基于AT89C52的音乐播放器课程设计报告.doc

0 湖湖南南商商学学院院 课课 程程 设设 计计 题题 目目基于单片机的音乐播放器设计 学生姓名学生姓名 学学 号号 学学 院院 专业班级专业班级 指导教师指导教师 职职 称称 年年月月 1 目录目录 摘要： .1 关键词： .1 1 设计任务1 2 总体设计方案 .1 2.1 电路图原理 2 3 各单元电路的设计2 3.1 晶振时间电路设计 2 3.2 输入电路设计 3 3.3 输出电路设计 3 4 元器件的选择 .4 4.1 单片机 4 4.2 晶振 6 4.3 三极管 6 4.4 蜂鸣器 7 5 电路的仿真分析 .8 5.1 电路的组装 9 5.2 电路的调试 .10 6 心得体会 10 参考资料 11 附录 1 :元件清单.11 附录 2 ：音乐播放器系统主程序源代码11 0 基于单片机的音乐播放器设计基于单片机的音乐播放器设计 摘要：摘要：本设计是基于 AT89C52 单片机的音乐播放器的程序设计。该音乐播 放器是一个依据单片机技术原理，通过 PROTEUS 仿真软件对硬件电路进行 仿真制作以及利用 KEIL 软件对音乐播放器源程序进行 C 语言编译，而设 计制作出的一个多功能数字音乐播放器。该音乐播放器通过控制单片机内 部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音调的音乐。该程 序通过把乐谱转化成相应的定时常数来驱动发音设备演奏出悦耳动听的音 乐。 本音乐盒一共设计了五首歌曲，音乐播放器可以循环播放五首歌曲片 段，音乐播放器也可以通过按键选择播放上一首或者下一首。 关键词：关键词：音乐播放器；AT89C52；KEIL；PROTEUS。 1 1 设计任务设计任务 （1）音乐播放器可以循环播放五首歌曲片段，五首歌分别为梁 祝 、 新年好 、 两只老虎 、 生日快乐和隐形的翅膀 。 （2）音乐播放器也可以通过按键选择播放上一首或者下一首。 2 2 总体设计方案总体设计方案 根据音乐播放器系统的功能与组成，进行系统分析，系统除单片机核 心部分外还需要与按键连接以接收输入指令，通过连接扬声器使其发出音 乐。 1 图 1 电路框架图 2.12.1 电路图原理电路图原理 开始要定义音频输出端口，以及每首歌的入口地址；然后对定时器初 始化，确定工作方式，赋初值，开放中断，启动定时器工作；对音频输出 端口初始化；设置音节起始位置和节拍间距，把音节和节拍的入口地址信 息存放在固定存储单元中；将取出的音符数+节拍数保存在存储单元中； 并循环读取歌曲的节拍编码；并由中断来控制音乐的播放到上一曲，或者 下一曲。 3 3 各单元电路的设计各单元电路的设计 3.13.1 晶振时间电路设计晶振时间电路设计 晶振电路由两个 30pF 的电容和一个 12Mhz 的晶体振荡器组成。晶振 电路如图 3 所示。节点 1 与单片机的 XTAL2 相连接，节点 2 与单片机的 XTAL1 相连接，从而为单片机提供时间信号，为音乐的播放节拍控制提供 基本时间单位。当晶体振荡频率为 12MHz，定时器工作在方式 1 下。在音 乐播放器实际设计时，由于所选用的单片机开发板上已具备晶振电路，故 而不再另外焊接晶振电路，而是直接接入使用。 AT89C52 输出电路： 喇叭 晶振时间 电路 输入电路： 按键 2 图 2 晶振电路设计 3.23.2 输入电路设计输入电路设计 歌曲选择电路由按键上一曲（P3.2 接口）和按键下一曲(P3.3 接口)连 接单片机组成，且单片机为低电平时按键按下。输入电路如图 3 所示。 图 3 输入电路设计 3.33.3 输出电路设计输出电路设计 发声电路由数字扬声器连接 P2.3 接口实现音乐的输出，由控制电路 发出操作指令后，单片机调用相应程序，并将音乐信号由 P2.3 口输出， 通过三极管放大电流以驱动扬声器发出美妙的音乐，输出电路如图 4 所示。 3 图 4 输出电路设计 4 4 元器件的选择元器件的选择 此次设计中用到了 AT89S52 单片机、晶振、三极管、蜂鸣器等等。 4.14.1 单片机单片机 AT89C52 的工作原理：AT89C52 为 8 位通用微处理器，采用工业标准 的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同，其主要用于 会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及 外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥 控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚） 和 XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 VCC（40 脚）和 VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。 P0P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚 相连接，13 脚定义为 IR 输入端，10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口， 分别连接 N1 的 SDAS（18 脚）和 SCLS（19 脚）端口，12 脚、27 脚及 28 4 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式 的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 主要性能： 1、兼容 MCS51 指令系统 2、8kB 可反复擦写(大于 1000 次）Flash ROM； 3、32 个双向 I/O 口； 4、256x8bit 内部 RAM； 5、3 个 16 位可编程定时/计数器中断； 6、时钟频率 0-24MHz； 7、2 个串行中断，可编程 UART 串行通道； 8、2 个外部中断源，共 8 个中断源； 9、2 个读写中断口线，3 级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11、有 PDIP、PQFP、TQFP 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品的需 求。 5 图 5 单片机引脚排列 4.24.2 晶振晶振 晶振作用：给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。 原理：在石英晶体的两个极板上加一个电场，晶片会产生机械变形， 对极板施加机械力使其变形，又会在极板上产生相应的电荷，这叫压电效 应。如果在两个极板上加上交变的电压，晶片便会产生机械变形震荡，同 时这种机械震荡还会产生交变的电场（比较的微小） ，但是当外加交变的 电压的频率与晶片固有的频率（由其形状和尺寸决定）相等时，机械振动 的幅度会加剧，产生交变电场也增大。叫做压电谐波。 即使去掉晶振，电路照样的能振荡，并且如果把那两个电容改成可调 电容的话也能得到想要的某个频率，那还要晶振干什么：晶振、陶瓷谐振 槽路、RC 振荡器以及硅振荡器是适用于微控制器的四种时钟源。针对具体 应用优化时钟源设计依赖于以下因素：成本、精度和环境参数。RC 振荡器 能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内 精度较差，会在标称输出频率的 5%至 50%范围内变化；但相对 RC 振荡器 而言，基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和 较低的温度系数。 4.34.3 三极管三极管 该设计选用的三极管是 NPN 型 8050，三极管最基本的作用是放大作用， 它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量 守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量。三极管有一个重要参数就 是电流放大系数 。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上 可以得到一个是注入电流 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基 极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大 的变化，这就是三极管的放大作用。如图 6 为 NPN8050 的结构。 6 图 6 NPN8050 结构图 4.44.4 蜂鸣器蜂鸣器 蜂鸣器的作用就是输出音频。将电信号转换成声音信号，以此来发出 声音。 发音原理：播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是 音符。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声 音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率 的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增 加而上升。另外，音符的频率有所不同。基于上面的内容，这样就对发音 的原理有了一些初步的了解。音符的发音主要靠不同的音频脉冲。利用单 片机的内部定时器/计数器 0，使其工作在模式 1，定时中断，然后控制 P0.3 引脚的输出音乐。只要算出某一音频的周期（1/频率） ，然后将此周期除 以 2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到 后就将输出脉冲的 I/O 反相，然后重复计时此半周期时间再对 I/O 反相， 就可在 I/O 脚上得到此频率的脉冲。如下表 1。 7 表 1 简谱对应的简谱码、T 值、节拍数 5 5 电电 路路的的 仿真分析仿真分析 简谱发音简谱码T 值节拍码节拍数 5低音 SO16426011/4 拍 6低音 LA26440022/4 拍 7低音 TI36452433/4 拍 1中音 DO46458041 拍 2中音 RE5646845 1 又 1/4 拍 3中音 MI6647776 1 又 1/2 拍 4中音 FA76482082 拍 5中音 SO864898A 2 又 1/2 拍 6中音 LA964968C3 拍 7中音 TIA65030F 3 又 3/4 拍 1高音 DOB65058 2高音 REC65110 3高音 MID65157 4高音 FAE65178 5高音 SOF65217 8 图 7 Proteus 仿真原理图 5.15.1 电路的组装电路的组装 9 图 8 电路组装元器件排布图 图 9 电路组装引脚连线图 5.25.2 电路的调试电路的调试 播放器一开始没有加三极管，蜂鸣器由单片机输出的高电平驱动发生 声音，但由于单片机输出的电流很小，导致声音特别小，后来向学姐和老 师请教，得出两种方法可以是蜂鸣器的声音放大。一种是将蜂鸣器的正极 直接接 5V 电源，负极接单片机输出端口。另一种是在原来电路的基础上， 加上 NPN 三极管 8050，基极接单片机输出端口，集电极接 5V 电源，发射 极接蜂鸣器的正极。通过不断的调试，很好的实现了循环播放和上下选曲 的功能，当电源接通但是没有开关打输入选择歌曲上一曲还是下一曲时， 播放自动播放曲目 1 到曲目 5 循环播放。当按下开关，则会一条过正在播 放的曲目，播放上一曲，或者下一曲。按下抚慰开关后，歌曲将又从第一 首歌曲开始播放。 6 6 心得体会心得体会 本学期学习单片机的时间只有十几周时间，对单片机的硬件设计，软 件设计掌握的深度不够，但通过此次课程设计，让我学到很多很多的东西， 10 学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程 中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了以前所学过的知识，而且 学到了很多在书本上所没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法， 可以进行一些简单的编程。 在这几天课设的时间里，实验室的氛围对我们的影响很大，大家一起 努力，这也是我们能完成课设的动力。另外在编程中出现问题时，一定要 戒骄戒躁，脚踏实地，认真看书，仔细分析，仔细调试，就一定会发现错 误，克服困难，我们也是这么做的，这在课设中十分重要。通过这次课程 设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够 的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能 真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时 在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够 深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不够好。这次课程设计 通过自己的努力，同学的帮助，还有老师的辛勤指导下，最终顺利完成了。 总之此次课程设计让我获益匪浅。 参考资料参考资料 1 郑郁正.单片机原理及应用M.四川大学出版社，2003.7. 2 谭浩强.C 程序设计（第二版）M.清华大学出版社，1999.6. 3 王晓君，安国臣等. MCS51 及兼容单片机原理与选型Z. 北京-电 子工业出版社, 2003.2. 4 杨全胜，胡有彬.现代微机原理与接口技术M。北京：电子工业出版 社，2002.4. 5 王玉凤，刘湘黔，杨欣.51 单片机应用从零开始.北京：清华大学出版 社，2008 6 陈卫兵.单片机技术与应用基础.北京：人民邮电出版社，2010 7 张毅刚，彭喜元.单片机原理及接口技术.北京：人民邮电出版社， 2008 8 杜树春.基于 Proteus 和 Keil C51 的单片机设计与仿真.北京：电子 11 工业出版社，2012 9 郭天祥.51 单片机 C 语言教程.北京：电子工业出版社，2009 10东方.卓越.简谱入门基础教程.北京：同心出版社出版，2009 附录附录 1 1 : :元件清单元件清单 元件名称型号参数数量 STC89C52 单片机 /1 开关 /3 晶振 11.0592MHZ1 电容 22pF2 蜂鸣器 /1 电解电容 10uF1 电阻 10K1 附录附录 2 2 ：音乐播放器系统主程序源代码音乐播放器系统主程序源代码 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit key_1 = P32; sbit key_2 = P33; 12 sbit fm=P23;/蜂鸣器连续的 IO 口 uchar count2;/歌曲标志 uchar timeh,timel,i; /-简谱- /编程规则:字节高位是简谱,低位是持续时间, /代表多少个十六分音符 /1-7 代表中央 C 调,8-E 代表高八度,0 代表停顿 /最后的 0 是结束标志 uchar code music_1= /梁祝 0x18,0x26,0x32,0x56,0x62,0x32,0x52,0x24,0x96,0xC2, 0xA2,0x92,0x72,0x92,0x68,0x66,0x72,0x44,0x34,0x26, 0x32,0x54,0x64,0x14,0x54,0x32,0x22,0x32,0x52,0x28, 0x76,0x92,0x44,0x64,0x32,0x52,0x28,0x04,0x12,0x24, 0x12,0x22,0x32,0x42,0x62,0x36,0x22,0x32,0x56,0x62, 0x94,0x74,0x64,0x72,0x62,0x54,0x32,0x22,0x18,0x58, 0x32,0x51,0x32,0x22,0x12,0x22,0x32,0x52,0x28,0x00 ; uchar code music_2= /新年好 0x41,0x41,0x42,0x12,0x61,0x61,0x62,0x42,0x41,0x61,0x82,0x82,0x71,0x61,0x54,0x51,0x6 1,0x72, 0x72,0x61,0x51,0x62,0x42,0x41,0x61,0x52,0x12,0x31, 0x51,0x44,0x08,0x08; uchar code music_3= /两只老虎 0x42,0x52,0x62,0x42,0x42,0x52,0x62,0x42,0x62,0x72,0x84,0x62,0x72,0x84,0x81,0x91, 0x81,0x71,0x62,0x42,0x81,0x91,0x81,0x71,0x62,0x42,0x52,0x12,0x44,0x52,0x12,0x44 ; uchar code music_4= /生日快乐 0x13,0x13,0x24,0x14,0x44,0x34,0x04,0x13,0x13,0x24,0x14,0x54,0x44,0x04, 13 0x13,0x13,0x84,0x64,0x44,0x34,0x24,0x76,0x73,0x64,0x44,0x54,0x44,0x04 ; uchar code music_5= /隐形的翅膀 0x12,0x42,0x66,0x61,0x81,0x64,0x52,0x42,0x42,0x42,0x42,0x21,0x11,0x14,0x12,0x42,0x6 6,0x82,0x82,0x82,0x81,0x91,0x82, 0x82,0x62,0x51,0x41,0x41,0x51,0x54,0x92,0x82,0x66,0x82,0x82,0x82,0x92,0x82,0x62,0x5 2,0x42,0x41,0x51,0x24,0x12,0x22, 0x36,0x62,0x54,0x62,0x42,0x4c, 0x62,0x82,0xb6,0xa1,0xb1,0xa4,0x92,0x82,0x92,0x91,0xb1,0x62,0x52,0x44, 0x42,0x42,0x42,0xb4,0x92,0x82,0x62,0x52,0x41,0x51,0x5c, 0x62,0x82,0xb6,0xa1,0xb1,0xa4,0x92,0x82,0x92,0x91,0xb1,0x62,0x52,0x44, 0x42,0x42,0x42,0xb4,0x92,0x82,0x62,0x52,0x42,0x4c ; /-简谱音调对应的定时器初值- /适合 11.0592M 的晶振 uchar code cuzhi= 0xff,0xff,/占位 0xFC,0x8E,/中央 C 调 1-7 0xFC,0xED, 0xFD,0x43, 0xFD,0x6A, 0xFD,0xB3, 0xFD,0xF3, 0xFE,0x2D, 0xFE,0x47, /高八度 1-7 0xFE,0x76, 0xFE,0xA1, 0xFE,0xC7, 14 0xFE,0xD9, 0xFE,0xF9, 0xFF,0x16 ; void delay(uint z)/延时 165MS,即十六分音符 uint x