基于單片機的自動音樂播放器的方案設(shè)計書

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于單片機的自動音樂播放器的方案設(shè)計書低音簡譜碼1234567

頻率/Hz523587659698784880987高音簡譜碼1234567

頻率/Hz10461174131813961567176019752.1.3節(jié)拍的產(chǎn)生

音階的頻率是固定的，而節(jié)拍有快有慢，拍子越短節(jié)奏越快，拍子越長節(jié)奏越慢。控制發(fā)音的時間有兩種方法：調(diào)用延時子程序或采用定時器中斷。本次設(shè)計采用的是定時器終端方式。

首先在整首樂曲中找出最短的拍子，一般為1/4拍，拍子的時間約為0.125s。然后以1/4拍為基準，然后設(shè)定每0.125s產(chǎn)生一次中斷，其定時器值為125000，定時常數(shù)為08F3H。若采用模式2，定時器值太小，不是很好用。所以采用模式1，將定時器值設(shè)為62500，即0CDCH，則只需要執(zhí)行2次定時器中斷就可以產(chǎn)生1/4拍的時間長度。同樣，若要產(chǎn)生其它的拍子（如1/2拍，3/4拍……）,只需要定時器中斷N次，產(chǎn)生N*0.125s定時，使其滿足各個節(jié)拍的時間長度即可。設(shè)計的程序按如下方法編寫：

（1）將音符代碼裝入8位字節(jié)高4位，節(jié)拍代碼裝入低4位，組成一個字節(jié)，以此類推。將整段樂曲轉(zhuǎn)換成一定長度的編碼表。具體編程方法如下：

1.首先，定義toneh[]和tonel[]兩個數(shù)組，將各個音樂頻率的定時器初值的16進制數(shù)的高8位裝入toneh[]，低8位裝入tonel[]。

2.利用單片機的定時器中斷，將toneh[]和tonel[]的數(shù)據(jù)分別裝入TH0和TL0，并且，收到信號P1.0就反相。

voidtimer0(void)interrupt1using1

{

P1_0=!P1_0。TH0=toneh[rti]。TL0=tonel[rti]。}

3.利用定時器1控制音樂節(jié)拍的時間長度，將上文所述的定時器初值裝入定時器1。voidtimer1(void)interrupt3using2{

TH1=0x0c。TL1=0xdc。m++。}

（2）在程序執(zhí)行時順序查此表，取出音符代碼，查頻率表，置入T/C口，取出節(jié)拍代碼，供定時器使用，啟動后即可發(fā)出聲音。2.1.4音頻轉(zhuǎn)換流程圖

設(shè)計的軟件流程如圖2-2所示。程序開始運行時先對單片機進行初始化，其中包括定時器及其工作方式的選擇、外部中斷設(shè)定、定時器初值的設(shè)定。利用單片機，通過軟件的方式產(chǎn)生所需要的音樂頻率，并將收到的信號與音頻編碼表進行對比。若信號在編碼表中，則將該頻率的定時器初值寫入定時器中，并讀取頻率的音階，再從單片機的P1.0口輸出，經(jīng)過音頻放大器驅(qū)動喇叭發(fā)出聲音，利用驅(qū)動喇叭演示程序即可控制音樂的節(jié)拍。若信號不在編碼表中，則返到初始化。

2.2時間顯示程序設(shè)計2.2.1設(shè)計思路

對于時間程序的設(shè)計，主要依靠單片機內(nèi)部定時器的計數(shù)功能實現(xiàn)。時鐘由秒針、分針和時針組成，在程序中分別由sdata，mdata，hdata表示各單位的數(shù)據(jù)。首先對sdata，mdata，hdata分別設(shè)定一個初值，其中sdata設(shè)為0，表示秒針初始為0。然后利用定時器對秒針計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值達到1秒的時間后產(chǎn)生定時器中斷，sdata的數(shù)據(jù)就加1。由于本次設(shè)計采用的晶振頻率為6MHz，所以定時器取值為2500。將hdata的數(shù)據(jù)裝入第一和其次個數(shù)碼管，將mdata的數(shù)據(jù)裝入第三和第四個數(shù)碼管。當(dāng)sdata的數(shù)據(jù)為59時，若此時再來一個定時器中斷，則秒針重新歸零，而分針就加1。同樣，分針和時針的進位也是同一道理。當(dāng)設(shè)定的鬧鐘時間一到，程序即轉(zhuǎn)入音頻程序，驅(qū)動喇叭放出音樂。2.2.2時鐘程序流程圖

時鐘程序流程圖如圖2-3所示。（應(yīng)有簡單的文字表達或解釋）3硬件電路的設(shè)計3.1硬件流程模塊

設(shè)計的硬件流程模塊如圖3-1所示。首先，PC機通過串口及MAX232芯片將程序下載到單片機中，其中包括把一個個的單音寫入單片機的ROM存儲器中，程序運行時再將音樂數(shù)據(jù)按順序讀出，利用單片機的定時器中斷控制音樂節(jié)拍的長度，這樣就能形成一段樂曲。在單片機P1.0口接入音頻放大電路，將單片機輸出的信號放大，再通過喇叭播放音樂。單片機P2口接4位共陰LED數(shù)碼管，并外接1K歐的排阻，利用單片機內(nèi)部的定時器中斷控制時間程序，然后在數(shù)碼管上顯示出時間。3.2模塊電路的設(shè)計

3.2.189C58RD+型單片機介紹

89C58RD+是一種帶32KB閃爍可編程/可擦除制度存儲器（EPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS的8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51的指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，因而ATMEL的89C58RD+是一種高效微控制器，為好多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。并且，比起跟它同種類型的89C51，它具有更大的Flash存儲器，可下載很大容量的程序代碼，因此功能更加強大，應(yīng)用范圍更廣泛。

89C58RD+有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，9個中斷源，內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,可編程UART串行通信口，SPI串行口，89C58RD+可以依照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。89C58RD+有PDIP、TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同應(yīng)用系統(tǒng)的需求。89C58RD+管腳如圖3-2所示,其中時鐘引腳

XTAL1：接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)聲器的輸入端。

XTAL2：接外部晶體的另一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)懸浮不連接。

注意：假使采用片內(nèi)的振蕩電路，要在單片機的引腳XTAL1和XTAL2之間連接一個石英晶體或陶瓷諧振器，并接兩個電容到地。控制線或其他電源的復(fù)位引腳

RST：復(fù)位輸入端。

ALE/：當(dāng)訪問外部寄放器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在Flash編程期間，此管腳用于輸入編程脈沖。在平日，ALE以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，次頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。假使阻止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行外部執(zhí)行狀態(tài)ALE阻止，置位無效。：外部程序存儲器的選通信號。在有外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。

/Vpp：當(dāng)保持低電平日，則在此期間訪問外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意要加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)斷保持高電平日，此間訪問內(nèi)部程序存儲器。在Flash編程期間，此管腳也用于施加12V編程電源（Vpp）。輸入/輸出引腳

P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8個TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫“1〞時，被定義為高阻輸入。P0口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在Flash編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)Flash進行校驗時，P0口輸出原碼，此時，P0口外部必需被拉高。

P1口：P1口為一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O，P1口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流。P1口管腳寫入“1〞后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平日，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的起因。在Flash編程和校驗時，P1口為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1〞時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高。且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉底，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的起因。P2口當(dāng)用于外部程

序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1〞時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部8位地址數(shù)據(jù)校驗時，P2口輸出其特別功能起存器的內(nèi)容。P2口在Flash編程和校驗時，接收高8位地址信號和控制信號。

P3口：P3口為一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1〞后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的起因。P3口也可作為一些特別功能口，如表2-1所示。表2-1

口管腳備選功能P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2外部中斷0P3.3外部中斷1

P3.4T0計時器0外部輸入P3.5T1計數(shù)器1外部輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通3.2.2LM386N1及外圍電路的設(shè)計

LM386N1乃音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,加之封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，使

LM386N1具有靜態(tài)功耗低（約為4mA），可用電池供電；工作電壓范圍寬（4-12Vor5-18V）；外圍元件少等特點。LM386N1管腳示意圖如圖3-3。

LM386N外圍電路如圖3-4所示意。其中R3為正相輸入電阻，取值為10K；R4、R5是分壓電阻，取值分別為0.5K和0.01K；C9、C10是旁路電容，取值分別為0.1uf、10uf；C11是一個耦合電容，取值為47uf；C12是旁路電容，取值為0.047uf。3.2.3串行通信和MAX232芯片

在單片機和PC機之間，要通過MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)換，MAX232芯片主要是完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負電壓來表示規(guī)律狀態(tài)，與TTL以高低電平表示規(guī)律狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必需在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和規(guī)律關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。MAX232電路具有的特點是：單5V電源工作；兩個驅(qū)動器及兩個接收器；±30V輸入電平；低電源電流（典型值是8mA）；符合甚至優(yōu)于ANSII標準EIA/TIA-232-E及ITU推薦標準V.28。

MAX232的外圍電路如圖2-4所示。MAX232的13、14腳（Rli、Tlo）分別接串口的數(shù)據(jù)發(fā)送端、數(shù)據(jù)輸出端，11、12腳（Rlo、Tli）分別接單片機的11、10腳（TXD、RXD）。在1腳和3腳、4腳和6腳、2和16腳、6和15腳以及15和16腳之間分別接1個1uf的電容，即可使芯片正常工作，完成電平轉(zhuǎn)換功能。3.2.4AT89C52的定時/計數(shù)器概述

AT89C52單片機有3個獨立的16位定時/計數(shù)器，即定時/計數(shù)器0（T0），定時/計數(shù)器1（T1）和定時/計數(shù)器2（T2）。它們都有定時或事件計數(shù)功能，可用于定時控制、延時、對外事件計數(shù)和檢測等場合。

3個16位定時/計數(shù)器，其中T0，T1可作16位加1計數(shù)器，T2既可作16位加1計數(shù)器，也可作減1計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器都可由軟件設(shè)置為定時工作方式或計數(shù)工作方式。當(dāng)設(shè)置為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0（P3.4）,T1（P3.5）,T2（P1.0）對外部脈沖信號計數(shù)，當(dāng)輸入脈沖信號從1到0負跳變時，計數(shù)器就自動就1。為了確保某個電平在變化之前至少被采樣一次，要求電平保持時間至少是一個完整的機器周期。

當(dāng)設(shè)置為定時方式時，AT89C52片內(nèi)振蕩器輸出的時鐘經(jīng)12分頻或6分頻后，作為定時器的計數(shù)脈沖。每當(dāng)來一個時鐘下降沿時，定時器T0，T1或T2的數(shù)值加1，直至計滿溢出為止。

3.2.5LED顯示

LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，由于不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外,編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流尋常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假使我們將\和\段接上正電源，其它端接地或懸空，那么\和\段發(fā)光，此時，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1〞。而將\、\、\、\和\段都接上正電源，其它引腳懸空，此時數(shù)碼管將顯示“2〞。四位共陽數(shù)碼管管腳圖如圖3-6。

4KEIL仿真軟件及Protel99SE的應(yīng)用

4.1KEIL51的應(yīng)用

硬件與軟件的設(shè)計一般都要分別借助一些軟件，如我們尋常用作電路設(shè)計與制版的Protel，MCS-51程序開發(fā)工具KEIL等。

KeilC51uVision2集成開發(fā)環(huán)境是基于80C51內(nèi)核的軟件開發(fā)平臺，支持工程建立、程序的編譯與鏈接、軟件仿真、硬件仿真、目標代碼的生成等功能。KeilC51編譯器在產(chǎn)生代碼的確鑿性和效率方面達到了較高的水平。

與大多數(shù)集成開發(fā)環(huán)境類似，KeilC51集成開發(fā)環(huán)境也是用工程的方法來管理文件，在一個工程文件中源程序（C51程序、匯編程序）、頭文件等都可以進行統(tǒng)一管理。

安裝運行KEIL51，使用KEIL的開發(fā)工具進行工程開發(fā)過程，與其他軟件開發(fā)工程的過程基本上一致：

創(chuàng)立C語言或匯編語言的源程序。編譯或匯編源文件。改正源文件中的錯誤。

從編譯器和匯編器連接目標文件。測試連接的應(yīng)用程序。4.2Protel99SE的應(yīng)用

Protel軟件是由澳大利亞的ProtelTechnolgy公司推出的，一直是從事印刷電路板設(shè)計的首選軟件。在1990年，Protel軟件由DOS平臺發(fā)展到Windos平臺，是世界上第一家運行在Windos平臺的EDA（電子設(shè)計自動化）軟件。Protel99SE是由Protel99版本發(fā)展而來的，是基于Windos環(huán)境下的EDA軟件。Protel99SE主要的功能模塊

電路原理圖(Schematic)設(shè)計模塊。該模塊主要包括設(shè)計原理圖的原理圖編輯器，用于修

改、生成原件符號的元件庫編輯器以及各種報表的生成器。

印刷電路板(PCB)設(shè)計模塊。該模塊主要包括用于設(shè)計電路板的PCB編輯器，用于PCB自動布線的Route模塊。用于修改、生成元件封裝的元件封裝庫編輯器以及各種報表的生成器。

可編程規(guī)律器件（PLD）設(shè)計模塊。該模塊主要包括具有語法意識的文本編輯器、用于編譯和仿真設(shè)計結(jié)果的PLD模塊。

電路仿真(Simulate)模塊。該模塊主要包括一個功能強大的數(shù)/?；旌闲盘栯娐贩抡嫫?，能提供連續(xù)的模擬信號和離散的數(shù)字信號仿真。4.3PCB板的設(shè)計制作

印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件．它提供電路元件和器件之間的電氣連接，是從原理圖到實際產(chǎn)品必經(jīng)的一道設(shè)計工序。PCB設(shè)計的好壞對抗干擾能力影響很大。要使電子電路獲得最正確性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計質(zhì)量好、造價低的PCB．應(yīng)遵循以下一般原則：

布局(1)首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，成本也增加；過小，元器件排列太密集，則會增加布線難度，還會引起相鄰線的干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特別元件的位置。最終，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。

(2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。(3)重量超過15g的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。

(4)以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上．盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

(5)應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

2）布線(1)輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。

(2)電源線和地線的寬度應(yīng)盡量的大，一般在2-3mm以上。(3)PCB布線不可以走成直角，以免產(chǎn)生阻抗突變。

(4)盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。3）焊盤焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。5仿真及調(diào)試過程5.1硬件調(diào)試過程

本次設(shè)計的硬件電路主要由單片機89C58RD+、MAX232和LM386N1的外圍電路組成，在調(diào)試電路的過程中也碰見了一些問題。問題一：單片機無法正常下載程序。調(diào)試步驟：

（1）檢查單片機和串口電路是否連接錯。發(fā)現(xiàn)單片機的18、19腳的印制線接在了17、18腳上，導(dǎo)致晶振無法正常工作。出現(xiàn)錯誤原因則是制作PCB板時，制作板子的人將印制線連錯。解決方法：把17腳的印制線用小刀切斷，再將19腳與晶振用導(dǎo)線連接起來。（2）檢查串口的接口是否連接正確。發(fā)現(xiàn)串口連接線的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送兩端接反了，導(dǎo)致單片機無法接受到數(shù)據(jù)。解決方法：將串口DB9端拆開，把連接2和3腳的數(shù)據(jù)線交換。（3）檢查焊接電路是否有虛焊和漏焊。（4）檢查串口助手的芯片選擇是否正確。

MAX232工作電壓如表6-1所示。表6-1

管腳電壓值（V）管腳電壓值（V）16.6794.7028.7810032.52114.7744.13120.445-4.2513-9.856-8.1614-7.6078.2615080164.79

問題二：下載音頻程序后無法播放音樂。調(diào)試步驟：

檢查電源是否正常接入電路中。

利用示波器測試單片機輸出端是否有信號輸出，發(fā)現(xiàn)信號輸出正常，說明單片機正常工作。

利用示波器測試音頻放大電路輸出端是否有信號輸出，發(fā)現(xiàn)信號輸出正常，說明音頻放大電路工作正常，同時說明是喇叭部分出現(xiàn)了問題。故障原因：焊接時將發(fā)聲器件燒壞了，導(dǎo)致發(fā)不出聲音。解決方案：重新?lián)Q一個8歐姆喇叭，即可正常播放音樂。5.2軟件仿真及調(diào)試過程

本次設(shè)計的軟件部分由時間顯示程序和音樂播放程序組成。

時間顯示程序仿真

對于時間顯示程序，我采用了Preteus軟件來仿真。首先進入Preteu界面，設(shè)計一個簡單的仿真電路，及一個單片機的基本外圍電路，在P0.0-P0.7接一個4位共陰數(shù)碼管和排阻，如圖6-1。最終，把程序調(diào)入單片機中，開始運行。

1）調(diào)試過程中所遇到的問題：運行程序時LED4位共陰數(shù)碼管顯示程亂碼。原因分析：數(shù)碼管初始設(shè)置有錯。

解決方案：重新設(shè)置數(shù)碼管顯示參數(shù)，正確的設(shè)置為{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。2）數(shù)碼管顯示的時間與真正的時間進度不一致。

原因分析：定時器初值設(shè)置有誤。本次設(shè)計的晶振為6MHZ，而程序中的初值卻設(shè)置成了12MHZ晶振所采用的值5