【正文】 第二章 設計原理及總體方案選擇 設計原理 基本原理簡述聲音是通過振動產(chǎn)生的。單片機對某一引腳以一定的頻率循環(huán)置 1 置 0，該引腳便產(chǎn)生一定頻率的方波，方波通過放大，作用于一定的物理實件（蜂鳴器） ，就產(chǎn)生了一定頻率的聲音。若改變輸出方波的頻率，產(chǎn)生的聲音隨之改變。通過控制輸出方波的時間長短，聲音的長短也可以得到控制，因此，根據(jù)樂譜，以類似的音及同樣的節(jié)拍，單片機就可以產(chǎn)生電子音樂。音樂的播放選擇可以通過按鍵的輸入得以實現(xiàn)。為簡便起見，以一定的頻率方波產(chǎn)生的音在其每個周期內(nèi)高低幅值得時間各占一半因此，輸出引腳在每個方波周期內(nèi)要動作兩次：一次升高，一次降低。即輸出引腳的頻率是原音頻率的兩倍。方波的產(chǎn)生由定時器控制。定時器 T0 工作在定時方式 1，改變 TH0 及TL0，產(chǎn)生不同的音頻頻率。必須考慮到中斷響應時間的影響，尤其在高音部分，若忽略中斷響應時間，會使音頻頻率比標準值低幾十 Hz，相當于 1/4 音程，很容易聽出來，對低音部分影響不大。一般中斷響應時間為 3～6 個機器周期，經(jīng)過反復試驗取 5 個機器周期作為校正最為恰當，表 1 中所給的定時初值就是考慮中斷響應后的定時常數(shù)。另外，為避免 T1 中斷可能引起雜音，應將定時器T0 中斷設為高優(yōu)先級。這樣編寫出來的程序播放的音與標準音叉進行差頻校音，非常準確和諧。音樂播放器的基本硬件電路有六部分組成：單片機、時鐘與復位電路、選擇按鍵輸入電路、音頻發(fā)生器、音頻放大器和揚聲器。音樂播放器硬件電路設計框圖如圖 所示。圖 音樂播放器硬件電路設計框圖時鐘與復位電路按鍵輸入歌曲選擇電路單片機音頻發(fā)生器音頻放大器 蜂鳴器LCD 液晶顯示屏顯示東北大學課程設計 利用單片機內(nèi)部定時器/計數(shù)器 T0 與 引腳配合，構成音頻發(fā)生器，與外置電路組成音頻放大器，驅動揚聲器輸出。LCD 液晶模塊以并行方式與微控制器相連，15 腳接高電平為并行方式，通過送入指令和數(shù)據(jù)，可對顯示方式和顯示內(nèi)容做出選擇。 關于音樂的原理知識 在音樂中使用的各個固定頻率的音叫音級 [1]。常用符號C、D、E、F、G、A、B、c、d、e、……a b c d 2……表示，它們對應于鋼琴上的白鍵。兩音之間音高的距離叫音程。在上述音級中，E 與 F、B 與 C 之間音高的距離僅為其它相鄰音級之間距離的一半，稱它們之間的音程為半音音程，而稱其它相鄰各音之間的距離為全音音程。在這些全音音程之間又加入新的半音音級，用符號﹟C、﹟D、﹟F、﹟G、﹟A、﹟c、﹟d、﹟f、……表示，對應于鋼琴上的黑鍵。音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示。休止符表示暫停發(fā)音。表 各音符及對應頻率音符 低 DO 低DO 低 RE 低RE 低 MI 低 EA簡譜碼 DO_L DO_L RE_L RE_L MI_L FA_L頻率 262HZ 277HZ 294HZ 311HZ 330HZ 349HZ音符 低FA 低 SO 低SO 低 LA 低LA 低 SI簡譜碼 FA_L SO_L SO_L LA_L LA_L SI_L頻率 370HZ 393HZ 415HZ 440HZ 466HZ 494HZ音符 中 DO 中DO 中 RE 中RE 中 MI 中 EA簡譜碼 DO DO RE RE MI FA頻率 523HZ 554HZ 587HZ 622HZ 659HZ 698HZ音符 中FA 中 SO 中SO 中 LA 中LA 中 SI簡譜碼 FA SO SO LA LA SI頻率 740HZ 785HZ 831HZ 880HZ 932HZ 988HZ音符 高 DO 高DO 高 RE 高RE 高 MI 高 EA簡譜碼 DO_H DO_H RE_H RE_H MI_H FA_H頻率 1047HZ 1109HZ 1174HZ 1245HZ 1318HZ 1397HZ音符 高FA 高 SO 高SO 高 LA 高LA 高 SI簡譜碼 FA_H SO_H SO_H LA_H LA_H SI_H頻率 1480HZ 1568HZ 1661HZ 1760HZ 1865HZ 1976HZ每個音符分為簡譜碼和節(jié)拍碼。簡譜碼為 D0L 到 SIH，節(jié)拍碼為 1 到16。對應的節(jié)拍表如表 所示。對應的拍子： 2/2。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。以二分音符為一拍，每小節(jié)有兩拍（二分音符代表一拍）東北大學課程設計 2/4。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。以四分音符為一拍，每小節(jié)有兩拍（四分音符代表一拍）3/4。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。以四分音符為一拍，每小節(jié)有三拍（四分音符代表一拍）4/4。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。以四分音符為一拍，每小節(jié)有四拍（四分音符代表一拍）表 節(jié)拍表拍數(shù) 字符 拍數(shù) 字符 1/8 00H 2 08H 1/4 01H 5/2 09H 1/2 02H 3 0AH 3/4 03H 7/2 0BH 1 04H 4 0CH 5/4 05H 5 0DH 3/2 06H 6 0EH 7/4 07H 8 0FH 設計方案的擬定和選擇實現(xiàn) 2 個按鍵選擇 10 首歌曲，能夠實現(xiàn)音樂播放。演奏通過按鍵來停止，在 LCD 上顯示演奏歌曲的名稱。簡單說明：控制鍵盤，使其 IRQ 引腳接單片機的外部中斷 0，一旦有鍵按下就對應一首曲播放目。停止按鍵可以使用外部中斷 1 來實現(xiàn)。關于 LCD 采用的是并行接法傳輸數(shù)據(jù)，查找漢字碼表找出各首歌名的對應數(shù)碼，軟件中用數(shù)組存儲即可，一個歌名用一個數(shù)組，根據(jù)按鍵可以把存儲各首歌名數(shù)碼的數(shù)組首地址傳給全局指針，調(diào)用顯示函數(shù)即可顯示相應的歌名。各音調(diào)對應的定時器初始裝載表也以數(shù)組的形式按升調(diào)順序存儲，并按前面所述將各歌曲的對應音調(diào)和節(jié)拍存儲在數(shù)組中，有按鍵按下時，將對應歌曲的數(shù)組首地址傳給全局指針，利用相應的處理函數(shù)調(diào)出音調(diào)對應的定時器裝載值表，給定時器裝載初值并啟動，產(chǎn)生控制揚聲器的方波，根據(jù)低半字節(jié)控制延時時間，即音調(diào)的發(fā)音長短。能夠在播放音樂得同時，實現(xiàn) LCD 同步顯示歌曲的歌名和歌詞內(nèi)容 。 東北大學課程設計 第三章 音樂播放器硬件電路的設計和調(diào)試 硬件原理電路的設計由設計原理框圖 ，分別設計相應模塊，構成原理圖。 時鐘與復位模塊由電容，電位器，按鍵組成復位電路部分，該電路接于單片機的 RESET 端可以通過按鍵達到手動復位的效果，也可以通過電位器和電容組成上電復位電路。通過復位電路使單片機回到初始狀態(tài)。圖 復位電路和晶振時鐘電路東北大學課程設計 按鍵選擇模塊1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 2May2020 Sheet of File: G:\一一一一一一\一一一一一一一一一\一一一一一一一\一一一一一一 一一一\一一一一一一 一一一\ By: RST9 (RXD)10(TXD)11 (INT0)12(INT1)13 (T0)14(T1)15 (WR)16(RD)17 XTAL218XTAL119 GND20 (A8) (A9) (A10)(A11) 24(A12) (A13)(A14) 27(A15) 28PSEN29ALE/PROG 30EA/VPP 33 36 39VCC 40U1STC89C52K1一一一K2一一一圖 按鍵選擇模塊 通過 74LS138 與 口、按鍵公共端及按鍵和 P1 口相連，構成按鍵選擇模塊。 口輸出 0 時，選擇左邊 8 個鍵， 口輸出 1 時，選擇右邊 8 八個鍵。是某個鍵按下可由 P1 口讀取。 音頻發(fā)生及放大器模塊由非門（74LS04） ，三極管（9014） ，蜂鳴器，電阻組成的外部驅動發(fā)音電路。該電路部分接于 口，經(jīng)過外部非門和三極管的驅動，通過揚聲器發(fā)出音樂。1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 2May2020 Sheet of File: G:\一一一一一一\一一一一一一一一一\一一一一一一一\一一一一一一 一一一\一一一一一一 一一一\ By: RST9 (RXD)10(TXD)11 (INT0)12(INT1)13 (T0)14(T1)15 (WR)16(RD)17 XTAL218XTAL119 GND20 (A8) (A9) (A10)(A11) 24(A12) (A13)(A14) 27(A15) 28PSEN29ALE/PROG 30EA/VPP 33 36 39VCC 40U1STC89C52Q18550R2U1BUZZERVCC圖 音頻發(fā)生與放大電路東北大學課程設計 LCD 顯示模塊 由 LCD1602，按鍵和保護電阻組成的外部擴展電路。其工作過程是通過單片機 、 和 接于 LCD1602，使其接收單片機由使用者通過按鍵發(fā)來的信息，顯示歌曲名稱，在沒有設備啟動沒有按鍵工作時顯示“按鍵選擇歌曲” ，當有按鍵工作后，設備播放歌曲同時顯示歌曲序號及歌曲名稱。1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 2May2020 Sheet of File: G:\一一一一一一\一一一一一一一一一\一一一一一一一\一一一一一一 一一一\一一一一一一 一一一\ By:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16J1LCD1602a b c d e f g hR1103VCCP1.6P1.7P2.7 電路原理圖綜合以上功能模塊，連接于單片機，繪制原理圖如圖 所示。東北大學課程設計 1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 2May2020 Shet of File: G:\一一一一一一\一一一一一一一一一\一一一一一一一\一一一一一一 一一一\一一一一一一 一一一\ By: RST9(RXD)10 (TXD)1 (INT0)12(INT1)13 (T0)14 (T1)15(WR)16 (RD)17 XTAL218XTAL119 GND20 (A8) (A9) (A10) (A11)(A12) (A13) 26(A14) (A15) 28PSEN29ALE/PROG 30EA/VP 31 36 39VC 40U1STC89C52123456789RP1103VCabcdefgh1234567891011213141516J1LCD1602abcdefghR1103VCU1BUZERK1一一一K2一一一R310KK3一一C12uFVCY112MC23PC33PVC圖 音樂播放器電路原理圖 ATMEL 89C51 簡介 AT89C51 單片機AT89C51 是美國 ATMEL 公司推出的系列單片機，將多種功能的 8 位 CPU 與FPEROM（快閃可編程/擦除只讀存儲器）結合在一個芯片上，是一種低功耗、高性能的 CMOS 控制器，為很多嵌入式控制應用提供了非常靈活而又價格適宜的方案，其性能價格比遠高于同類芯片。它與 MCS51 指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi) FPEROM允許對程序存儲器在線重復編程，也可用常規(guī)的 EPROM 編程器編程，可循環(huán)寫入/擦除 1000 次。89C51 內(nèi)含 4KB 的 FPEROM，一般的 EEPROM 的字節(jié)擦除時間和寫入時間基本上均為 10ms，對于任一個實時控制系統(tǒng)來說，這樣長的時間是不可能在線修改程序的。東北大學課程設計 單片機 CPU 結構 圖 單片機 CPU 結構 AT89C51 用戶系統(tǒng)? CPU 為 Atmel 公司生產(chǎn)的 89C51/89C