【正文】 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 基于單片機(jī)的音樂盒設(shè)計 【摘要】 本設(shè)計 是一個基于 AT89C51 系列單片機(jī) 的音樂盒 ， 依據(jù)單片機(jī)技術(shù)原理，通過硬件電路制作以及軟件編譯，設(shè)計制作出一個多功能多功能音樂盒。該音樂盒主要由 按鍵電路、復(fù)位電路、時鐘電路以及蜂鳴器 組成 。 使用兩個按鍵 控制音樂盒 ，一個用來切換歌曲，另一個用來切換 8 路LED 的變化花樣 ，本音樂盒共有兩首歌曲，花樣燈花樣共計 3 種。 播放歌曲時， 蜂鳴器發(fā)出某個音調(diào)，與之對應(yīng)的 LED 亮起。本設(shè)計利用 KEIL 編程軟件 對音樂盒源程序 進(jìn)行 編程并調(diào)試， 配合 PROTEUS 仿真軟件 對硬件 進(jìn)行仿真 調(diào)試 ， 節(jié)約 了設(shè)計時間。 【關(guān)鍵字】 音樂盒 ； AT89C51 單片機(jī) ； KEIL； PROTEUS； 音調(diào) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 目 錄 引言 ..................................................................... 1 1 概述 .................................................................... 2 課題意 義 ............................................................ 2 設(shè)計方案 ............................................................ 2 研究內(nèi)容 ............................................................ 2 2 系統(tǒng)總體方案介紹 ....................................................... 3 系統(tǒng)組成框圖 ........................................................ 3 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)圖 .................................................. 3 主要設(shè)計軟件介紹 .................................................... 3 PROTEUS 軟件簡介 ................................................ 3 KEIL 簡介 ....................................................... 4 3 硬件設(shè)計 ................................................................ 5 總體設(shè)計框圖 ........................................................ 5 各部分硬件設(shè)計及其原理 .............................................. 5 AT89C51 簡介 .................................................... 5 LED 顯示電路設(shè)計與原理 .......................................... 6 時鐘振蕩電路 .................................................... 6 硬件電路圖及功能 .................................................... 6 4 軟件設(shè)計 ................................................................ 8 音調(diào)、節(jié)拍以及編碼的確定方法 ........................................ 8 音調(diào)的確定 ...................................................... 8 節(jié)拍的確定 ...................................................... 9 編碼 ........................................................... 10 軟件程序設(shè)計 ....................................................... 11 程序流程圖及相應(yīng)代碼塊 ......................................... 11 程序源代碼（見附錄 A） ......................................... 15 5 調(diào)試 ................................................................... 16 檢查硬件連接 ....................................................... 16 檢查軟件系統(tǒng) ....................................................... 16 測試結(jié)果 ........................................................... 16 ．總體運(yùn)行圖 .................................................... 16 ．花樣燈 3 種花樣圖 .............................................. 17 6 總結(jié) .................................................................. 18 致謝 .................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ................................................................ 20 科技外文文獻(xiàn) ............................................................ 21 中文譯文 ................................................................ 24 附錄 A 程序源代碼及注釋 .................................................. 26 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 共 32 頁 引言 21世紀(jì) ， 電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展 和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命 。 單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng) 域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(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)。 隨 著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，人類所接觸的信息也在不斷增加并且日益復(fù)雜。面對浩如煙海的信息，人們已經(jīng)能夠利用計算機(jī)等工具高效準(zhǔn)確地對之進(jìn)行處理，但要想將處理完的信息及時，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)技術(shù)與液晶顯示 技術(shù)的結(jié)合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發(fā)展。 隨著人類社會的發(fā)展，人們對視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。小小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒多是機(jī)械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)，不能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設(shè)計的音樂盒是以單片機(jī)為核心元件的電子式音樂盒，體積小，重量輕，能演奏和旋音樂，功能多，外觀效果多彩，使用方便，并具有一定的商業(yè)價值。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 32 頁 1 概述 本 設(shè)計 是以 AT89C51 芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上放音設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)音樂演奏控制器的硬件電路，通過軟件程序來控制 單片機(jī)內(nèi)部的定時器使其演奏出優(yōu)美動聽的音樂。用戶可以按照自己的喜好選擇音樂并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)器碼存入單片機(jī)的存儲器中。對于不同型號的單片機(jī)只需要相應(yīng)的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性，很高的實(shí)際使用價值，為廣大的單片機(jī)和音樂愛好者提供了很好的借鑒。 課題意義 音樂盒的起源，可追溯至中世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時期。當(dāng)時為使教會的鐘塔報時，而將大小的鐘表裝上機(jī)械裝置，被稱為 “ 可發(fā)出聲音的組鐘 ” 。音樂盒有著 300 多年的發(fā)展歷史，是人類文明發(fā)展的歷史見證。 傳統(tǒng)的音樂盒多是機(jī)械音樂盒，其工作原理是通過齒 輪帶動一個帶有鐵釘?shù)蔫F桶轉(zhuǎn)動 ,鐵桶上的鐵釘撞擊鐵片制成的琴鍵，從而發(fā)出聲音。但是，機(jī)械式的音樂盒體積比較大，比較笨重，且發(fā)音單調(diào)。水、灰塵等外在因素，容易使內(nèi)部金屬發(fā)音條變形，從而造成發(fā)音跑調(diào)。另外，機(jī)械音樂盒放音時為了讓音色穩(wěn)定 ,必須放平不能動搖，而且價格昂貴，不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 本文設(shè)計的音樂盒，是基于單片機(jī)設(shè)計制作的電子式音樂盒。與傳統(tǒng)的機(jī)械式音樂盒相比更小巧，音質(zhì)更優(yōu)美且能演奏和弦音樂。電子式音樂盒動力來源是電池，制作工藝簡單，可進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以價格便宜?；趩纹瑱C(jī)制作的電子式音樂盒，控制功能強(qiáng) 大，可根據(jù)需要選歌，使用方便。根據(jù)存儲容量的大小，可以盡可能多的存儲歌曲。另外，可以設(shè)計彩燈外觀效果，使音樂盒的功能更加豐富。 設(shè)計一個基于 AT89C51 系列單片機(jī)的音樂盒，利用按 鍵 切換演奏出不同的樂曲。蜂鳴器發(fā)出某個音調(diào)，與之相對應(yīng)的 LED 亮起。使用兩個按鍵，一個用來切換歌曲，另一個切換八路 LED 的變化花樣。 1）電路有兩種工作模式：演奏音樂模式和花樣燈模式。 演奏音樂模式：演奏完整的一首的歌曲，八路 LED隨著音樂變化。 花樣燈模式：八路 LED 變化出各種花樣，蜂鳴器隨著發(fā) 出“嘀嘀”聲 2）按下按鍵 1進(jìn)入演奏音樂模式，再按切換歌曲，共兩首歌曲。 3）按下按鍵 2進(jìn)入花樣燈模式，再按切換 LED 花樣，共 三 種花樣。 此電路的程序只占用了 1K 左右，可編制更多的音樂和 LED 花樣，使系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 32 頁 2 系統(tǒng) 總體方案介紹 系統(tǒng)組成框圖 音樂盒的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以 AT89C51 單片機(jī)位控制核心，加上 2個按鍵、時鐘復(fù)位電路、蜂鳴器、 LED模塊組成。 單片機(jī)負(fù)責(zé)接收按鍵的輸入，根據(jù)輸入控制音樂播放曲目 和 音樂花樣燈的顯示樣式 以及蜂鳴器發(fā)音 。 系統(tǒng)組成框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)組 成框圖 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)圖 音樂盒的功能結(jié)構(gòu)如圖 所示。 Key1 負(fù)責(zé)切換播放歌曲，播放歌曲共 2 首，分別是揮著翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。 Key2 負(fù)責(zé)切換 LED 顯示花樣，顯示花樣共 3 種， 第一種順序顯示，第二種由兩邊向中間移動然后向兩邊移動，第三種循環(huán)顯示。 圖 音樂盒功能結(jié)構(gòu)圖 主要設(shè)計軟件介紹 本設(shè)計利用 KEIL編程軟件對音樂盒源程序進(jìn)行編程并調(diào)試，配合 PROTEUS仿真軟件對硬件進(jìn)行仿真調(diào)試 ，兩種軟件的簡介如下： PROTEUS 軟件簡介 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 32 頁 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus是世界上著名的 EDA工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真 軟件、 PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB 等多種編譯器。