【正文】 單片機(jī)音樂播放器畢業(yè)論文 第 1章 設(shè)計(jì)綜述 單片機(jī)產(chǎn)生音調(diào)的基本原理 音樂播放器是利用單片機(jī)產(chǎn)生樂曲音符 ， 再把樂曲音符翻譯成計(jì)算機(jī)音樂語言 ， 用單片機(jī)進(jìn)行信息處理 ， 再通過蜂鳴器或喇叭放出音樂。 音樂的產(chǎn)生主要是通過單片機(jī)的 I/O 口輸出高低不同的脈沖信號來控制蜂鳴器發(fā)音。要想產(chǎn)生音頻脈沖信號 ， 需要算出某一音頻的周期 (1/頻率 )， 然后將此周期除以 2， 即為半周期的時間。利用單片機(jī)定時器計(jì)時這個半個周期時 間 ， 每當(dāng)計(jì)時到后就將輸出脈沖的I/O 口反相 ， 然后重復(fù)計(jì)時此半周期時間再對 I/O 口反相 ， 這樣就能在此 I/O 口上得到此頻率的脈沖。 通常 ， 利用單片機(jī)的內(nèi)部定時器 0， 工作在方式 1 下 ， 改變計(jì)數(shù)初值 TH0 和 TL0 來產(chǎn)生不同頻率。 對于音樂的節(jié)拍，每個音符使用 1個字節(jié) ， 字節(jié)的高 4 位代表音符的高低 ， 低 4位代表音符的節(jié)拍。如果 1拍為 ， 1/4 拍為 ， 只要設(shè)定延遲時間就可求得節(jié)拍的時間。假設(shè) 1/4 拍為 1DELAY， 那么 1 拍應(yīng)為 4DELAY，以此類推。 所以只要求得 1/4 拍的 DELAY,其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)。 總而 言之，一首樂曲是由音階和節(jié)拍兩大要素構(gòu)成。一首樂曲演奏的原理是：不同音階分別對應(yīng)不同的頻率，發(fā)出不同的音調(diào)，而節(jié)拍則控制發(fā)出音調(diào)時間的長短；若將樂曲的音調(diào)連續(xù)發(fā)出，并使其按相應(yīng)的節(jié)拍變化，即可演奏一首樂曲。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們采用單片機(jī)輔以相應(yīng)的接口來設(shè)計(jì)音樂播放器 [3]。 開發(fā)環(huán)境簡介 隨著單片機(jī)的不斷發(fā)展，以 C為主流的單片機(jī)高級語言也不斷被更多的單片機(jī)愛好者和工程師所喜愛。使用 C語言肯定要使用到 C編譯器，以便把寫好的 C程序編譯為機(jī)器碼 ,這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫好的程序。 KEIL uVISION2是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS51架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體 ,同時還支持 ， PLM，匯編和 C 語言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似 ,界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能 [4]。 本系統(tǒng)采用的開發(fā)環(huán)境為 KEIL uVISION2， 軟件開發(fā)環(huán)境主界面見圖 11。 單片機(jī)音樂播放器畢業(yè)論文 圖 11 KEIL uVISION2 集成開發(fā)環(huán)境主界面 設(shè)計(jì)內(nèi)容與目標(biāo) 本設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為核心。通 過對其定時器的設(shè) 定來實(shí)現(xiàn)音樂的播放，通過對鍵盤的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話， 借助鍵盤可 以向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入程序，置數(shù)、送操作命令、控制程序的執(zhí)行走向等， 并最終通過 LED 顯示器顯示出播放的樂曲。 重點(diǎn)研究內(nèi)容有： 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 鍵盤 電路 的設(shè) 計(jì) 與控制 揚(yáng)聲器控制電路 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) LED 顯示器的驅(qū)動及顯示 定時初值的計(jì)算 軟件模塊的設(shè)計(jì)與編寫 單片機(jī)音樂播放器畢業(yè)論文 第 2章 音樂播放器的功能與組成 音樂播放器的功能 基于單片機(jī)的定時和控制裝置在許多行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，而音樂播放器是其應(yīng)用之一。 在基于單片機(jī)的音樂播放器電路中，除了基本的單片機(jī)系統(tǒng)和外圍電路外，還需要外部的控制和顯示裝置。在本設(shè)計(jì)中，輸入裝置是按鍵開關(guān)，由于控制音樂播放器的運(yùn)行模式，顯示裝置是 LED七段數(shù)碼管 [5]。 此次設(shè)計(jì)的音樂播放器要求具有以下功能： 音樂播放器 按照從頭到尾的順序自動播放預(yù)先設(shè)定的 1～ 4 共 4 首 樂曲，全部樂曲播放完畢則停止 。 音樂播放器 按照從頭到尾的順序自動循環(huán)播放預(yù)先設(shè)定的全部 樂曲。 選定某一樂曲，隨即輸入選定樂曲的序列號 (1～ 4)，即按下 1～ 4 數(shù)字鍵之一， 音樂播放器 對 選定的某一樂曲開始循環(huán)播放 。 選定 某一樂曲，隨即輸入選定樂曲的序列號 (1～ 4)，即按下 1～ 4 數(shù)字鍵之一， 音樂播放器就從選定的 某一樂曲開始播放，按照順序自動播放到最后一首 樂曲，樂曲 播放完畢則停止。 當(dāng)用戶按下暫停鍵時， 音樂播放器打斷正在 播放的某一樂曲，用戶再次按下暫停鍵時，該樂曲繼續(xù) 播放。 當(dāng)用戶按下復(fù)位鍵時， 音樂播放器終止正在 播放的某一樂曲。 音樂播放器的組成 根據(jù)系統(tǒng) 音樂 播放器的功能要求， 一個完整的 音樂播放器電路相當(dāng)于一個簡單的單片機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由按鍵開關(guān)、單片機(jī)、 LED 顯示 電路、揚(yáng)聲器控制電路 4 個方面構(gòu)成。 51 單片機(jī)。 51 單片機(jī)為整個系統(tǒng)的核心部分，是 帶動 整個系統(tǒng) 工作的重要部件。 鍵盤輸入 。鍵盤輸入用來控制輸入指令，發(fā)出指令至單片機(jī)，使單片機(jī)按照指令工作。 揚(yáng)聲器 。揚(yáng)聲器作為輸出部分按照鍵盤給單片機(jī)的指令發(fā)出樂曲。 LED 顯示電路。 LED 顯示器也作為輸出部分，按照鍵盤給單片機(jī)的指令，顯示正在演奏的樂曲。 單片機(jī)音樂播放器畢業(yè)論文 音樂 播放器的系統(tǒng)組成框圖 如 圖 21所示： 圖 21 音樂 播放器的系統(tǒng)組成框圖 CPU AT89C51 鍵盤輸入 揚(yáng)聲器 LED顯示電路 單片機(jī)音樂播放器畢業(yè)論文 第 3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的功能與組成，進(jìn)行系統(tǒng)分析 ，系統(tǒng)除 CPU 核心部分外還需要與鍵盤連接以接收輸入指令，連接 LED 顯示器將要演奏的樂曲序號顯示出來，通過連接揚(yáng)聲器使其發(fā)出音樂。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 音樂播放器 的工作 原理 音樂 播放器可利用單片機(jī)的定時器構(gòu)成電子振蕩器來發(fā)聲 。振蕩器是電子樂曲播放器的聲源，專門用來制造音響，也稱信號發(fā)生器，其作用相當(dāng)于常規(guī)樂器的琴弦、簧片、哨片。振蕩器在 音樂 播放器的應(yīng)用中有兩個特點(diǎn)，可產(chǎn)生聲音的頻率與不同波形的振蕩 。通過對單片機(jī)的定時器設(shè)置不同的定時初值，可發(fā)出音樂的不同音階 ， 通過調(diào)整振蕩波形與泛音的分布，可產(chǎn)生和變換各種音色。 在我們所設(shè)計(jì)的 音樂 播放器中，是通過單片機(jī)的定時器，產(chǎn)生不同頻率的方波信號，而沒有調(diào)整振蕩波形，因此 音樂 播放器發(fā)出的聲音，是矩形波產(chǎn)生的音響，純粹的矩形波聲音類似于單簧管的音色。 一首樂曲演奏的原理是：一首樂曲是由音階和 節(jié)拍兩大要素構(gòu)成，不同音階分別對應(yīng)不同的頻率，發(fā)出不同的音調(diào)，而節(jié)拍則控制發(fā)出音調(diào)時間的長短；若將樂曲的音調(diào)連續(xù)發(fā)出，并使其按相應(yīng)的節(jié)拍變化，即可演奏一首樂曲。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們采用單片機(jī)輔以相應(yīng)的接口來設(shè)計(jì) 音樂 播放器。 晶振、復(fù)位電路 單片機(jī) 鍵盤輸入控制 LED 顯示電路 揚(yáng)聲器 單片機(jī)音樂播放器畢業(yè)論文 音階對應(yīng)頻率 計(jì)數(shù) 初值的計(jì)算 單片機(jī)的振蕩頻率為 fosc＝ 12MHz ，通過定時器 T0 溢出后對 口取反產(chǎn)生方波，故定時器溢出時間為 1/2f 。 由：nos ffX ???? 2112)2( 16 ， 則 定時初值為 ： 162 24osnfX f?? 以音階“ 1”為例： f＝ 523 Hz，則 T＝ 1/f 定時初值： 61 6 1 6 1 2 1 02 2 6 4 5 8 0 4 42 4 2 4 5 2 3o s nfX F C Hf ?? ? ? ? ? ?? 用同一方法可求出其它音階所對應(yīng)的頻率定時初值，將其制表放在程序中，通過查表向定時器 T0 裝 入所要求的定時初值，即可產(chǎn)生某一音階所對應(yīng)的頻率的方波信號。 C調(diào) 的音階及其頻率、在單片機(jī)中的定時初值對應(yīng)如下： 音 名 C D E F G A B 簡譜音階 1 2 3 4 5 6 7 頻率 / Hz 262 294 330 349 392 440 494 定時初值 63628 63835 64021 64103 64260 64400 64524 表中序號 1 2 3 4 5 6 7 音 名 C D E F G A B 簡譜音階 1 2 3 4 5 6 7 頻率 / Hz 523 587 659 698 784 880 988 定時初值 (Hex) 64580 64684 64777 64820 64898 64968 65030 表中序號 8 9 10 11 12 13 14 音 名 C D E F G A B 簡譜音階 1 2 3 4 5 6 7 頻率 / Hz 1046 1175 1318 1397 1568 1760 1967 定時初值 (Hex) 65058 65110 65157 65178 65217 65252 65283 表中序號 15 16 17 18 19 20 21 樂 曲節(jié)拍的計(jì)算 取樂曲節(jié)拍的長度為 ，即 1拍＝ ，由定時器 T1 控制延時。設(shè)置定時器 T1單片機(jī)音樂播放器畢業(yè)論文 的定時中斷 T＝ 50ms ，采用定時方式 1。 由： TfX osc ??? 12)2( 16 ，則定時初值 X＝ 3C0BH 因此 1 拍＝ ＝ 8*50ms，即通過定時器 T1 的定時中斷 8 次，產(chǎn)生 8*50ms 的定時，就可以滿足 1 節(jié)拍的定時要求。以此類推，通過定時中斷 N 次，可產(chǎn)生 N*50ms 的定時以滿足 1/4 拍、 1/2 拍、 1拍、 2拍等不同節(jié)拍的定時要求。由此可知 ， 節(jié)拍值只能是整數(shù)值。不同節(jié)拍在單片機(jī)中的中斷次數(shù) (音長 )對應(yīng)如下： 節(jié) 拍 1/8 1/4 1/2 3/4 1 3/2 2 3 4 時間長度 音長 (Dec) 1 2 4 6 8 12 16 24 32 音長 (Hex) 01H 02H 04H 06H 08H 0CH 10H 18H 20H 樂譜在程序中的編制 將樂譜轉(zhuǎn)換為代碼，應(yīng)包含樂曲的總長度、音階、音長 (節(jié)拍 )等信息。 具體設(shè)計(jì)如下： (1) 將音階代碼組成一個字節(jié)，節(jié)拍代碼組成一個字節(jié)，按照：音階代碼，節(jié)拍代碼，音階代碼，節(jié)拍代碼 ?? 的順序，將