)別子程序。具體流程圖如圖2.9所示。圖2.9曲目選擇子程序功能圖第3章結(jié)果測(cè)試及分析3.1 結(jié)果測(cè)試音樂播放器很好的實(shí)現(xiàn)了播放/暫停、上一曲、下一曲的功能，并滿足了數(shù)碼 管顯示的特殊要求。 音效良好，能很好聽出樂曲的曲名。當(dāng)然設(shè)計(jì)的音樂播放器 也存在著不足之處。8位LED數(shù)碼管只能顯示10以內(nèi)的歌曲曲目，超過10將無

12、法顯示。3.2 結(jié)果分析調(diào)試過程中所遇到的問題：(1)在歌曲中，當(dāng)遇到一個(gè)音符發(fā)音為4拍，在編曲中為*CH,因時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)定時(shí)器T1此時(shí)來中斷時(shí)，就會(huì)對(duì)歌曲播放產(chǎn)生影響，若改為發(fā)音一拍，中斷 對(duì)歌曲播放影響減弱，但音樂效果變差。改進(jìn)方案：若采用可以定時(shí)時(shí)間更長(zhǎng)的單片機(jī)，可以避免所有問題。(2)數(shù)碼管顯示的時(shí)間與真正的時(shí)間進(jìn)度不一致。原因分析：定時(shí)器初值設(shè)置有誤。本次設(shè)計(jì)的晶振為6MHZ,而程序中的初值卻設(shè)置成了 6MHZ晶振所采用的值5000,導(dǎo)致顯示的時(shí)間比真正的時(shí)間要慢。參考文獻(xiàn)1王愛英.計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)M.北京：教育出版社，20032楊素行.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版

13、社，19963張雪蘭.匯編語言程序設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，20064龔尚福.微機(jī)原理與接口技術(shù)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20035王中民.微型計(jì)算機(jī)原理M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20036沈美明，溫冬嬋.IBM-PC匯編語言程序設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，200附錄1元件清單名稱數(shù)量（個(gè)）型號(hào)備注電阻3數(shù)碼管17SEG-DIGITAL開關(guān)3BUTTON單片機(jī)1AT89C51三極管32N3906揚(yáng)聲器1SPEAKER電源25V電容322pf（2 個(gè)）晶振1CRYSTAL譯碼器174LS138地址鎖存器174LS373七路反向器1ULN2003A二態(tài)反向八D鎖存器174LS

14、374資料.b c P a fg ed DD G S 7Y DoeRoBe w SDne D M X Z pk e Db mN3奉 0e u U 2 cTeS Be e DFT U UU TT UO O O O O O O6781 2 3 4 5 6 7N N NN NN N2QQQ QQ QQQQ40 1 2 3 4 5 6 7eDDDDDDDDOL37814T0-D-D D D D02U0BU A D0 1 2 3 4 5 6 7EKDD dd Dd ddO cL-V1 22 AAT-g fed acbabc PfgedDmalc no mmu cJ工叫0 1 2 3 4 5 6 7QQQ

15、QQQQQ0 1 2 3 4 5 6 7 Ee SDDDDDDDD O E 43 4DD9ABC37 D1 6 Dpppppppp PPPPPPPXX4 5卜用用5 4T8 S L7113 2D D P N XXEP7 6RWC V資料.附錄3程序代碼N EQU 3ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP LAST_SONGORG 000BHAJMP F_T0ORG 0013HAJMP NEXT_SONGORG 001BHAJMP START_PAUSEORG 0030HMAIN:MOV DPTR,#TABLEMOV R0,#30HMOV R5,#00HMOV R6,#1

16、SETTAB:資料.MOV A,R5;設(shè)置每首歌曲的入口信息，存放在以 30H開始的存儲(chǔ)單元中。MOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC R5INC R0MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC R5INC R0MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC R0INC R5MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC R0INC R5INC R6CJNE R6,#N+1,SET_TAB*MOV TMOD, #61HMOV TH1,#0FFHMOV TL1,#0FFHSETB ET1SETB ET0SETB PT1SETB

17、IT0SETB IT1SETB EX1SETB EX0SETB EASETB TR1SETB P1.0CLR F0;設(shè)置F0=0 ,用來作暫停/播放的標(biāo)置位用MOV 22H,#01HMOV DPTR,#OUT_TABMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,AMOV R7,#00HSTART0:MOV R4,#00HMOV R0,#30HMOV A,R7；將歌曲的節(jié)拍表的入口地址送到DPTRADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R

18、0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTR;取出第一節(jié)拍數(shù)資料.NEXT:MOV 26H,A；將取出的音符數(shù)+節(jié)拍數(shù)保存在職26H單元中MOV R0,#30H；開始取出歌曲的第一個(gè)數(shù)據(jù)MOV A,R7ADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTRJZ END0MOV R1,A;不為0,取出節(jié)拍數(shù)ANL A,#0FHMOV R2,AMOV A,R1SWAP AANL A,#0FHJNZ SINGCLR TR0SJMP SING1SING: DEC A；開始唱，進(jìn)行相應(yīng)

19、的數(shù)據(jù)處理MOV R3,ARL AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOVC A,A+DPTRMOV 21H,AMOV TH0,AMOV A,R3RL AINC AMOVC A,A+DPTRMOV 20H,AMOV TL0,ASETB TR0SING1:LCALL DELAYJB F0,L1資料.AJMP NEXTL1:CLR TR0JB F0,$AJMP NEXTEND0: CLR TR0MOV A,22HCJNE A,#N,L2MOV 22H,#01HMOV R7,#00HMOV DPTR,#8004HMOV A,#06HMOVX DPTR,AMOV DPTR

20、,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,AAJMP L3資料.L2:MOV A,R7;沒有全部唱完，唱下一首，歌曲的入口信息調(diào)整ADD A,#4MOV R7,AINC 22HCLR EAPUSH DPHPUSH DPLMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,APOP DPLPOP DPHL3:SETB EAAJMP START0;定時(shí)器0置初值F_T0:MOV TH0,21HMOV TL0,20HCPL P1.0RETI*;下一曲中斷程序處理，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)NE

21、XT_SONG: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLCLR EAMOV A,22HCJNE A,#N,L4MOV R7,#00HMOV 22H,#01HAJMP BACKL4:INC 22HMOV A,R7ADD A,#4MOV R7,ABACK:MOV R4,#00HMOV DPTR,#OUT_TABMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,A資料.MOV B,R0；對(duì)下首要演唱的歌曲的幾分拍進(jìn)行調(diào)整資料.同時(shí)對(duì)R0中的內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)MOV R4,#00HM

22、OV R0,#30HMOV A,R7ADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTRMOV 26H,ADEC R4MOV R0,BPOP DPLPOP DPHPOP ACCSETB EARETI.* ;LAST_SONG: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLCLR EAMOV A,22HCJNE A,#1,L5MOV 22H,#NMOV B,#4；將R7指向最后一首歌曲MOV A,#N-1MUL ABMOV R7,AAJMP BACK2L5:DEC 22HMOV A,R7SUBB

23、 A,#4MOV R7,ABACK2:MOV R4,#00HMOV DPTR,#OUT_TABMOV A,22HMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#8004HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#8002HMOV A,#01HMOVX DPTR,AMOV B,R0MOV A,R7ADD A,R0MOV R0,AMOV DPH,R0INC R0MOV DPL,R0INC R0MOV A,R4INC R4MOVC A,A+DPTRMOV 26H,ADEC R4MOV R0,BPOP DPLPOP DPHPOP ACCSETB EARETI.* ;START_PAUSE:CPL F0J

24、B F0,RETURN；F0 為 1 ,停止SETB TR0RETURN:RETIDELAY: MOV 27H,26HD2:MOV28H,#100D3:MOV29H,#200DJNZ 29H,$DJNZ 28H,D3DJNZ 27H,D2DJNZ R2,DELAYRETOUTTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,73H ；共陰數(shù)碼管顯視用TABLE: DW SONG1,TABLE1,SONG2,TABLE2,SONG3,TABLE3TABLE1:DW 64580,64684,64777,648

25、20,64898,64968,65030DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524SONG1:DB 04HDB32H,54H,52H,32H,54H,52H,32H,12H,12H,32H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14HDB0c2H,32H,32H,12H,21H,31H,24H,32H,34H,0D2H,0C2H,14H,14H,32H,52H,52H,32H,52H,54H,32H,34H,31H,21H,12H,24H,2

26、4HDB34H,0E2H,0C2H,0D1H,0E1H,0D4H,12H,0E2H,32H,32H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4H,0D2H,0E2H,32H,32H,0E2H,0E2H,0D1H,0E1H,0D4HDB22H,0D1H,11H,0E2H,0D2H,0C4H,0C4H,32H,52H,52H,32H,62H,5H,61H,54H,31H,52H,3 1H,12H,31H,31H,32H,54H,52H,32H,52H,52H,32HDB32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,34H,34H,32H,52H,52,32H,62H,

27、51H,61H,54H,31H,52H,31H,12H,32H,12H,32H,32H,54H,52HDB32H,52H,52H,31H,31H,32H,21H,31H,24H,0E2H,0D1H,0E1H,0D2H,0C2H,14H,14HDB 00HTABLE2:DW 63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777DW 64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178SONG2:DB 02HDB 04H,94HDB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02HDB 0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,84H,82H,92H,94H,0A4HDB 04H,0C2H,0C2H,0D4H,0C2H,0D2H,0D8H,0D4H,0D2H,92HDB0E8H,0E4H,0E4H,0E8H,0E4H,0F4H,0D4H,0C4H,0B4H,84H,84H,92H,92H,94H,92H,02HDB 0A4H,0A2H,0B2H,0B4H,0C4H,0E8H,0D8HDB 00HTABLE3:DW64898,64968,65030,65086,65