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摘 要

單片微型計算機室大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計算機它具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點。他的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項重大課題。我們對于電子琴如何實現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強弱控制、節(jié)拍器、自動放音功能等等也很好奇。

音樂盒是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89C51單片機為核心控制元件，設(shè)計一個音樂盒。以單片機作為主控核心，與鍵盤揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有8個按鍵，和一個復(fù)位按鍵。

利用單片機產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏要表達的音符。并且分別從原理圖，主要芯片，個模塊原理及各規(guī)模的程序的調(diào)試來詳細闡述。一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，構(gòu)成我們想演奏的那首曲目。當然對于單片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系編寫正確就可以達到我們想要的曲目。在此基礎(chǔ)上，所做音樂盒得到了應(yīng)有的按鍵發(fā)音效果。

關(guān)鍵詞：AT89C51；音色；自動放音

目錄

摘 要 PAGEREF _Toc32730 \h I

1 概述 PAGEREF _Toc29953 \h 1

1.1設(shè)計背景 1

1.2設(shè)計意義 1

1.3設(shè)計目標 1

2方案總體設(shè)計 PAGEREF _Toc9341 \h 2

2.1總體設(shè)計 2

2.2方案工作原理 2

3硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc18097 \h 3

3.1 AT89C51芯片 3

3.2 單片機復(fù)位 3

3.3 單片機晶振 4

3.4 電源指示燈 4

3.5 數(shù)碼管 4

3.6 蜂鳴器 5

3.7 獨立連接式按鍵 6

4 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc13214 \h 6

4.1 系統(tǒng)流程 6

4.2 延時源代碼 7

4.3 發(fā)音源代碼 7

4.4 按鍵源代碼 8

5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 PAGEREF _Toc13123 \h 8

5.1 Proteus 8

5.2 軟件調(diào)試 8

5.3 硬件調(diào)試 10

6運行結(jié)果分析 PAGEREF _Toc26082 \h 10

6.1 仿真圖 10

6.2 運行結(jié)果 11

6.3 運行分析 11

總結(jié) PAGEREF _Toc11442 \h 12

參考文獻 PAGEREF _Toc21271 \h 13

1 概述

1.1設(shè)計背景

隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來一點生活上的樂趣。基于當前市場上的玩具市場需求量大，其中音樂盒就是一個很好的應(yīng)用方面。單片機技術(shù)使我們可以利用軟硬件實現(xiàn)音樂盒的功能，從而實現(xiàn)電子琴的微型化，可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。并且可以進行一定的功能擴展。鑒于傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的鍵演奏哆、來、米、發(fā)、索、拉、西，哆，從而可以用來彈奏喜歡的樂曲。

1.2設(shè)計意義

該音樂盒設(shè)計具有以下優(yōu)點：

1、可以方便得知播放的音符和音調(diào)；

2、比傳統(tǒng)電子琴功能更完善；

3、制作簡單，成本低。

1.3設(shè)計目標

由于本設(shè)計主要用于人們娛樂方面，因此在設(shè)計上盡量使其安全以及簡單易操作。其次，在這次設(shè)計可行性上進行分析如下:

經(jīng)濟可行性:所謂經(jīng)濟可行性，即在這次設(shè)計上需要投入資金的多少，由于課程設(shè)計是提高我們的動手能力以及資金有限。因此在經(jīng)濟.上必須能夠承受，比較理想化的對于我們課程設(shè)計來說是不可行的。通過分析后，無論是在器件價格或是常見度.上均是可行的。

技術(shù)可行性:技術(shù)可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順利開展并完成課程設(shè)計的主要問題，硬件、軟件能否滿足設(shè)計者的需要等。通過分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。

綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計目標已經(jīng)明確，在經(jīng)濟與技術(shù)上均可行，因此本系統(tǒng)的開發(fā)是完全可行的。

2方案總體設(shè)計

本次課程設(shè)計的課題是基于51單片機的電子琴的設(shè)計，所要達到的要求如下:

1、利用蜂鳴器作為發(fā)聲部件。

2、一個數(shù)碼管作為顯示部件。

3、設(shè)置8個按鍵，實現(xiàn)高音、中音、低音的DO，RE，MI，FA，SO，LA，XI，DO的發(fā)音。

本次設(shè)計主要是要通過軟硬件的配合實現(xiàn)音樂盒的上述功能，操作人員可以通過按下鍵盤上任意一個鍵來發(fā)出相應(yīng)的音符。

2.1總體設(shè)計

圖2-1 單片機總體框架圖

2.2方案工作原理

由AT89C51的P1口8個按鍵控制DO，RE，MI，FA，SO，LA，XI，DO的各個音符，在由位于P0口的一位數(shù)碼管顯示出來，同時位于P3^7口的蜂鳴器發(fā)出聲音。

發(fā)音原理：若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期，再將周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器記時半周期時間，每當記時終止后就將P3^7反相，然后記時再反相。就可在P3^7上得到此頻率的脈沖。利用STC89C52的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式下，改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階。

3硬件設(shè)計

3.1 AT89C51芯片

AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(00H-7FH為片內(nèi)RAM，80H-FFH為特殊功能寄存器SFR)，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。單片機引腳圖如圖2所示：

圖3-1 AT89C51

3.2 單片機復(fù)位

1、復(fù)位功能：單片機復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始。

2、復(fù)位原理：單片機復(fù)位時只要保持RST引腳接2us的高電平即可。在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。

3.3 單片機晶振

外接晶振引腳XTAL1和TXAL2接外部晶振和微調(diào)電容的一端。振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。晶振電路結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率。晶振提高頻率越高，單片機運行速度越快。單片機一切指令的執(zhí)行都是建立在晶振提供的時鐘頻率上。

圖3-3 晶振電路圖

3.4 電源指示燈

電源指示燈部分包括一個開關(guān)，發(fā)光二級管和限流電阻。當電源接通時發(fā)光二級管點亮，表明電路已上電。

3.5 數(shù)碼管

數(shù)碼管的一種是半導(dǎo)體發(fā)光器件，數(shù)碼管可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，區(qū)別在于八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個用于顯示小數(shù)點的發(fā)光二極管單元DP（decimal point），其基本單元是發(fā)光二極管。七段數(shù)碼管是基于發(fā)光二極管(LED)封裝的顯示器件，分為共陽極和共陰極2種結(jié)構(gòu)。

七段數(shù)碼管分為共陽極及共陰極，共陽極的七段數(shù)碼管的正極（或陽極）為八個發(fā)光二極管的共有正極，其他接點為獨立發(fā)光二極管的負極（或陰極），使用者只需把正極接電，不同的負極接地就能控制七段數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字。共陰極的七段數(shù)碼管與共陽極的只是接駁方法相反而已。

圖3-5 數(shù)碼管電路圖

3.6 蜂鳴器

蜂鳴器是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號的器件，常用來產(chǎn)生設(shè)備的按鍵音、報警音等提示信號。蜂鳴器按驅(qū)動方式可分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器；有源蜂鳴器：內(nèi)部自帶振蕩源，將正負極接上直流電壓即可持續(xù)發(fā)聲，頻率固定。無源蜂鳴器：內(nèi)部不帶振蕩源，需要控制器提供振蕩脈沖才可發(fā)聲，調(diào)整提供振蕩脈沖的頻率，可發(fā)出不同頻率的聲音。蜂鳴器有正負極，頂部印有+號的為正極，若蜂鳴器引腳沒剪，則長的為正極。

圖3-6 蜂鳴器電路

3.7 獨立連接式按鍵

獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，然而，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。

圖3-7 按鍵電路圖

4 軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)流程

圖4-1 程序流程圖

4.2 延時源代碼

void DelayMS(uint x){uchar t;while(x--) for(t=0;t<120;t++);}

4.3 發(fā)音源代碼

void Play(uchar y){uchar i;for(i=0;i<100;i++){BEEP=~BEEP;DelayMS(y);}BEEP=1;}

4.4 按鍵源代碼

if(K1==0){DelayMS(10); if(K1==0){num=1;P0=table[num];Play(1);}while(!K1);}

5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

5.1 Proteus

Proteus是功能強大的單片機仿真軟件。Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點：（1）能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)模混合電路；（2）能繪制原理圖、PCB圖；（3）幾乎包括實際中所有使用的儀器（4）其最大的亮點在于能夠?qū)纹瑱C進行實物級的仿真。從程序的編寫，編譯到調(diào)試，目標版的仿真一應(yīng)俱全。支持匯編語言和C語言的編程。還可配合Keil C實現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào)試，將Proteus中繪制的原理圖作為實際中的目標板，而用Keil C集成環(huán)境實現(xiàn)對目標板的控制，與實際中通過硬件仿真器對目標板的調(diào)試幾乎完全相同。

5.2 軟件調(diào)試

調(diào)試主要方法和技巧：通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具有至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序進行分別調(diào)試。

圖5-2 生成相應(yīng)程序的HEX軟件

將生成的hex放在Proteus的AT89C51中：

圖5-4 將hex文件放入到仿真中

5.3 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試是針對單片機部分進行的調(diào)試。

在上電之前，先確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況的任務(wù)。注意焊點之間，確保焊點沒有短接在一起，同時注意焊點的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。

在確保硬件電路正常且無異常情況（短路或斷路）的情況下方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的口的是檢測單片機控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和音頻轉(zhuǎn)換電路硬件調(diào)試。（1）數(shù)碼管LED電路調(diào)試：接通電源，隨機按下按鈕可以看到數(shù)碼福安顯示數(shù)字。（2）鍵盤單片機控制部分調(diào)試：上電后，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應(yīng)的音正確。

6運行結(jié)果分析

6.1 仿真圖

圖6-1 仿真圖

6.2 運行結(jié)果

圖6-2 運行結(jié)果

6.3 運行分析

總體來說，此次單片機課程設(shè)計功能基本完成，雖然課程設(shè)計的過程中遇到了很多困難與問題，但是最終還是完成了設(shè)計的任務(wù)及要求。具體來說可以分為以下幾點：

優(yōu)點：整體各元器件布局清晰，各個程序模塊運行順利，功能基本完成。發(fā)音時可以顯示該音符。

缺點：該音樂盒功能相對比較少，保存的歌曲較少，發(fā)的音節(jié)也只有哆、來、米、發(fā)、索、拉、西，哆。

總結(jié)

這次課程設(shè)計中，經(jīng)過努力，在仿真軟件實現(xiàn)了8個音符的發(fā)聲，有了一定的成就感，也使我進一步熟悉和掌握了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解了單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟，掌握了單片機仿真軟件Proteus的使用方法和鍵盤、顯示器在的單片機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。總之，通過這次課程設(shè)計，我清楚明白了自己的能力有多深，想提高還得歸于多鍛煉，多動手，多向別人學(xué)習(xí)。

尤其在做各種東西時應(yīng)該要特別的仔細小心，對于一些軟件來說，就必須了解軟件各個方面的性質(zhì)，不然，在一些小問題中也有可能造成不必要的錯誤。另外，自己在理解老師所說的很多東西方面還不是很成熟，經(jīng)常會反復(fù)去查閱資料，其原因都是自己沒有仔細去揣摩老師上課所講知識的意思，導(dǎo)致自己無法理解。終上所述，這都是應(yīng)該值得去注意和深思的，在做任何意見事情時，都要用百分百的態(tài)度去完成它，不能粗心大意了，不然有可能會浪費無比多的時間在一些不該出現(xiàn)的小問題上。從這次課程設(shè)計中不僅學(xué)到了很多做事的方法也學(xué)到了許多對人生應(yīng)有的態(tài)度。受益匪淺。

參考文獻

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[2] 王東峰等.單片機C語言應(yīng)用100例[M].電子工業(yè)出版社,2009.

[3] 馬忠梅等.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

[4] 王晉凱.簡簡單單學(xué)通51單片機開發(fā) [M].清華大學(xué)出版社,2014.

[5] 夏繼強.單片機實驗[M].北京: 航空航天大學(xué)出版社,2001.

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于51单片机带显示器的音乐盒设计的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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