【正文】 第二章 設(shè)計(jì)原理及總體方案選擇 設(shè)計(jì)原理 基本原理簡(jiǎn)述聲音是通過(guò)振動(dòng)產(chǎn)生的。單片機(jī)對(duì)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(guò)放大，作用于一定的物理實(shí)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(guò)控制輸出方波的時(shí)間長(zhǎng)短，聲音的長(zhǎng)短也可以得到控制，因此，根據(jù)樂(lè)譜，以類似的音及同樣的節(jié)拍，單片機(jī)就可以產(chǎn)生電子音樂(lè)。音樂(lè)的播放選擇可以通過(guò)按鍵的輸入得以實(shí)現(xiàn)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，以一定的頻率方波產(chǎn)生的音在其每個(gè)周期內(nèi)高低幅值得時(shí)間各占一半因此，輸出引腳在每個(gè)方波周期內(nèi)要?jiǎng)幼鲀纱危阂淮紊撸淮谓档?。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(shí)器控制。定時(shí)器 T0 工作在定時(shí)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(yīng)時(shí)間的影響，尤其在高音部分，若忽略中斷響應(yīng)時(shí)間，會(huì)使音頻頻率比標(biāo)準(zhǔn)值低幾十 Hz，相當(dāng)于 1/4 音程，很容易聽(tīng)出來(lái)，對(duì)低音部分影響不大。一般中斷響應(yīng)時(shí)間為 3～6 個(gè)機(jī)器周期，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)取 5 個(gè)機(jī)器周期作為校正最為恰當(dāng)，表 1 中所給的定時(shí)初值就是考慮中斷響應(yīng)后的定時(shí)常數(shù)。另外，為避免 T1 中斷可能引起雜音，應(yīng)將定時(shí)器T0 中斷設(shè)為高優(yōu)先級(jí)。這樣編寫(xiě)出來(lái)的程序播放的音與標(biāo)準(zhǔn)音叉進(jìn)行差頻校音，非常準(zhǔn)確和諧。音樂(lè)播放器的基本硬件電路有六部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘與復(fù)位電路、選擇按鍵輸入電路、音頻發(fā)生器、音頻放大器和揚(yáng)聲器。音樂(lè)播放器硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖 所示。圖 音樂(lè)播放器硬件電路設(shè)計(jì)框圖時(shí)鐘與復(fù)位電路按鍵輸入歌曲選擇電路單片機(jī)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(xué)課程設(shè)計(jì) 利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0 與 引腳配合，構(gòu)成音頻發(fā)生器，與外置電路組成音頻放大器，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)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(guò)送入指令和數(shù)據(jù)，可對(duì)顯示方式和顯示內(nèi)容做出選擇。 關(guān)于音樂(lè)的原理知識(shí) 在音樂(lè)中使用的各個(gè)固定頻率的音叫音級(jí) [1]。常用符號(hào)C、D、E、F、G、A、B、c、d、e、……a b c d 2……表示，它們對(duì)應(yīng)于鋼琴上的白鍵。兩音之間音高的距離叫音程。在上述音級(jí)中，E 與 F、B 與 C 之間音高的距離僅為其它相鄰音級(jí)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(jí)，用符號(hào)﹟C、﹟D、﹟F、﹟G、﹟A、﹟c、﹟d、﹟f、……表示，對(duì)應(yīng)于鋼琴上的黑鍵。音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)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(duì)應(yīng)頻率音符 低 DO 低DO 低 RE 低RE 低 MI 低 EA簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)譜碼 FA_H SO_H SO_H LA_H LA_H SI_H頻率 1480HZ 1568HZ 1661HZ 1760HZ 1865HZ 1976HZ每個(gè)音符分為簡(jiǎn)譜碼和節(jié)拍碼。簡(jiǎn)譜碼為 D0L 到 SIH，節(jié)拍碼為 1 到16。對(duì)應(yīng)的節(jié)拍表如表 所示。對(duì)應(yīng)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(xué)課程設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)方案的擬定和選擇實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)按鍵選擇 10 首歌曲，能夠?qū)崿F(xiàn)音樂(lè)播放。演奏通過(guò)按鍵來(lái)停止，在 LCD 上顯示演奏歌曲的名稱。簡(jiǎn)單說(shuō)明：控制鍵盤(pán)，使其 IRQ 引腳接單片機(jī)的外部中斷 0，一旦有鍵按下就對(duì)應(yīng)一首曲播放目。停止按鍵可以使用外部中斷 1 來(lái)實(shí)現(xiàn)。關(guān)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(duì)應(yīng)數(shù)碼，軟件中用數(shù)組存儲(chǔ)即可，一個(gè)歌名用一個(gè)數(shù)組，根據(jù)按鍵可以把存儲(chǔ)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(yīng)的歌名。各音調(diào)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器初始裝載表也以數(shù)組的形式按升調(diào)順序存儲(chǔ)，并按前面所述將各歌曲的對(duì)應(yīng)音調(diào)和節(jié)拍存儲(chǔ)在數(shù)組中，有按鍵按下時(shí)，將對(duì)應(yīng)歌曲的數(shù)組首地址傳給全局指針，利用相應(yīng)的處理函數(shù)調(diào)出音調(diào)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器裝載值表，給定時(shí)器裝載初值并啟動(dòng)，產(chǎn)生控制揚(yáng)聲器的方波，根據(jù)低半字節(jié)控制延時(shí)時(shí)間，即音調(diào)的發(fā)音長(zhǎng)短。能夠在播放音樂(lè)得同時(shí)，實(shí)現(xiàn) LCD 同步顯示歌曲的歌名和歌詞內(nèi)容 。 東北大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第三章 音樂(lè)播放器硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試 硬件原理電路的設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)原理框圖 ，分別設(shè)計(jì)相應(yīng)模塊，構(gòu)成原理圖。 時(shí)鐘與復(fù)位模塊由電容，電位器，按鍵組成復(fù)位電路部分，該電路接于單片機(jī)的 RESET 端可以通過(guò)按鍵達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果，也可以通過(guò)電位器和電容組成上電復(fù)位電路。通過(guò)復(fù)位電路使單片機(jī)回到初始狀態(tài)。圖 復(fù)位電路和晶振時(shí)鐘電路東北大學(xué)課程設(shè)計(jì) 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(guò) 74LS138 與 口、按鍵公共端及按鍵和 P1 口相連，構(gòu)成按鍵選擇模塊。 口輸出 0 時(shí)，選擇左邊 8 個(gè)鍵， 口輸出 1 時(shí)，選擇右邊 8 八個(gè)鍵。是某個(gè)鍵按下可由 P1 口讀取。 音頻發(fā)生及放大器模塊由非門(mén)（74LS04） ，三極管（9014） ，蜂鳴器，電阻組成的外部驅(qū)動(dòng)發(fā)音電路。該電路部分接于 口，經(jīng)過(guò)外部非門(mén)和三極管的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出音樂(lè)。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(xué)課程設(shè)計(jì) LCD 顯示模塊 由 LCD1602，按鍵和保護(hù)電阻組成的外部擴(kuò)展電路。其工作過(guò)程是通過(guò)單片機(jī) 、 和 接于 LCD1602，使其接收單片機(jī)由使用者通過(guò)按鍵發(fā)來(lái)的信息，顯示歌曲名稱，在沒(méi)有設(shè)備啟動(dòng)沒(méi)有按鍵工作時(shí)顯示“按鍵選擇歌曲” ，當(dāng)有按鍵工作后，設(shè)備播放歌曲同時(shí)顯示歌曲序號(hào)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(jī)，繪制原理圖如圖 所示。東北大學(xué)課程設(shè)計(jì) 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(lè)播放器電路原理圖 ATMEL 89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 單片機(jī)AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司推出的系列單片機(jī)，將多種功能的 8 位 CPU 與FPEROM（快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器）結(jié)合在一個(gè)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(yīng)用提供了非常靈活而又價(jià)格適宜的方案，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于同類芯片。它與 MCS51 指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi) FPEROM允許對(duì)程序存儲(chǔ)器在線重復(fù)編程，也可用常規(guī)的 EPROM 編程器編程，可循環(huán)寫(xiě)入/擦除 1000 次。89C51 內(nèi)含 4KB 的 FPEROM，一般的 EEPROM 的字節(jié)擦除時(shí)間和寫(xiě)入時(shí)間基本上均為 10ms，對(duì)于任一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這樣長(zhǎng)的時(shí)間是不可能在線修改程序的。東北大學(xué)課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) CPU 結(jié)構(gòu) 圖 單片機(jī) CPU 結(jié)構(gòu) AT89C51 用戶系統(tǒng)? CPU 為 Atmel 公司生產(chǎn)的 89C51/89C