【正文】 器和單片機(jī)被各個(gè)領(lǐng)域所重視，工業(yè)方面、冶金方面都存在著許多控制難題，為了提高工作效率這就需要智能儀器和單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展。為此為提高本科生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力開設(shè)了智能儀器和單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)方法以及獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力。主要內(nèi)容是利用 89C51 單片機(jī)及其他一些器件來構(gòu)成音樂播放器。從而實(shí) 現(xiàn)按鍵控制播放音樂的效果 導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 現(xiàn)在利用 AT89C52 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的音樂播放器，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)原理，通過硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件編譯，設(shè)計(jì)出一個(gè)多功能音樂播放器。該音樂播放器主要由按鍵電路、晶振電路、復(fù)位電路以 及揚(yáng)聲器組成。智能簡便，方便使用，深受人們的喜愛。 . . 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) A 硬件設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)主要由穩(wěn)壓電源、 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、譯碼顯示等一系列電路組成，主要完成電壓顯示（ 0～ ）。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 21。 圖 21 硬件結(jié)構(gòu)圖 最小系統(tǒng) 本次設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)芯片型號為： STC89C52 圖 22 STC89C52 管腳圖 . . 集成穩(wěn)壓器 7805 的簡介： 7805 集成穩(wěn)壓器是常用的固定輸出為 5V 電壓的集成穩(wěn)壓器。它的內(nèi)部含有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，采用了噪聲低，溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠，而且價(jià)格便宜。 7805 集成穩(wěn)壓器為三端器件，其管腳如圖 23 所示： 1 腳為輸入端， 2腳為接地端， 3腳為輸出端，使用十分方便。 78 系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是 36V，最低輸入電壓比輸出電壓高34V。還要考 慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為 915V 之間。當(dāng)輸出電壓較大時(shí)， 7805 應(yīng)配上散熱板。 直流 5V 電源電壓產(chǎn)生的過程： 將直流 9V 經(jīng)過穩(wěn)壓器使輸出電壓為直流 5V。 IC 采用集成穩(wěn)壓器 7805， C3 和 C4為輸入端的濾波電容， C5 和 C6 為輸出端的濾波電容。 本次設(shè)計(jì)采用的是 12MHZ 的晶振。 晶振電路兩只電容在 20pF～ 100pF 之間取值，其取值在 60pF～ 70pF 時(shí)振蕩器頻率穩(wěn)定性較高，按照一般經(jīng)驗(yàn)，外接晶體時(shí)兩個(gè)電容的取值為 30pF；外接陶瓷振蕩器是兩電容的典型值是 47pF。 在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（ 2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)服務(wù)。為保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使 RST 引腳保持 4ms 以上的高電平，只要RST 保持高電平， STC89C52 單片機(jī)就會循環(huán)復(fù)位；當(dāng) RST 從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)就從 0000H 地址開始執(zhí)行程序，在單片機(jī)復(fù)位的有效期間， ALE、 PSEN 引腳輸出高電平。 . . B 軟件設(shè)計(jì) 主程序 本系統(tǒng)的主模塊 程序框圖如圖 31所示。開始系統(tǒng)初始化，判斷是否有鍵按下，當(dāng) K1 鍵按下時(shí)，播放第一首歌，當(dāng) K2鍵按下時(shí)，播放第二首歌。 K3 鍵按下停止播放，并返回到系統(tǒng)初始化，再判斷是否有鍵按下。 圖 23 主程序流程圖 . . 子程序 單片機(jī)發(fā)音原理：單片機(jī)演奏音樂基本是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音，但一定要弄清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音調(diào)”和“節(jié)拍” 。 音調(diào)：表示一個(gè)音符唱多高的頻率。 節(jié)拍：表示一個(gè)音符唱多長的時(shí)間。 在音 樂中所謂“音調(diào)”，其實(shí)就是我們常說的“音高”。在音樂中常把中央 C上方的 A 音定為標(biāo)準(zhǔn)音高，其頻率 f=440Hz，其余與其比較。 f1 和 f2 為兩個(gè)音符，當(dāng)這兩個(gè)音符的頻率相差一倍時(shí)，也即 f2=2 f1時(shí)，則稱 f2 比 f1高一個(gè)倍頻程。以 1— i八音區(qū)為例， 12 個(gè)半音是： 1— ＃ ＃ 1— 2— ＃ ＃ 2— 3— 4— ＃ 4，＃ 4— 5 一＃ ＃ 5— 6— ＃ ＃ 6— 7— i 。這 12 個(gè)音階的分度基本上是以對數(shù)關(guān)系來劃分的。如果我們只要知道了這十二個(gè)音符的音高，也就是其基本音調(diào)的頻率，我們就可根據(jù)倍頻程的關(guān)系得 到其他音符基本音調(diào)的頻率。 確定一個(gè)頻率所對應(yīng)的定時(shí)器的定時(shí)初值的方法： 以標(biāo)準(zhǔn)音高 A 為例：標(biāo)準(zhǔn)音高 A 的頻率 f = 440 Hz,其對應(yīng)的周期為： T = 1/ f = 1/440 =2272μ s。因此，需要在單片機(jī) I/O 端口輸出周期為 T =2272μ s的方波脈沖，如圖 32 所示。 圖 24 方波脈沖 由上圖可知 ,單片機(jī)上對應(yīng)蜂鳴器的 I/O口來回取反的時(shí)間應(yīng)為： t = T/2 = 2272/2 = 1136μ s 這個(gè)時(shí)間 t也就是單片機(jī)上定時(shí)器應(yīng)有的中斷觸發(fā)時(shí)間。一般情況下，單片機(jī)奏樂 時(shí)，其定時(shí)器為工作方式 1，它以振蕩器的十二分頻信號為計(jì)數(shù)脈沖。設(shè)振蕩器頻率為 f0，則定時(shí)器的予置初值由下式來確定： t = 12 *（ TALL – THL） / f0 式中 TALL = 216 = 65536,THL 為定時(shí)器待確定的計(jì)數(shù)初值。因此定時(shí)器的高低計(jì)數(shù)器的初值為： TH = THL / 256 = ( TALL – t* f0/12) / 256 TL = THL % 256 = ( TALL – t* f0/12) %256 將 t=1136μ s 代入上面兩式（注意：計(jì)算時(shí)應(yīng)將時(shí)間和頻 率的單位換算一致），即可求出標(biāo)準(zhǔn)音高 A在單片機(jī)晶振頻率 f0=12Mhz，定時(shí)器在工作方式 1下的定時(shí)器高低計(jì)數(shù)器的予置初值為 ： TH440Hz = (65536 – 1136 * 12/12) /256 = FBH TL440Hz = (65536 – 1136 * 12/12)%256 = 90H . . 以43為例加以說明，它表示樂譜中以四分音符為節(jié)拍，每一小結(jié)有三拍。如圖 33所示。 圖 25 音樂節(jié)拍 其中 1 、 2 為一拍， 5 為一拍， 6 為一拍共三拍。 1 、 2 的時(shí)長為四分音符的一半，即為八分音符長， 4 的時(shí)長為八分音符的一半，即為十六分音符長， 5的時(shí)長為四分音符的一半，即為八分音符長， 6的時(shí)長為四分音符長。那么一拍到底該唱多長呢？一般說來，如果樂曲沒有特殊說明，一拍的時(shí)長大約為 400— 500ms 。我們以一拍的時(shí)長為 400ms 為例，則當(dāng)以四分音符為節(jié)拍時(shí)，四分音符的時(shí)長就為 400ms，八分音符的時(shí)長就為 200ms，十六分音符的時(shí)長就為 100ms。 通過上面關(guān)于一個(gè)音符音調(diào)和節(jié)拍的確定方法，我們就 可以在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)演奏音樂了。具體的實(shí)現(xiàn)方法為：將樂譜中的每個(gè)音符的音調(diào)及節(jié)拍變換成相應(yīng)的音調(diào)參數(shù)和節(jié)拍參數(shù)，將他們做成數(shù)據(jù)表格，存放在存儲器中，通過程序取出一個(gè)音符的相關(guān)參數(shù)，播放該音符，該音符唱完后，接著取出下一個(gè)音符的相關(guān)參數(shù)，如此直到播放完畢最后一個(gè)音符，根據(jù)需要也可循環(huán)不停地播放整個(gè)樂曲。另外，對于樂曲中的休止符，一般將其音調(diào)參數(shù)設(shè)為 FFH， FFH，其節(jié)拍參數(shù)與其他音符的節(jié)拍參數(shù)確定方法一致，樂曲結(jié)束用節(jié)拍參數(shù)為 00H 來表示。 下面給出部分音符（三個(gè)八度音）的頻率以及以單片機(jī)晶振頻率 f0=12Mhz，定時(shí)器在工作方式 1下的定時(shí)器高低計(jì)數(shù)器的予置初值，如下表 31 所示。 表 21 音符頻率與定時(shí)器初值關(guān)系表 C調(diào) 音符 1 1 2 2 3 4 4 5 5 6 6 7 頻率 Hz 262 277 293 311 329 349 370 392 415 440 466 494 TH/TL F88B F8F2 F9B7 FA14 FA66 FAB9 FB03 FB4A FB8F FBCF FBCF FC0B C調(diào) 音符 1 1 2 2 3 4 4 5 5 6 6 7 頻率 Hz 523 553 586 621 658 697 739 783 830 879 931 987 TH/TL FC43 FC78 FCAB FCDB FD08 FD33 FD5B FD81 FDA5 FDC7 FDE7 FE05 C調(diào) 音符 1 1 2 2 3 4 4 5 5 6 6 7 頻率 Hz 1045 1106 1171 1241 1316 1393 1476 1563 1658 1755 1860 1791 TH/TL FB21 FE3C FE55 FE6D FE84 FE99 FEAD FEC0 FE02 FEE3 FEF3 FF02 表 21 音符