基于单片机音乐盒设计

《单片机技术》课程设计说明书音乐盒院、部：电气与信息工程学院学生姓名：刘泰波指导教师：肖冬瑞职称助教专业：电气工程及其自动化班级：电气本1205班完成时间：2015年6月I摘要随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，经过查阅了众多资料，选取了以STC89C51为系统主控制器，设计过程中硬件系统运用了LM386运算放大器，为扬声器提供一定的输出功率。显示模块采用了数码管、LED二极管实现了播放开机动画、显示点歌曲目和LED花样流水灯的功能。按键模块采用了四脚按键实现了歌曲复位、启动、切换上下曲、停止、转换流水灯模式这些功能。设计过程中系统设计软件主要应用到了编写程序的Keil-c51和电路仿真的Prutues，两者缺一不可。音乐盒的设计过程中实现了具有由几个功能模块就能组成一个小巧简易音乐盒的实际应用意义，不仅有其中的商业利益价值，也有丰富多彩生活的效果。音乐盒体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。关键词：STC单片机，音乐盒，设计，数字式II目录1绪论.....................................................................11.1音乐盒的设计背景与意义..............................................11.2节拍的确定...........................................................11.3论文主要研究内容及结构...............................................22整体方案选择.............................................................32.1方案对比............................................................32.2方案选择.............................................................33系统硬件设计.............................................................43.1系统硬件组成图.......................................................43.2单片机音乐代码转换工具...............................................43.3电源模块.............................................................53.4单片机最小系统介绍...................................................53.4.1时钟电路.......................................................83.4.2复位电路.......................................................83.4.3最小系统.......................................................93.5主控机模块..........................................................103.6音乐机模块..........................................................103.7显示模块............................................................113.8按键模块...........................................................123.9LM386功放模块......................................................144软件工具简介及软件设计说明..............................................164.1软件工具简介........................................................164.1.1Keil_c51......................................................164.1.2Protues.......................................................164.2软件设计说明.......................................................194.2.1主控机主函数程序设计流程图....................................194.2.2音乐机程序设计流程图..........................................204.2.3电路设计仿真图................................................21结束语.....................................................................22参考文献...................................................................23III致谢.....................................................................24附录.....................................................................25附录A：电路原理图（见附页）...........................................25附录B：...............................................................25附录C：...............................................................25附录D：元器件清单.....................................................26附录E：...............................................................2711绪论长久以来，音乐都在我们身边，封建时期的编钟道现在我们的各种各样的音乐播放，而音乐盒在我们日常生活中经常拿来当礼物来赠送，音乐盒悠扬的的乐声，经常勾起人们对美好往事的回忆，甚至魂牵梦萦，坠入时光岁月的追忆中。为了好好利用学到的知识用于自己喜欢的事情中我选择了单片机音乐盒的设计，这让我有回忆起了儿时的美好时光。1.1音乐盒的设计背景与意义音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的钟塔报时，而将大小的钟表装上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。音乐盒有着300多年的发展历史，是人类文明发展的历史见证。传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，使音乐盒的功能更加丰富。1.2节拍的确定一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能象电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和“节拍”。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。在音乐中所谓“音调”，其实就是我们常说的“音高”。在音乐中常把中央C上方的A音定为标准音高，其频率f=440Hz。当两个声音信号的频率相差一倍时，也即f2=2f1时，则称f2比f1高一个倍频程,在音乐中1（do）与，2（来）与……正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度音。在一个八度音内，有12个半音。以1—i八音区为例，12个半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。如果我们只要知道了这十二个音符的音高，也就是其基本音调的频率，我们就可根据倍频程的关系得到其他音符基本音调的频率。知道了一个音符的频后，怎样让单片机发出相应频率的声音呢？一般说来，常采用的方法就是通过单片机的定时器定时中断，将单2片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反，或者说来回清零，置位，从而让蜂鸣器发出声音，为了让单片机发出不同频率的声音，我们只需将定时器予置不同的定时值就可实现。那么怎样确定一个频率所对应的定时器的定时值呢？以标准音高A为例：A的频率f=440Hz,其对应的周期为：T=1/f=1/440=2272μs单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反的时间应为：t=T/2=2272/2=1136μs这个时间t也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。一般情况下，单片机奏乐时定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设振荡器频率为f0，则定时器的予置初值由下式来确定：t=12*（TALL–THL）/f0,式中TALL=216=65536,THL为定时器待确定的计数初值。因此定时器的高低计数器的初值为：TH=THL/256=(TALL–t*f0/12)/256TL=THL%256=(TALL–t*f0/12)%256将t=1136μs代入上面两式（注意：计算时应将时间和频率的单位换算一致），即可求出标准音高A在单片机晶振频率f0=12Mhz，定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的予置初值为：TH440Hz=(65536–1136*12/12)/256=FBHTL440Hz=(65536–1136*12/12)%256=90H根据上面的求解方法，我们就可求出其他音调相应的计数器的予置初值。1.3论文主要研究内容及结构论文设计的是基于STC89C51芯片制作的声光音乐盒，由于一片单片机的定时资源不能够满足声光音乐盒的要求，所以系统主要是应用两个单片机，一个主控机一个音乐机。本设计主要研究电路工作模式下演奏歌曲，数码管显示当前歌曲；按下按键启动键进入演奏音乐模式，按上一曲下一曲来切换歌曲，共三首；按下按键停止键进入播放音乐停止数码管灭显；播放音乐时可以切换流水灯的花样。论文主要分为六部分，各部分内容如下：第一部分：绪论，大体上介绍本篇课程设计音乐盒的背景和设计意义，歌曲节拍的确定介绍和概括本设计论文的主要研究内容及结构。第二部分：对比了