【正文】 ”到 “合成器音樂 ”再到 “電腦音樂 ”這三個(gè)階段的演變。這必將為 “電子音樂 ”渲染上一片神話色彩，映照著人類生生不息的智慧。電子音樂在我國(guó)的發(fā)展電子音樂最初是 70 年代末到80 年代初的 “改革開放 ”以來，西方現(xiàn)代音樂思潮與實(shí)踐在中國(guó)的傳播。 1993 年，中央音樂學(xué)院作曲家張小夫教授創(chuàng)建了中國(guó)現(xiàn)代電子音樂中心，有力的推動(dòng)了中國(guó)電子音樂的發(fā)展。便攜式音樂播放器作為一種集音頻播放、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為一身 的數(shù)碼產(chǎn)品，多應(yīng)用有高集成度整合了各類音頻處理或數(shù)據(jù)通信模塊的 8 位乃至多位單片機(jī) ，以達(dá)到最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。現(xiàn)在市場(chǎng)上大多單片機(jī)音樂播放器都能完成音頻解碼播放的過，而且支持的格式也是越來越多的。在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背 2 景下 ,單片機(jī)己成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電一矛產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件 ,被譽(yù)為信息社會(huì)革命的旗手。 基于單片機(jī)的音樂播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的題目是在檢驗(yàn)對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的綜合掌握程度，同時(shí)又是在培養(yǎng)對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，也是為以后走向社會(huì)更好適應(yīng)學(xué)校理論學(xué)習(xí)與社會(huì)實(shí)踐工作之間的差距，使學(xué)生們走上社會(huì)能更好的運(yùn)用自己學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)。據(jù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查公司Jupiter Media Metrix 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：使用基于單片機(jī)的音樂播放器（無(wú)論是離線播放器還是網(wǎng)絡(luò)播放器）的家庭用戶從 2020 年 1 月的 33200 萬(wàn)猛增到 2020 年的 41700 萬(wàn)。以單片機(jī)為基礎(chǔ)的音樂播放器設(shè)計(jì)成本低、音質(zhì)效果好，值得推廣。 從 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)第一個(gè)微處理器開始，單片機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)有20 余年的歷史了。隨著科技的不斷發(fā)展，隨著單片機(jī)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)的單片機(jī)市場(chǎng)將不斷的向國(guó)家市場(chǎng)靠攏，并研發(fā)出符合中國(guó)資源現(xiàn)狀的產(chǎn)業(yè)鏈?，F(xiàn)在市場(chǎng)上大多單片機(jī)音樂播放器只能完成音頻解碼播放的過程，不能滿足用戶更多方面的需要如即時(shí)彈奏， LCD 編寫文檔等功能。 單片機(jī)的發(fā)展隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展 ,1982 年世界上誕生了首枚單片機(jī)芯片 ,這種單片機(jī)器件采用微米工藝 NMOS 技術(shù)制作 ,雖功耗和尺寸稍大 ,但運(yùn)算速度卻比 MPU 快了幾十倍 ,尤其在語(yǔ)音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。至 80 年代中期 ,隨著 CMOS 技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 ,第一才弋基于CMOS 工藝的單片機(jī)芯片應(yīng)運(yùn)而生 ,其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度都得到了成倍提高 ,成 3 為語(yǔ)音處理、圖象硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ) 。介紹了本文設(shè)計(jì)所用的芯片及軟件的發(fā)展和設(shè)計(jì)的基本原理。詳細(xì)介紹了本文設(shè)計(jì)所用到的各個(gè)芯片和硬件： AT89C5矩形鍵盤、液晶顯示 LCD160存儲(chǔ)器 SD 卡、 USB 通訊接口、音頻解碼 VS100D/A 轉(zhuǎn)換、功率放大芯片 LM38揚(yáng)聲器、麥克風(fēng) MIC。詳細(xì)講解了各個(gè)硬件的使用驅(qū)動(dòng)及各個(gè)硬件之間的連接。 第五章調(diào)試與仿真。 第六章結(jié)論和展望。 2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及原理 單片機(jī)概述及簡(jiǎn)介 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。 MCS51單片機(jī)是美國(guó) INTEL 公司于 1980 年推出的產(chǎn)品，與 MCS 48 單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電 路單元和指令，指令數(shù)達(dá) 111 條， MCS51 單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS51 系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MSC51 單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。 DP51S 單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀是由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司設(shè)計(jì)的 D 系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀之一，是一種功能強(qiáng)大的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)、調(diào)試。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。 （ 2） 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī) 控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： （ 1） 微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（ RAM）、只讀程序存儲(chǔ)器（ ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、 WDT（看門狗）、有些單片機(jī)將 LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。 （ 2） 低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時(shí)的功耗達(dá) 630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW 左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。 CMOS 雖然功耗低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。 開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 隨著單片機(jī)的不斷發(fā)展，以 C 為主流的單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言也不斷被更多的單片機(jī)愛好者和工程師所喜愛。 KEIL uVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之 一，它支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體 ,同時(shí)還支持， PLM，匯編和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似 ,界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。 圖 21 KEIL uVISION2 集成開發(fā)環(huán)境主界面 Proteus 是英國(guó) Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。具有模擬電路仿真、數(shù) 6 字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52 系列、 AVR 系列、 PIC10/12/16/18 系列、 HC11 系列以及多種外圍芯片。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision MPLAB 等軟件?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。 圖 22 Proteus 的仿真圖 設(shè)計(jì)框圖 7 圖 23 設(shè)計(jì)框圖 該系統(tǒng)硬件連接框 圖如圖 24 所示。播放時(shí)， MCU控制從 SDcard 讀取文件并傳送給解碼芯片，通過總線控制其解碼，解碼后的數(shù)字音頻 信號(hào)在 MCU 的控制下通過 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，放大，輸出到揚(yáng)聲器。錄音時(shí)，在 MCU 的控制下聲源由 MIC 存儲(chǔ)到 SDcard 卡里。在其外圍接上：電源 、通信電路、復(fù)位電路、控制電路、存儲(chǔ)電路、顯示電路、音頻處理電路及外放電路 。在電子琴模式中，有矩形鍵盤輸入高低不同的脈沖信號(hào)通過 AT89C51 來控制蜂鳴器發(fā)音。利用單片 機(jī)定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半個(gè)周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的 I/O 口反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì) I/O 口反相，這樣就能在此 I/O 口上得到此頻率的脈沖。一般說來，常采用的方法就是通過單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)中斷，將單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的 I/0 口來回取反，或者說來回清零，置位，從而讓讓單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。關(guān)于確定一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的定時(shí)器的定時(shí)值，有以下對(duì)應(yīng)關(guān)系 ： t= T／ 2 = 1/2f (21) 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。設(shè)振蕩器頻率為 0f ,則定時(shí)器的予置初值由 下式來確定 : END 開始 單片機(jī)初始化 啟動(dòng)播放 中斷 模式切換 ?□ MP3 模式 電子琴模式 繼續(xù)？ 9 t =12? ( ALLT HLT ) ∕ of (22) 式中 ALLT = 162 =65536 ， HLT 為定時(shí)器待確定的計(jì)數(shù)初值。 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。內(nèi)部含有 4KB的程序 ROM 并且在外部擴(kuò)展了 256K 的存儲(chǔ)空間， 2 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù) /定時(shí)器。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。哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器組織，支持高達(dá)64K 為單周期指令，支持六種尋址方式。s，乘、除指令為 4181。 AT89C51 的外形圖及管腳圖 ： 10 圖 31 AT89C51 芯片外形圖及引腳圖 MCS51 系列單片機(jī)采用 40 引腳雙列直插式封裝（ DIP），其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖 23 所示， 4 個(gè)并行口共有 32 根引腳，可分別作地址線、數(shù)據(jù)線和I/O 線； 2 根電源線； 2 根時(shí)鐘振蕩電路引腳和 4 根控制線 。 GND：接地。當(dāng) P1 口的管腳第 一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 表 31 和 的第二功能表 引腳 號(hào) 功能特性 T2(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入 ),時(shí)鐘輸出 T2EX(定時(shí) /計(jì)數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 ) P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部 八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向 振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源 13 驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 芯片擦除：整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 矩形鍵盤 本方案采用獨(dú)立式按鍵接口設(shè)計(jì) ,各按鍵相互獨(dú)立 ,每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O 口線，每根 I/O 口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線上的工作狀態(tài)。鍵盤工作方式采用 定時(shí)掃描方式，采用定時(shí)器 T0 定時(shí)，通過讀取輸出數(shù)據(jù)，識(shí)別按鍵工作狀態(tài)。由于機(jī)械觸點(diǎn)的的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合和斷開的瞬間均有一連串的抖動(dòng)。電平信號(hào)的波動(dòng)，有可能令 CPU 誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。 按鍵的消抖通常有軟件和硬件兩種消除方法。本設(shè)計(jì)雖然按鍵少但還是采用 常規(guī)的軟件延時(shí)的方法：在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)子程序后，再確認(rèn)電平是否仍保持閉合電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)處理工作，消除了抖動(dòng)的影響。其中前 9 個(gè)，按照音節(jié)順序排列，對(duì)應(yīng)一個(gè)八度的