单片机音乐发生器说明书1.doc

单片机课程设计要求1、课程设计目的1进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解表关电路参数的计算方法。4通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。2、课程设计正文2.1 设计所需器材电容：22pF （2个）电解电容：10F（1个）蜂鸣器：1个底座：DIP40（1个）DIP20（1个）万能电路板：1个AT89C52（1片） 2.2 设计任务和要求 设计一音乐发生器：（1）用单片机作为开发工具；（2）能进行仿真音乐发生器2.3设计方案用单片机AT89C52实现音乐发生器，主要运用AT89C52单片机和一个扬声器两个器件组成。在AT89C51单片机外部端子上接晶振电路，单片机的工作时钟为12MHz，将P3口的P3.7引脚作为音频输出口直接送给喇叭。通过程序设计的来计算出将要播放的歌曲的长度，然后在计算出从该首歌中所取出来的音符的长度，在将该音符通过一系列的控制后实现了该音符的播放，利用延时来实现该音符播放的长度，在该音符播放完后接着取下一个音符，就这样反复的取出下一个音符，从而实现了乐曲的播放。3、参考书目1 樊明龙、任丽静.单片机原理与应用.化学工业出版社,20012 谢嘉奎.电子线路.高等教育出版社,20023 马家辰、孙玉德.MCS-51单片机原理及接口技术. 哈尔滨工业大学出版社,20014 李华.MCS-51单片机接口技术与运用.北京航天航空大学出版社,20035 胡汉才.单片机接口技术与运用.清华大学出版社,20016 何立民.单片机高级教程.北京航空航天大学出版社,2001 7 赵晓安.MCS-51单片机原理及应用.天津大学出版社,2001.3 8 李广第.单片机基础.北京航空航天大学出版社,1999 系部负责人审批意见： 同 意 审批人签名: 目 录第1章 绪论4第2章 音乐基础知识52.1 音乐基础52.2 音频脉冲和音乐节拍的实现52.2.1 音频脉冲的产生52.2.2 音乐节拍的产生7第3章 系统方案设计83.1设计任务83.2 设计目的83.3 设计过程83.4 设计思想83.4.1 方案设计9第4章 硬件电路设计104.1 电路组成及工作原理104.1.2 工作原理104.2 AT89C52单片机介绍10第5章 软件设计145.1程序设计145.2 程序流程图14第6章 系统调试156.1 常用调试工具156.1.1 Proteu仿真软件介绍156.1.2 Keil编译环境介绍156.2 系统调试方法15结 论17致 谢18参考文献19附 录19 程序清单20第1章 绪论现在各种各样的音乐播放器呈现在我们面前，同时，随着当代手机行业的快速发展，许多手机厂商为了能够吸引广大的客户受到消费者的青睐，致此他们开始研究在手机上实现音乐和视频的播放，因此现在的手机都能够轻松的播放音乐了。这样人们就更很容易携带，随时随地都可以听，以便来缓解人们的疲劳、压抑、愉快人们的心情等，甚至有时还可以借着音乐来抒发自己的感情，传达我们对朋友的祝福。因此，在不知不觉中它成为了人们生活的一样必需品，无论到哪里、无论什么时候都可以听到我们想听的音乐。根据现在各大学教学计划的要求，并培养学生综合运用所学的专业知识和基本技能、培养学生分析问题、解决问题能力的教育过程。要求学生必须根据学院要求独立的做出一个设计，而不同专业的学生有不同的设计题目。在本设计中要求用单片机实现音乐发生器，主要是利用我们常见的或是比较熟悉的单片机来实现音乐的播放。而本设计主要是利用单片机AT89C52（51系列单片机）来实现的。本设计共分为六章，第1章是绪论，第2章是音乐基础知识，第3章是系统方案设计，第4章是硬件电路设计，第5章软件设计，第6章是系统调试。在实际中参照单片机相关资料，就可容易的利用单片机设计出一个音乐发生器。在设计过程中人们还可考虑用多种方法进行实现，这样不但很好的发挥了人们的创新精神，还提高了动手能力、综合分析能力及专业知识运用能力。18第2章 音乐基础知识2.1 音乐基础音作为一种物理现象，是由于物体振动而产生的，振动产生的声波作用于人耳，听觉系统将神经冲动传达给大脑，进而产生听觉。人耳能听到的声音频率大约在1120000Hz，而音乐使用的音一般在274100Hz。乐音体系中各音级的名称叫做音名，被广泛采用的是C D E F G A B （do re mi fa so la si则多用于歌唱，称为唱名）。乐音体系中音高关系的最小计量单位叫做半音，两个半音构成一个全音。乐音中有几十个高低不同的音，但是最基本只有这七个音，其他高、低音名都是在这个基础上变化出来的。乐谱表上用来表示正在进行的音的长短的符号，叫做音符。不同的音符代表不同的长度。音符有以下几种：全音符、二分音符、四分音符、八分音符、十六分音符、三十二分音符、六十四分音符。此外，还有附点音符，它就是指带附点的音符，所谓附点就是记在音符右边的小圆点，表示增加前面音符时值的一半。音持续的长短即时值,一般用拍数表示,休止符表示暂停发音。一首音乐就是由许多不同的音符组成的，而每一个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以拍数对应的延时来构成不同的音乐。2.2 音频脉冲和音乐节拍的实现2.2.1 音频脉冲的产生音乐的产生需要不同频率的音频脉冲，对于单片机而言，可以利用它的定时/计数器产生这样的方波频率信号。在本设计中，单片机工作在12MHz时钟频率下，其时钟周期为1us，因此可以利用AT89C52的内部定时/计数器T0，使其工作模式为1，根据对应音符的不同频率求出计数器的初值T（即是TH0和TL0的值），则TH0=T/256，TL0=T%256。C调各音符频率与计数值T的对照如下表2-1所示。表2-1 C调各音符频率与计数值T的对照表音符频率(Hz)简谱码(T)音符频率(Hz)简谱码(T)低1D026263628#4FA#74064860#1D0#27763731中5SO74864898低2RE29463835#5S0#83164934#2RE#31163928中6LA88064968低3M33064021#6LA#93264994低4FA34964103中7S198865030#4FA#37064185高1DO104665058低5SO39264260#DO#110965085#5S0#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高3M131865157低7S149464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#148065198#1D0#55464633高5SO156865217中2RE57864684#5SO#166165235#2RE#62264723高6LA176065252中3M65964777#6LA#186565268中4FA69864820高7SI1967652832.2.2 音乐节拍的产生节拍是指音乐持续的长短，是除音符之外音乐的另一关键组成部分，在单片机系统中可以通过延时来实现。如果1/4拍的延时设为0.2s，则1拍的时间为0.8s，依次类推，可以求出其余节拍的值，节拍的延时时间与音乐的曲调值有相对应的关系，下面为不同曲调下的1/4和1/8节拍的时间设定，如下表2-2所示。表2-2 不同曲调下1/4和1/8节拍的延时表曲调值(1/8节拍)delay(ms)曲调值(1/4节拍)delay(ms)调4/462调4/4125调3/494调3/4187调2/4125调2/4250第3章 系统方案设计3.1任务设计设计一音乐发生器：（1）用单片机作为开发工具；（2）能进行仿真音乐发生器。3.2 设计目的（1）培养学生怎样将综合的理论知识与实际相结合起来的能力（2）培养学生分析问题、解决问题的能力（3）锻炼学生独立、自学的能力及其动手能力3.3 设计过程在设计题目选择后，我积极的查阅相关资料。经过分析、思考及其指导老师的悉心的指导，我最终设计出了该方案，并对该方案进行分析与考虑用AT89C52单片机及扬声器来实现音乐的播放。确定好设计方案后，将整个设计分成了三个步骤：一是，设计的硬件电路图；二是，程序的设计；三是，硬件电路仿真与程序的编译、连接及运行。3.4 设计思想在此次设计中，我查阅了很多相关资料并经过分析、思考得到了此方案。它是：用单片机AT89C52和扬声器实现音乐发生器，但经过分析总结，最后选择了此方案。3.4.1 方案设计方案 用单片机AT89C52实现音乐发生器主要运用AT89C52单片机和一个扬声器两个器件组成。在AT89C51单片机外部端子上接晶振电路，单片机的工作时钟为12MHz，将P3口的P3.7引脚作为音频输出口直接送给喇叭，再通过程序设计的来计算出将要播放的歌曲的长度，然后在计算出从该首歌中所取出来的音符的长度，在将该音符通过一系列的控制后实现了该音符的播放，在利用延时来实现该音符播放的长度，在该音符播放完后接着取下一个音符，就这样反复的取出下一个音符，从而实现了乐曲的播放。该方案具体的、详细的电路图设计如图所示。方案电路图第4章 硬件电路设计4.1 电路组成及工作原理4.1.1 电路组成对于整个设计的电路由单片机、晶振电路等部分组成，其中单片机AT89C52主要是将各个模块连接起来并控制各个模块；扬声器则是来播放音乐的。4.1.2 工作原理利用单片机AT89C52直接来产生音频脉冲来驱动喇叭来完成音乐的播放 。利用了该单片机的P2口的P2.0来作为音频脉冲的输出端。4.2 AT89C52单片机介绍 AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和蔼可亲256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合，如图所示。AT89C52引脚图1、主要性能参数 与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 8k字节可重擦写Flash闪速存储器 1000次擦写周期 全静态操作:0Hz24MHz 三级加密程序存储器 2568字节内部RAM 32个可编程I/O口线 3个16位定时/计数器 8个中断源 可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式2、引脚功能 Vcc：电源电压 GND：接地 P0口：P0口是一个8位双向I/O接口，也即地址/数据总线复用口。在访问外部数据存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用。 P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对端口写“1”通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平时，此时可作输入口。 P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。在访问外部存储器时,P2口送出高8位地址数据。 P3口：P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表4-1所示。表4-1 P3口的第二功能表端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD (串行输出口)P3.2INT0 (外中断0)P3.3INT1 (外中断1)P3.4T0 （定时/计数器0）P3.5T1 （定时/计数器0）P3.6WR (外部数据存储器写选通)P3.7RD (外部数据存储器读选通) RST：复位信号输入端。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 /PROG：地址锁存有效信号输出端。当访问片外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于位锁存低8地址 ：程序存储允许输出端。是片外程序存储器的读选通信号。 /Vpp:行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。通过XTAL1、XTAL2外接晶振后，即可构成自激振荡器，驱动内部时钟发生器向主机提供时钟信号。在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFR），其中包括B寄存器、累加器、程序状态寄存器（PSW）、定时/计数器控制、中断优级控制寄存器（IP）、P3口锁存寄存器、中断允许控制寄存器（IE）、串行口控制寄存器等。它们可运用来设置片内电路的运行方式，记录电路的运行状态，MCS-51单片机对特殊功能寄存器采取与片内RAM统一编址的方法，可按字节地址直接寻址。第5章 软件设计5.1程序设计详细的程序设计见附录5.2 程序流程图如图5-1所示。开 始设置歌曲的入口地址及初始化判断按键的值及歌曲是否播放？结束图5-1 主程序图第6章 系统调试6.1 常用调试工具6.1.1 Proteu仿真软件介绍Proteu仿真软件用来画硬件电路原理图,在其中我们可以同时调用各样的单片机，但是其中存放的是普通的单片机可能不存在我们所要的芯片，因此我们也可以用Auto CAD或protel 99来画此硬件电路图，而我在此次设计中采用了Proteu这个软件。在画图过程中一定要注意的是，元器件之间的连接线不可以是非线一定要导线，因此完成电路图后再调试这个硬件电路是否能实现它的功能。具体的操作是打开电路原理图后双击单片机芯片在弹出的对话窗口中把我们在keil编译软件中编译生成的后缀名为.hex文件调入其中,而该单片机的工作时钟频率我们可以在此改变，设置好后点击OK就可以了,再点击原理图左下角的运行就可以正常运行了，若要暂停或是恢复则点击相应的按钮就好了。6.1.2 Keil编译环境介绍Keil编译软件用来编程，可以用汇编语言也可以用C语言来进行编程实现某些功能。当打开keil后,首先新建一个项目保存在相应位置，后再新建一个文本，将你已经编好的程序复制到这个文本中或是在这个文本进行编写程序，之后一再将其保存为一个以.Asm或是.c作为后缀名的文本,再在我们建立的组中将程序文件添加到工程中，再经过编译，然后生成.Hex文件再编译，若提示没有出现错误errors（不含警告warnings）则说明调试成功，反之则应该对程序进行检查分析，直到调试成功为止。6.2 系统调试方法（1）打开电路仿真的应用程序ISIS Professional,在其中选择该设计所需的的单片机或是元件，然后将其放置到要画图的区域中，你可以双击该元件改变它相应的属性及参数。2、用带电气性的连接线来连接各个元件，从而构成了完整的电路图并保存在为.DSN为后缀名的文件，放在你所需的地方。3、打开程序仿真或调试应用程序Keil uVision2, 首先要建一个工程，再将程序添加到该工程中，再保存。4、再进行程序的编译与连接，检查程序是否正确，如果不正确，则进行分析直到正确为止；如果正确，则可以生成.hex文件。5、点击project菜单，选择options for target项或是直接点击常用工具栏中的图标打开对话框进行设置， 则就可以生成.hex文件了。6、再打开电路仿真的应用程序ISIS Professional，然后双击该电路图中的主的单片机，同时弹出一个对话框，在对话框中进行选择所生成的.hex文件，并还可以进行单片机的频率设置，再单击确定。7、点击运行检查是否可以运行正确。结 论通过这次比较完整的单片机音乐发生器的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，同时也提高我查阅文献资料、设计规范以及电脑画图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力。这是我们都希望看到的也正是我们进行设计的目的所在。在此次设计中我学到了很多东西，包括对单片机的更进一步的认识、一些关于音乐的基础知识的了解、汇编语言的应用的学习等等。首先，在这次设计中，通过上网或、图书馆或是上书店翻阅相关的单片机资料，同时也在帮同学查看和解决一些问题（设计中的硬件问题）时，更加清楚地认识了单片机，让在我原来的硬件基础知识的基础上又认识了解几款单片机（AT89S52）及它的原理。其次，就是在此次设计中关系到了音乐的一些基础知识，音乐是由不同的音符组成，不同的音符对应着不同的频率产生，产生有规律的频率乐音。了解音乐的产生，音乐体系中中音高关系的最小计量单位及音符的定义，同时也知道了音符又分为了以下几种：全音符、二分音符、四分音符、八分音符、十六分音符、三十二分音符、六十四分符。最后，让我感受最大的是将理论和实践相结是要解决很多问题经过一定的挫折才能很好的完成任务，因此在其过程中考虑问题时一定要谨慎、全面，出现问题时不应该气馁，要沉着思考或是向同学、老师请求帮忙。只要坚持不懈我们就一定能克服任何困难完成任务。致 谢经过一个月的努力，我的单单片机设计顺利完成了。在这里，我向所有指导过我的老师、帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人，对他们表示深深的谢意。在单片机设计选题后，何老师要求我们一定要抓紧时间积极地查询、搜索设计相关资料。何老师不畏工作的繁荣，要求她指导的学生定时的到她那里给她说明下设计的进展及在此过程中我们遇到的困难与疑惑，并且她会给我们一一耐心的讲解。在整个单片机设计过程中，她老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的单片机设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此谨向尊敬的导师致以由衷的感谢和崇高的敬意。单片机设计到最后的成稿，都得到了指导老师的热情鼓励和悉心指导，凝聚了导师许多心血。她渊博的学识，严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在老师的精心指导和帮助下，开阔了视野，分析和解决问题等方面的能力有了长足的进步。感谢大学期间授我业、解我惑的全体老师。没有你们的谆谆教导，我就不可能具备扎实的道路与桥梁工程的专业知识。参考文献1 樊明龙、任丽静.单片机原理与应用.化学工业出版社,20012 谢嘉奎.电子线路.高等教育出版社,20023 马家辰、孙玉德.MCS-51单片机原理及接口技术. 哈尔滨工业大学出版社,20014 李华.MCS-51单片机接口技术与运用.北京航天航空大学出版社,20035 胡汉才.单片机接口技术与运用.清华大学出版社,20016 何立民.单片机高级教程.北京航空航天大学出版社,2001 7 赵晓安.MCS-51单片机原理及应用.天津大学出版社,2001.3 8 李广第.单片机基础.北京航空航天大学出版社,1999 附 录附录程序清单C51 COMPILER V7.09 PLAYMUSIC 09/17/2005 03:46:12 PAGE 1 C51 COMPILER V7.09, COMPILATION OF MODULE PLAYMUSICOBJECT MODULE PLACED IN PlayMusic.OBJCOMPILER INVOKED BY: C:Program FilesKeilC51BINC51.EXE PlayMusic.c BROWSE DEBUG OBJECTEXTENDline level source 1 #include 2 #include SoundPlay.h 3 4 void Delay1ms(unsigned int count) 5 6 1 unsigned int i,j; 7 1 for(i=0;icount;i+) 8 1 for(j=0;j120;j+); 9 1 10 11 /*Music* 12 /挥着翅膀的女孩 13 unsigned char code Music_Girl= 0x17,0x02, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 0x19,0x02, 0x15,0x03, 14 0x16,0x03, 0x17,0x03, 0x17,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 15 0x19,0x02, 0x16,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x02, 0x18,0x03, 16 0x17,0x03, 0x15,0x02, 0x18,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x02, 17 0x10,0x03, 0x15,0x03, 0x16,0x02, 0x15,0x03, 0x16,0x03, 18 0x17,0x02, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 0x19,0x02, 0x1A,0x03, 19 0x1B,0x03, 0x1F,0x03, 0x1F,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 20 0x19,0x02, 0x16,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 0x17,0x03, 21 0x18,0x03, 0x1F,0x03, 0x1F,0x02, 0x16,0x03, 0x17,0x03, 22 0x18,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 0x20,0x03, 0x20,0x02, 23 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 0x1F,0x66, 0x20,0x03, 0x21,0x03, 24 0x20,0x03, 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 0x1F,0x66, 0x1F,0x03, 25 0x1B,0x03, 0x19,0x03, 0x19,0x03, 0x15,0x03, 0x1A,0x66, 26 0x1A,0x03, 0x19,0x03, 0x15,0x03, 0x15,0x03, 0x17,0x03, 27 0x16,0x66, 0x17,0x04, 0x18,0x04, 0x18,0x03, 0x19,0x03, 28 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 0x1F,0x66, 0x20,0x03, 0x21,0x03, 29 0x20,0x03, 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 0x1F,0x66, 0x1F,0x03, 30 0x1B,0x03, 0x19,0x03, 0x19,0x03, 0x15,0x03, 0x1A,0x66, 31 0x1A,0x03, 0x19,0x03, 0x19,0x03, 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 32 0x1F,0x00, 0x1A,0x03, 0x1A,0x03, 0x1A,0x03, 0x1B,0x03, 33 0x1B,0x03, 0x1A,0x03, 0x19,0x03, 0x19,0x02, 0x17,0x03, 34 0x15,0x17, 0x15,0x03, 0x16,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 35 0x17,0x04, 0x18,0x0E, 0x18,0x03, 0x17,0x04, 0x18,0x0E, 36 0x18,0x66, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 0x17,0x03, 0x18,0x03, 37 0x20,0x03, 0x20,0x02, 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 0x1F,0x66, 38 0x20,0x03, 0x21,0x03, 0x20,0x03, 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 39 0x1F,0x66, 0x1F,0x04, 0x1B,0x0E, 0x1B,0x03, 0x19,0x03, 40 0x19,0x03, 0x15,0x03, 0x1A,0x66, 0x1A,0x03, 0x19,0x03, 41 0x15,0x03, 0x15,0x03, 0x17,0x03, 0x16,0x66, 0x17,0x04, 42 0x18,0x04, 0x18,0x03, 0x19,0x03, 0x1F,0x03, 0x1B,0x03, 43 0x1F,0x66, 0x20,0x03, 0x21,0x03, 0x20,0x03, 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