基于单片机的音乐播放系统

Protel软件及单片机技术综合训练音乐播放系统设计李凯龙目录摘要..............................................................11绪论..............................................................11.1功能需求....................................................22硬件设计..........................................................22.1音乐播放系统的电路原理图....................................22.2电源输入的电路原理图........................................32.3晶振电路....................................................33系统工作原理......................................................43.1系统的总体方案设计..........................................43.2主控芯片AT89C51简介........................................44线路连接..........................................................55软件设计..........................................................65.1主程序流程图................................................66调试与故障分析....................................................86.1软件程序调试....................................................86.2硬件电路调试................................................87结论..............................................................98致谢..............................................................9参考文献...........................................................10附录一：电路图.....................................................11附录二：主程序.....................................................11Protel软件及单片机技术综合训练1摘要本文将介绍一种以89C51型单片机为基础元件设计的自动音乐播放器。在当今这个科技高速发展的时代，生活节奏的加快，人们长期处于工作、学习压力过大的状态，对于调节心理压力而言音乐对于每一个人都十分重要，由此音乐播放器在国内已经开始普及。校园里的上下课的铃声，宿舍内早晨的起床号声音，都由以前枯燥刺耳的铃音转变成了好听的音乐，公路、广场中的计时装置也逐渐开始采用音乐来充当铃声。此装置不仅为人们日常生活的计时提供了方便，同时也为目前快节奏的生活带来了乐趣。本文是应用MCS-51单片机原理和控制理论设计音乐演奏控制器的硬件电路，并利用C语言进行程序设计。通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动蜂鸣器发出不同音调的音乐，再利用延迟来控制发音时间的长短。把乐谱转化成相应的定时常数就可以从发音设备中演奏出悦耳动听的音乐。这种控制电路结构简单，可读性高,应用性强；软件程序适应范围广，对于不同的音乐只需要改变相应的定时常数即可。关键词：音乐播放器，51单片机，C语言1绪论单片机，更确切地说应称为作微控制器，是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，其特点是功能强、体积小、可靠性高、价格低廉。它一面世便在工业控制、数据采集、智能仪表化、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化程度。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。本次设计以89C51单片机为基础，利用单片机编成技术对芯片进行功能设定，实现音乐的播放。同时，利用单片机的定时器中断，在单片机内部产生所需要的音乐频率，并通过音频功率放大器将音频信号放大，通过蜂鸣器连续播放一段音乐。此设计通过多次测试，音乐声音宏亮清晰，节拍正常，达到预期效果。本文将围绕基于单片机的自动音乐播放器，介绍一些关于单片机的基础知识、音乐播放器的制作原理及方法（其中包括了音乐编程原理）、定时器的设定，以及仿真软件（Keil、Protel99SE）的使用方法和相关PCB板的制作。Protel软件及单片机技术综合训练21.1功能需求本设计利用单片机组成音乐播放系统。利用单片机的定时器产生乐谱的各种频率方波信号经过放大后由喇叭发出声音，能够自动连续播放多首乐曲，还能手动选择单曲。2硬件设计2.1音乐播放系统的电路原理图单片机音乐播放器控制系统结构简单，环节较少，因此，单片机音乐播放器包括LED彩灯、数码管的显示。除了播放音乐有按键外，其余的硬件组成大体相同。对于单片机音乐播放器声音的读出除了蜂鸣器以外，还要配置合适的放大器播放出响亮的声音。本系统共有两部分构成，其中硬件部分由电源电路、晶振电路、按键电路、复位电路、时钟电路、发生电路组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、键功能程序、定时中断程序等组成。单片机上位复电后，从头开始执行程序，时钟频率由外部晶振频率提供。电子时钟的电路图由电源输入电路、晶振电路、按键电路、声音播放电路等电路组成。本系统采用AT89C51单片机作为主控制芯片，为了提高计时精度，所采用的晶振频率为12MHz。电子时钟原理图如图1所示。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10GND20Vcc40STC89C51/5289C52RCC110ufS0VCCC330pC230p12MHZD1S1S2S3R510KP32P35P12P32P35P12IN+3IN-2GND4VOUT5GAIN1GAIN8BYPASS7Vcc6386运放LM386C710ufC8100ufC6104C5473VCC+-BEEP0.25WR210KR31KR410321P1POWER112233445566S1SWITCHVCCRT1104VCCR12.2KVCC图1音乐播放系统的电路原理图Protel软件及单片机技术综合训练32.2电源输入的电路原理图音乐播放系统的主控制部分电源需要用5V直流电源供电，把频率为50Hz、有效值为220V过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压，如图2所示。图2电源输入的原理图2.3晶振电路晶振电路如图3所示。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。图3晶振电路Protel软件及单片机技术综合训练43系统工作原理3.1系统的总体方案设计本次设计课题为音乐播放系统的设计，采用AT89C51单片机内部定时器实现数字时钟的定时功能。音乐播放系统的整体框图如图4所示。图4音乐播放的系统整体框图3.2主控芯片AT89C51简介AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。其引脚图如图5所示。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115WR16RD17XTAL218XTAL119GND20A8/P2.021A9/P2.122A10/P2.223A11/P2.324A12/P2.425A13/P2.526A14/P2.627A15/P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp31AD7/P0.732AD6/P0.633AD5/P0.534AD4/P0.435AD3/P0.336AD2/P0.237AD1/P0.138AD0/P0.039VCC40图5AT89C51引脚图Protel软件及单片机技术综合训练54线路连接本课程设计需要用到CPU模块的P1.0、P1.3、P3.2、P3.5、XTAL1、XTAL2、电源VCC、接地GND引脚。电路板由自己焊接好，无需外部扩展。电路原理图如下。图689C51引脚接线图图7声音播放模块、晶振电路、LED模块、按钮模块、电源模块接线图Protel软件及单片机技术综合训练65软件设计5.1主程序流程图一般来说，单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音，即不包含相应幅度的谐振频率。单片机演奏的音乐基本都是单音频率。因此单片机演奏音乐比较简单，只需能清楚“音调”和“节拍”两个概念即可。音调表示一个音符唱多高的频率。节拍表示一个音符唱多长的时间。知道了一个音符的频率后，便可以让单片机发出相应频率的振荡信号，从而产生相应的音符声音。通过单片机的定时器进行定时中断，在中断服务程序中将单片机上完结单片机I/O口来回置高电平或者是低电平的，从而让扬声器发出声音。通过节拍计算出每个音符所需要的时间，采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间，从而构成一首完整的音乐。音调主要由声音的频率决定。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随响度增加而下降，高频纯音的音调却随响度增加而上升。音调的高低还与发声体的结构有关，因为发声体的结构影响了声音的频率。大体上，2000赫兹以下的低频纯音的音调随响度的增加而下降，3000赫兹以上高频纯音的音调随响度的增加而上升。例如，在音乐中常常把中音C上方的A音定位标准高音，其频率F=440HZ，其余音均与其进行比较。F1和F2为两个音符，如果这两个音符的频率相差一倍时，也即F2=2*F1时，则称F2比F1高一个频程。在音乐中音符1与音符2，音符2与音符3……等等之间正