【文章內(nèi)容簡介】 選歌，使用方便。所放歌曲的節(jié)奏可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè) 置，根據(jù)存儲(chǔ)容量的大小，可以盡可能多的存儲(chǔ)歌曲 本設(shè)計(jì)采用簡易音階編碼直覺 式輸入法方便設(shè)計(jì)音樂旋律，單片機(jī)與音樂盒功能如圖 11 所示 ,可以擴(kuò)充其功能如 下： （ 1）可以顯示歌曲的名稱 （ 2）可以設(shè)置睡眠關(guān)機(jī)時(shí)間 （ 3）可以設(shè)置歌曲的播放模式，單曲循環(huán)還是順序播放 （ 4）可以存儲(chǔ)多首歌曲 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 圖 11 單片機(jī)與音樂盒功能圖 主要研究工作 在本設(shè)計(jì)中，首先確定音樂盒的整體設(shè)計(jì)方案；然后對(duì)音樂盒所播放的音樂進(jìn) 行了程序設(shè)計(jì)；其次設(shè)計(jì)了音頻驅(qū)動(dòng) 電路，以驅(qū)動(dòng)播放揚(yáng)聲器；最后設(shè)計(jì)了直流穩(wěn) 壓電源，用于為單片機(jī)和音頻部分、顯示部分提供穩(wěn)定的 +5V 電壓 2 設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案論證 方案一 利用 AT89C5 74LS373 鎖存器和 27512 外部擴(kuò)展組成的音樂播放器 （ 1）硬件設(shè)計(jì) 電路以 AT89C51 為主控制器， 74LS373 和 27512 進(jìn)行外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展， 播放 /暫停鍵為播放 /暫停歌曲，下一曲鍵和上一曲鍵分別為調(diào)整歌曲的下一曲和上 一 曲選擇鍵的按鈕。晶振采用 12MHz，音樂信號(hào)由 P3． 0 口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播 放歌曲如圖 21 所示框架圖。 單 片 機(jī) 播放歌曲名稱 及播放歌曲 時(shí)間 睡 眠 關(guān) 機(jī)時(shí)間 播放歌曲模式 音 樂 播 放 揚(yáng) 聲 器 時(shí)鐘、復(fù)位 與選歌按鍵 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 （ 2）軟件設(shè)計(jì) 程序中根據(jù)音選取的是 C 調(diào)三個(gè) 8 度內(nèi)的音符，共 24 個(gè)音階。每個(gè)音符對(duì)應(yīng) 頻率由定時(shí)器 T0 產(chǎn)生。為了程序調(diào)用方便，每個(gè)音 符都對(duì)應(yīng)一個(gè)編碼，占用一個(gè) 字節(jié)。在程序中以查表的方式加載計(jì)數(shù)初值。當(dāng)值為 00H 時(shí)表示空拍，與節(jié)拍碼配 合完成節(jié)拍發(fā)音。節(jié)拍碼也占一個(gè)字節(jié)，每個(gè)音符的時(shí)間長度等于基本時(shí)間乘以節(jié) 拍碼的值，由定時(shí)器產(chǎn)生。當(dāng)節(jié)拍碼值為 01H 時(shí)，表示當(dāng)前樂曲結(jié)束，為 00H 時(shí)， 表示全部樂曲結(jié)束。為了編碼簡單，一般節(jié)拍碼高半字節(jié)表示整拍，低半字節(jié)表示 分?jǐn)?shù)，只要基本延時(shí)設(shè)定恰當(dāng)即可并且在按開始按鈕后，可以播放歌曲。在播放程 序中設(shè)置三個(gè)變量，分別用于用于存放時(shí)、分、秒，每次定時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，對(duì)基準(zhǔn) 時(shí)間計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá) 到一秒時(shí)，把秒加一，達(dá)到一分時(shí)，將分加一 ??同時(shí)調(diào)用數(shù)碼管 顯示子程序，將時(shí)分秒分別拆分為個(gè)位、十位進(jìn)行顯示。利用外部中斷 2 實(shí)現(xiàn) 上一曲、下一曲以及暫停功能，設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)變量，檢測(cè)到上一曲或下一曲按下時(shí)， 分別對(duì)計(jì)數(shù)變量加一或減一，檢測(cè)到暫停被按下時(shí)，等待按鍵再一次按下后，繼續(xù) 播放，方案中歌曲的循環(huán)模式為列表循環(huán) 方案二 （ 1）硬件設(shè)計(jì) 電路以 AT89C51 為主控制器， 74LS373 和 27512 進(jìn)行外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展， 采用利用 4X4 組成的 16 個(gè)按鈕 矩陣鍵盤來實(shí)現(xiàn)對(duì)播放的控制，其中包括下一曲、 上一曲、暫停按鈕（分別為 C、 D、 E 鍵），當(dāng)按下 1~A 其中的一個(gè)時(shí)，跳到相應(yīng)的 曲譜進(jìn)行演奏，顯示電路采用六個(gè)共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示，晶振采用 12MHz，音樂 信號(hào)由 P3． 0 口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲，如圖 22 所示。 揚(yáng)聲電路 數(shù)碼管 晶振電路 更換歌曲電路 A T 8 9 C 5 1 單 片 機(jī) 復(fù)位電路 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 圖 21 方案一框架圖 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 4 （ 2）軟件設(shè)計(jì) 程序中音選取的是 C 調(diào)三個(gè) 8 度內(nèi)的音符，共 24 個(gè)音階。每個(gè)音符對(duì)應(yīng)頻率 由定時(shí)器 T0 產(chǎn)生。為了程序調(diào)用方便，演奏時(shí)時(shí)每個(gè)音符都對(duì)應(yīng)一個(gè)編碼，占用 一個(gè)字節(jié)。在程序中以查表的方式加載計(jì)數(shù)初值 ,為了編碼簡單，一般節(jié)拍高半字節(jié) 表示整拍，低半字節(jié)表示分?jǐn)?shù)，只要基本延時(shí)設(shè)定恰當(dāng)即可，為了及時(shí)響應(yīng)鍵盤操 作，程 序的編寫以鍵盤掃描為主線編寫（即主程序循環(huán)掃描按鍵，在按鍵模塊中調(diào) 用其他功能模塊） ,按鍵每按下一次，按鍵掃描模塊計(jì)算出鍵值，并儲(chǔ)存鍵值，根據(jù) 鍵值跳轉(zhuǎn)至響應(yīng)的標(biāo)號(hào)執(zhí)行程序，播放相應(yīng)的歌曲，歌曲循環(huán)模式為單曲循環(huán)，其 他功能的實(shí)現(xiàn)與方案一類同 方案三 （ 1）硬件設(shè)計(jì) 電路以 AT89C51 為主控制器，采用利用 4X4 組成的 16 個(gè)按鈕矩陣鍵盤來上實(shí) 現(xiàn)對(duì)播放的控制，其中 C、 D、 E 分別為功能鍵上一曲、下一曲以及暫停。 F 鍵為開 機(jī)畫面顯示， 1~A 號(hào)按鍵中每按一個(gè)鍵，跳到相 應(yīng)的曲譜進(jìn)行演奏，顯示電路采用 液晶顯示器 LM016L 進(jìn)行顯示，晶振采用 12MHz，音樂信號(hào)由 P3． 0 口輸出，經(jīng) 喇叭發(fā)聲而播放歌曲，如圖 23 所示。 4*4 矩陣 鍵盤 揚(yáng)聲器電路 圖 22 方案二框架圖 復(fù)位電路 數(shù)碼管 晶振電路 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電 路 AT89C51 單片機(jī) 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （ 2）軟件設(shè)計(jì) 程序中音選取的是 C 調(diào)一個(gè) 8 度內(nèi)的音符，共 7 個(gè)音階。根據(jù)十二平均律，（即 將八度定義為 1200 音分，其中全因音符占 200 音分，半音占 100 音分，共十二個(gè) 半音）每個(gè)音符對(duì)應(yīng)頻率由定時(shí)器 T0 產(chǎn)生。為了程序調(diào)用方便，將十二個(gè)半音的 定時(shí)器初值放于表中，演奏時(shí)無需計(jì)算定時(shí)器初值，在程序中以查表的方式加載計(jì) 數(shù)初值 ,每個(gè)音符都對(duì)應(yīng)一個(gè)編碼，占用一個(gè)字節(jié)。由于人耳的分辨力有限，為了編 程簡單，曲譜中的節(jié)拍碼用延時(shí)來代替，每個(gè)音符發(fā)音 30MS。由于采用的是矩陣 式鍵盤，為了及時(shí)響應(yīng)按鍵，程序的編寫以鍵盤掃 描為主線編寫（即主程序循環(huán)掃 描按鍵，在按鍵模塊中調(diào)用其他功能模塊）。按鍵每按下一次，按鍵掃描模塊計(jì)算 出鍵值，并儲(chǔ)存鍵值，跳轉(zhuǎn)至響應(yīng)的標(biāo)號(hào)執(zhí)行程序，并調(diào)用液晶顯示子程序，將鍵 值在液晶顯示器制定位置顯示，如果檢測(cè)到 F 鍵被按下，調(diào)用液晶顯示模塊，顯英 文字符歡迎，以及作者信息，本程序中，由于音符的長度是固定的 30MS， T1 用于 更新剩余時(shí)間。剩余時(shí)間的顯示同上。 方案比較 從以上三種方案，方案一采用的是獨(dú)立式按鍵，按鍵太少，不能實(shí)現(xiàn)歌曲的快 速選擇，幾乎沒有拓展功能的可 能，而方案二雖然采用的是矩陣式鍵盤，無論從擴(kuò) 展功能上將還是快速選擇都優(yōu)于方案一，但數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，編程以及困難，占 用 CPU 時(shí)序太多，方案三顯然不存在方案一、方案二的缺點(diǎn)，使用了液晶顯示屏， 編程簡單，顯示穩(wěn)定，占用 CPU 時(shí)序少，并且可以實(shí)現(xiàn)許多方案一、方案二無法 實(shí)現(xiàn)的功能，無論是矩陣式鍵盤，還是液晶顯示器，都有許多可擴(kuò)展的功能，并且 AT89C51 單片機(jī) 4*4 矩陣 鍵盤 揚(yáng)聲器電路 圖 23 方案三框架圖 復(fù)位電路 液晶顯示屏 晶 振電路 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 在播放音樂時(shí)簡單實(shí)用，在使用上及其功能的實(shí)現(xiàn)上都優(yōu)于前兩種方案。更重要的 是液晶顯示器是當(dāng)今電子設(shè)計(jì)的主流，通過這次設(shè)計(jì)，我能夠?qū)W習(xí)到許多東西。通 過方案對(duì)比，最終選擇方案三，音樂發(fā)生器電路原理圖見附錄所示。 主要設(shè)計(jì)軟件介紹 本設(shè)計(jì)利用 KEIL 編程軟件對(duì)音樂盒程序進(jìn)行編程與調(diào)試，配合 PROTEUS 仿真 軟件對(duì)硬件進(jìn)行仿真調(diào)試，兩種軟件的簡介如下： PROTEUS 軟件簡介 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(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品 的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三 合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021 年又增加了 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。 KEIL 軟件簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā) 系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)， 因而易學(xué)易用。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng) 大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這 些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。 如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不 二之選，即使不使用 C 語言而 僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事 半功倍。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 3 硬件設(shè)計(jì) 電路組成及工作原理 電路組成 音樂發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)方框圖如上圖方案三所示，電路原理圖見附錄 1 所示， 主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、行列式鍵盤、液晶顯示屏、內(nèi)存外部擴(kuò)充電路、復(fù)位電路 等組成。 單片機(jī) AT89C51 是本系統(tǒng)的核心，它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。在 其 外圍接上：復(fù)位電路、數(shù)碼管、按鈕及揚(yáng)聲器。元件為：晶振 X電容、電阻、 揚(yáng)聲器、 4*4 行列式鍵盤、 74LS373 鎖存器、 27512 外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展、 LM016L 液晶顯示屏。硬件電路中用 ~ 控制按鍵，其中 ~ 掃描行， ~ 掃描列，用， ~ 作為 LCD 的 RS,R/W,E 的控制信號(hào)。用 ~ 作為 LCD 的 D0~D7 的控制信號(hào)。用 口控制蜂鳴器，電路為 12MHZ 晶振頻率工作，起 振電路中 C1,C2 均為 30pf。將 P0 口作為 74LS373 鎖存器的輸入以及 27C512 的數(shù) 據(jù)輸入口，鎖存器輸出至 27C512 的低八位地址口，將 P2 口作為 27C512 高八位地 址口， 27C512 的控制信號(hào) OE/VPP 接至單片機(jī)的 PSEN，實(shí)現(xiàn)片外 ROM的讀寫控 制。 電路工作原理 本音樂發(fā)生器是用單片機(jī)來設(shè)計(jì)制作完成，其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件編程來 完成， AT89C51 單片機(jī)片內(nèi)帶有 4KB 和外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的 256K 的內(nèi)存，并 且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程 器編程。該音樂發(fā)生器的效率較高，其誤差主要由晶 振自身的誤差所造成。存儲(chǔ)歌曲是采用的外部擴(kuò)展， 4*4 行列式鍵盤來實(shí)現(xiàn)的，按 鍵將單片機(jī) I/0 口的電平拉低，單片機(jī)檢測(cè)到 I/O 口電平為 0 時(shí)，判斷并存儲(chǔ)鍵值。 并自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)曲號(hào)的標(biāo)號(hào)處執(zhí)行代碼。顯示采用的是液晶顯示屏 LM016L，顯 示穩(wěn)定清晰，并且能顯示多個(gè)信息，當(dāng)片內(nèi) 4K 的程序存儲(chǔ)器存滿后，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到 片外 256K 程序存儲(chǔ)器繼續(xù)存儲(chǔ)。 AT89C51 的簡介 AT89C51 功能概述