【正文】 隨著 畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 總結(jié)與展望 本設(shè)計(jì)報(bào)告主要介紹了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。在本設(shè)計(jì)中由于對(duì)音樂(lè)知識(shí)欠缺，曲譜為網(wǎng)絡(luò)下載。于此同時(shí)調(diào)用播放時(shí)間初始化子程序，顯示 00： 00： 00，裝定時(shí)器 T1 的初值，準(zhǔn)備更新播放時(shí)間。程序的總體流程是當(dāng) P1 由按鍵按下時(shí) ， 讀鍵盤，并儲(chǔ)存鍵值，若為 F 鍵則通過(guò)查表的方式，調(diào)用字符串顯示子程序顯示開(kāi)機(jī)畫面，同時(shí) 用查表的方式求出鍵號(hào)的 ASCII 值，并調(diào)用顯示鍵號(hào) /曲號(hào)自稱序，將鍵號(hào)顯示出來(lái)。 主要 程序 流程 有：主程序、 判斷有無(wú)按鍵子程序 、 鍵盤掃描子程序、顯示鍵號(hào) /歌曲號(hào)子程序、開(kāi)機(jī)畫面子程序、按鍵值播放歌曲子程序、播放時(shí)間初始 化子程序、液晶顯示屏寫指令子程序、液晶顯示屏寫數(shù)據(jù)、字符串顯示子程序播放時(shí)間顯示子程序、播放歌曲子程序、播放時(shí)間更新子程序 。假設(shè) 1/4 拍執(zhí)行一次延時(shí)程序，則 1/2拍就執(zhí)行兩次延時(shí)程序，所以只要求出 1/4 拍的延時(shí)時(shí)間，其余節(jié)拍就是它的倍數(shù)。比如說(shuō)音樂(lè)是 C 調(diào)的，那么出現(xiàn)低音的 5SO，直接將代碼寫為 1；出現(xiàn)低音 6LA,直接寫一個(gè) 2 的代碼；出現(xiàn)低音 7SI，直接寫一個(gè) 3代碼。將 51單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)器模式 1下，改變計(jì)數(shù)初值 TH0,TL0以產(chǎn)生不同的頻率。 音符的發(fā)音主要靠不同的音頻脈沖。首先要了解對(duì)應(yīng)的音調(diào)， 音調(diào)主要由聲音的頻率決定，同時(shí)也與聲音強(qiáng)度有關(guān)。 電路原理圖 78XX 系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖 52 所示，這是一個(gè)輸出正 5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。 三端穩(wěn)壓器后面接一個(gè) 105 的電容，這個(gè)電容有濾波和阻尼作用。 變壓器輸出端的 9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容 C1 兩端大約會(huì)有 11V多一點(diǎn)的電壓，假如從電容兩端直接接一個(gè)負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或交流電源有少許波動(dòng)都會(huì)使 C1 兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個(gè)比較穩(wěn)定 的電壓，在這里接一個(gè)三端穩(wěn)壓器的元件。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng) 逆變器 變換成高頻 交流電 ，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。用改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓。后者以改變調(diào)整元件 (或開(kāi)關(guān) )的通斷時(shí)間比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，從而達(dá)到穩(wěn)壓。紋波系數(shù)表示在額定工作情況下，輸出電壓中交流分量的大小；后者表示輸入電壓或負(fù)載急劇變化時(shí)，電壓回到正常值所需時(shí)間。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 （ 5） 防雷（可選）：應(yīng)具有的防雷擊能力。 （ 3） 尖 脈沖 抑制（可選）：電網(wǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會(huì)擊穿耐壓較低的 電子元件 。指令 11：讀數(shù)據(jù)。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 4：顯示開(kāi)關(guān)控制。（說(shuō)明： 1 為高電平、 0 為低電平） 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù) 據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 (3) 漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5…… 右邊為 6…… 根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié) …… 直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個(gè)完整漢字。這就是 LCD 顯示的基本原理。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。 圖 36 復(fù) 位電路 程序存儲(chǔ)器外部擴(kuò)展電路 圖 35 選擇及更換歌曲電路 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 本設(shè)計(jì)是采用了一個(gè) 74LS373 鎖存器和一個(gè) 27512 程序存儲(chǔ)器外部擴(kuò)展 組成，其主要的功能就是為了在外部擴(kuò)展單片機(jī)內(nèi)存，使它有足夠的空間存放系統(tǒng)中的程序，而達(dá)到使它實(shí)現(xiàn)所要得到的功能和應(yīng)用的領(lǐng)域，其圖如圖 37 所示 。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 復(fù)位電路 AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖 34 顯示電路 更換歌曲電路 采用 4*4 行列式鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇歌曲播放，以及對(duì)歌曲號(hào)做基本的操作，即上一曲、下一曲以及暫停 /播放。 顯示電路 本設(shè)計(jì)顯示是采用 液晶顯示器 LM016L 進(jìn)行顯示 ， LM016L 的功能、顯示原圖 33 揚(yáng)聲器電路 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 理以及使用方法將會(huì)在后文中介紹， P0 口是一個(gè)地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用的雙向 I/O 口，當(dāng)使用 P0 口訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口內(nèi)部已有上拉電阻，當(dāng) P0 口作程序檢驗(yàn)，輸出指令字節(jié)時(shí)，必須外接上拉電阻。電容 C1 和 C2 對(duì)頻率有微調(diào)作用，電容一般取 20pF 左右。 （ 6） XTAL1 和 XTAL2 外接晶體引線端 當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，這兩個(gè)引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。此外由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。s，乘、除指令為4181。中斷控制電路主要包括用于中斷控制的四個(gè)寄存器：定時(shí)器控制寄存器 TCON，串行口控制寄存器 SCON，中斷允許控制寄存器 IE，中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP 等。 MCS— 51 系列是 Intel 公司在 1980 年推出的高檔 8 位單片機(jī)，具有性能價(jià)格比高、品種多、兼容性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)用的仿真機(jī)較完善等優(yōu)點(diǎn)，所以在國(guó)際上和國(guó)內(nèi)的占有率相當(dāng)高。存儲(chǔ)歌曲是 采用 的外部擴(kuò)展 ， 4*4 行列式鍵盤來(lái)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 。 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。在其外圍接上：復(fù)位電路、數(shù)碼管、按鈕及揚(yáng)聲器。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。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/DsPIC3 AVR、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。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。 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(méi)有拓展功能的可能， 而方案 二雖然采用的是矩陣式鍵盤，無(wú)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(jiǎn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，無(wú)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(lè)時(shí)簡(jiǎn)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 。由于人耳的分辨力有限，為了編程簡(jiǎn)單，曲譜中的節(jié)拍碼用延時(shí)來(lái)代替，每個(gè)音符發(fā)音 30MS。 F 鍵為開(kāi)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(lè)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 。 揚(yáng)聲電路 數(shù)碼管 晶振 電路 更換歌曲電路 AT89C51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 。當(dāng) 節(jié)拍碼值為 01H 時(shí)， 表示當(dāng)前樂(lè)曲結(jié)束，為 00H 時(shí)，表示全部樂(lè)曲結(jié)束。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)。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(jiǎn)易音階編碼直覺(jué)式輸入法方便設(shè)計(jì)音樂(lè)旋律 ， 單片機(jī)與音樂(lè)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(lè)盒功能圖 主要研究工作 在本設(shè)計(jì)中，首先確定音樂(lè)盒的整體設(shè)計(jì)方案；然后對(duì)音樂(lè)盒所播放的音樂(lè)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(lè) 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。 本文設(shè)計(jì)的音樂(lè)盒，是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)制作的電子式音樂(lè)盒。 傳統(tǒng)的音樂(lè)盒多是機(jī)械音樂(lè)盒，其工作原理是 通過(guò)齒輪帶動(dòng)一個(gè)帶有鐵釘?shù)蔫F桶轉(zhuǎn)動(dòng) ,鐵桶上的鐵釘撞擊鐵片制成的琴鍵 ，從而發(fā)出聲音。 microcontroller。 重要的是， 基于單片機(jī)的音樂(lè)播放器解決專用音樂(lè)播放芯片只能一次性燒錄、播放內(nèi)容不可變的缺點(diǎn) 。 本設(shè)計(jì) 是 以單片機(jī) AT89C51為核心數(shù)據(jù)處理器件 ， 由 LCD 液晶顯示屏 LM016L 顯示 歌曲的曲號(hào)、播放時(shí)間、開(kāi)機(jī)畫面以及鍵號(hào)，采用 4*4行列式鍵盤實(shí)現(xiàn)曲號(hào)的選擇，其中 1～ A 號(hào)按鍵用來(lái)選擇曲號(hào)， C 鍵控制下一曲， D 鍵控制上一曲， E 鍵控制播放 /暫停， F 鍵為開(kāi)機(jī)畫面顯示， 元件以低耗 、高能、耐用、精確、易于操作等為優(yōu)先考慮因素。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T1，顯示樂(lè)曲播放的時(shí)間，并驅(qū)動(dòng) LCD,顯示歌曲號(hào)及播放時(shí)間。 基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子音樂(lè)盒，正是利用單片機(jī)小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、易擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)來(lái)改進(jìn)老式音樂(lè)盒，以提高老式音樂(lè)盒性能，避免其功能單一的缺點(diǎn)。因此往往需要改進(jìn)?；趩纹瑱C(jī)制作的電子式音樂(lè)盒，控制功能強(qiáng) 大，可根據(jù)需要選歌， 使用方便 。另外，機(jī)械音樂(lè)盒放音時(shí) 為了讓音色穩(wěn)定 ,必須放平不能動(dòng)搖 ，而且價(jià)格昂貴，不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。音樂(lè)盒有著 300 多年的發(fā)展歷史，是人類文明發(fā)展的歷史見(jiàn)證。 R2=47kΩ 。 III 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要參數(shù)及主要參考資料 （ 1） 技術(shù)參數(shù) 單片機(jī) AT89C51。 武漢紡織大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 課題名稱： 一種 基于 單片機(jī)的音樂(lè)盒 設(shè)計(jì) 完成期限 ： 院系名稱 機(jī)械與自動(dòng)化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 劉春玲 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 082 班 指導(dǎo)教師職稱 學(xué)生姓名 院系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)簽字 II 一、課題訓(xùn)練內(nèi)容 (1)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合應(yīng)用，鞏固與擴(kuò)展所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立分析、使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的能力 ； (2)通過(guò)畢業(yè)設(shè) 計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想、理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神； (3)訓(xùn)練收集查找中 外文 專業(yè)資料的 閱讀與翻譯能力； (4)學(xué)習(xí)相關(guān)的背景知識(shí)， 了解 音樂(lè)盒的發(fā)音原理， 熟悉 AT89C51 的結(jié)構(gòu)及其編程方法 ，訓(xùn)練基于該單片機(jī)的編程及其運(yùn)用，訓(xùn)練