课程设计之音乐播放器设计.doc

目 录1 课程设计题目12 电子音乐播放器设计内容13 音乐播放器设计目的14 音乐播放器的需求分析24.1 概述24.2 运行环境24.3 功能需求分析25 音乐播放器的总体设计35.1 设计的总体思想35.2 总体模块结构图35.3 主程序流程图46 音乐播放器详细设计56.1 数码管显示模块56.2 键盘模块66.3蜂鸣器模块66.4复位电路76.5定时器模块87 系统测试108 小结119 参考文献12附录：133.主程序141 课程设计题目题目： 电子音乐播放器小组成员： 2 电子音乐播放器设计内容本设计是关于一个涉及运用单片机、微机原理等综合性理论来设计一套控制系统，从而来完成音乐播放的控制。通过按下功能键实现上一首和下一首及暂停播放，同时有数码管显示当前播放歌曲的序号，蜂鸣器播放出音乐从而有欣赏音乐的效果系统。3 音乐播放器设计目的此次的设计是在已经掌握相关的专业理论知识的基础上，进行的一次综合应用的实践性教学环节，是提高我们实践技能和增强动手能力的有效措施。它不仅巩固所学知识、增强开发能力、提高专业素质，促进全面发展，而且通过音乐播放器的设计这一环节，培养独立思考、独立分析、独立解决问题的能力；通过作业小组成员的集体合作，培养合作共事、协同工作的能力，为今后的团体工作能力打好扎实的基础。4 音乐播放器的需求分析4.1 概述本设计是基于单片机形式的电子音乐播放器，主要设计模块包括数码管显示部分，功能键盘部分，蜂鸣器发声部分。数码管采用共阳极数码管，通过单片机P1口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过单片机P3口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能。蜂鸣器由单片机的P2口控制，实现歌曲播放；4.2 运行环境此次设计要利用单片机及KeilC51编程软件编程和微机原理等方面知识,将程序下载到单片机中，利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而发出音乐。4.3 功能需求分析1. 采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号。2. 可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一曲，下一曲。3.利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而达到播放音乐的效果。5 音乐播放器的总体设计5.1 设计的总体思想通过单片机的定时器产生一定长度的方波，方波脉冲驱动蜂鸣器发声。要产生音频脉冲，只需算出某一音频的周期（1/音频），然后取半周期的时间定时。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口反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。如中音D0，频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒，因此只要令计数器定时1912/2=956，在每计数956次时将I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。 当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出音乐。同时启动定时器T1，在LED显示歌曲号。数码管采用共阳极数码管，通过单片机P1口控制，实现歌曲序号的显示；蜂鸣器由单片机的P2口控制，实现歌曲播放；功能键盘采用按键开关，通过单片机P3口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能。通过按下功能键实现上一首和下一首及暂停播放，同时有数码管显示当前播放歌曲的序号，蜂鸣器播放出音乐。数码管显示 键盘5.2 总体模块结构图单片机复位电路音乐播放电路图5.2.1总体模块结构图5.3 主程序流程图开始要定义音频输出端口，歌曲总数以及每首歌曲的入口地址；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，查询音乐的节拍表；当六首歌曲的节拍表查询完，音乐播放完毕，程序结束。开始初始化设置音节起始位置和节拍间距读取音节，音符显示当前歌曲播放序号节拍结束音乐结束图5.3.1 系统流程图6 音乐播放器详细设计6.1 数码管显示模块通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。 而此设计中歌曲序号显示部分就是用数码管来显示，LED显示器件是通过发光二极管显示字段的器件。（一）LED显示器结构基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按下图排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。 图6.1.1LED显示器结构图（二）LED显示器分类（1）按字高分：笔画显示器字高最小有1mm（单片集成式多位数码管字高一般在23mm）。其他类型笔画显示器最高可达12.7mm（0.5英寸）甚至达数百mm。（2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。（3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。（4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。所谓共阳方式是指笔画显示器各段发光管的阳极（即P区）是公共的，而阴极互相隔离。 所谓共阴方式是笔画显示器各段发光管的阴极（即N区）是公共的，而阳极是互相隔离的。图6.1.2 LED显示器共阳极和共阴极6.2 键盘模块键盘是由一组按压式或触摸式开关构成的阵列，是一种常用的输入设备。键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘两种。1.编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码，这种键盘所需程序简单，但硬件电路复杂、价格昂贵通常不被单片机系统采用。2.非编码键盘常用一些按键排列成行列矩阵，其硬件逻辑与按键编码不存在严格的对应关系，而要由所用的程序来决定。非编码键盘的硬件接口简单，但是要占用较多的CPU时间，通常采用可编程键盘管理芯片来克服这个缺点。本设计使用两种按键，一种是按键式非编码键盘和轻触式非编码开关。在接线时由于有六个引脚，连接时需要用万用表进行测量，然后接通两个引脚。6.3蜂鸣器模块一般所指的蜂鸣器是以压电陶瓷为主要元件的。压电陶瓷是一类有将压力与电流相互转换能力的特殊陶瓷。这种能力缘于其特殊的晶体结构。当压电陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生形变时，它就会在内部产生一个电流，并且电流的变化与压力的变化密切相关。反之亦然。所以利用这一特性，在压电陶瓷上通过一定频率的电流，就会引起压电陶瓷微小形变，这一形变带动空气发生振动，如果频率适当，就可以被人耳所听见，也就是产生了蜂鸣声。1蜂鸣器的作用：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。2蜂鸣器的分类：蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。3蜂鸣器的电路图形符号：蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器的结构原理：1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。6.4复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,如图所示。RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.这次采用的是手动复位，复位通过电容C3，C4和电阻R1,R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。图6.4.1复位电路图6.5定时器模块51单片机内部有两个16位的可编程的定时/计数器，称为定时器0（T0）和定时器1（T1），它们都具有定时功能和事件计数功能，可用于定时控制、延时、对外部事件检测和计数等场合。定时器的核心部件是加1计数器，通过设置TMOD可使定时器工作在定时或计数方式，即将定时器用于定时或计数。实际上这两种工作方式没有本质的区别，都是对脉冲信号计数，只是计数的脉冲来源不同而已。如果计数脉冲是频率稳定的系统时钟的分频信号，则称为定时方式，如果计数脉冲是外部脉冲信号，称为计数方式。无论工作在定时方式还是计数方式，定时器在对内部时钟或外部脉冲计数时，都不占用CPU的时间，而按设定的方式自主工作，与CPU并行运行。只有在定时器定时时间或计数值到，定时器溢出时才可能中断CPU当前工作，请求CPU处理。如晶振12MHZ，用定时器T0定时50ms，从P2.0引脚输出周期100ms的方波; 开始初始化P2.0输出调延时50ms程序 图6.5.1定时50ms流程图7 系统测试应用KS，模拟系统，并调试成功。图7.1 软件调试成功8 小结 电子音乐播放器是一项具有趣味性的设计。在我对其产生极大兴趣的同时，通过电路绘制，程序编程和调试，以及最后的仿真实现，在此期间，我了解了单片机开发的大致流程。 通过此次课程设计，不仅使我对单片机有了更深入更现实的了解单片机的定时器功能，LED的数码显示，功能键盘的设计等，而且也提高了自己的动手能力，感到受益匪浅。在设计也遇到程序错误等问题，但通过自己的努力和同学老师的帮助，终于克服种种困难，把硬件和软件调试顺利完成。 最后，衷心感谢这次对我的课程设计提供无私帮助的所有老师和同学!9 参考文献1刘守亦. 单片机应用技术. 陕西: 西安电子科技大学出版社,19952 肖玲尼. Protel 99 SE 印刷电路. 北京: 清华大学出版社, 20033 阎石. 数字电子技术基础. 北京: 高等教育出版社, 19984 赵晶. Protel 99高级应用. 北京: 人民邮电出版社, 20005 周学毛. 汇编语言程序设计. 北京: 高等教育出版社, 1997 6 罗万钧. 汇编语言程序设计. 陕西: 西安电子科技大学出版社,1995附录：1.PCB：图10.1 PCB图2.原电路：图10.2 电路图3.主程序OUT BIT P2.0 ;定义音频输出端口,p2.0N EQU 6 ;歌曲总数OUT_NUM EQU P1 ;数码管显视当前所放歌曲曲数 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP LAST_SONG ;外部中断0用于接上一曲歌按键 ORG 000BH AJMP F_T0 ;定时器0用于定时，作音符发生器用 ORG 0013Hq4: AJMP NEXT_SONG ;外部中断1接下一曲歌按键 ORG 001BH AJMP START_PAUSE ;定时器1用计数，这里用作中断，接开始/暂停键,初值为0ffH，方式2 ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60H MOV DPTR,#TABLE ;DPRT指向每首歌曲的入口地址的地址。 MOV R0,#30H ;R0中存入数据30H，这里在以30H开始的单元存放每首歌曲的入口地址，其中30H,31H存放 ;歌曲的节拍入口地址，32H，33H存放歌曲音符入口地址，每首歌占用四个存储存单元。 MOV R5,#00H;R5中存放表TABLE中正在执行操作的序号 MOV R6,#1 ;R6存放正在设置入口信息的歌曲数SET_TAB: MOV A,R5 ;设置每首歌曲的入口信息，存放在以30H开始的存储单元中。 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R5 INC R0 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R5 INC R0 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 INC R5 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 INC R5 INC R6 ;设置完一首歌曲后，歌曲数加一 CJNE R6,#N+1,SET_TAB ;是否设置完，没有便继续，否则进行下面的操作 对中断，计数器的相关参数进行设置 MOV TMOD, #61H;计数器0工作方式1，计数器1工作方式2 MOV TH1,#0FFH ;给计数器1置初值0FFH，又由于是工作方式2， MOV TL1,#0FFH ;计数器计数为1，相当于一外部中断。 SETB ET1 ;允许计数器1中断 SETB ET0 ;允许计数器具0中断 CLR PT0 ;计数器0为低优先级 SETB PT1 ;计数器1为高优先级 SETB IT0 ;外部中断0为跳沿触发 SETB PX0 ;高优先级 SETB IT1 ;外部中断1为跳沿触发 SETB PX1 ;高优先级 SETB EX1 ;允许外部中断1中断 SETB EX0 ;允许外部中断定0中断 SETB EA ;开中断总开关 SETB TR1 ;定时器1开始工作，作中断用 SETB OUT ;音频输出端口初始化 设置结束 CLR F0 ;设置F0=0，用来作暂停/播放的标置位用 MOV 22H,#01H ;22H单元中存放正在播放的歌曲编号 MOV DPTR,#OUT_TAB ;将正在播放的歌曲编号送数码管显视 MOV A,22H MOVC A,A+DPTR MOV OUT_NUM,A MOV R7,#00H ;R7中存放歌曲总信息的入口地址START0:MOV R4,#00H ;R4存放当前正在播放歌曲的第几个节拍数 MOV R0,#30H ;30H开始的单元中存放歌曲的入口信息 MOV A,R7 ;将歌曲的节拍表的入口地址送到DPTR ADD A,R0 MOV R0,A MOV DPH,R0 INC R0 MOV DPL,R0 INC R0 MOV A,R4 INC R4 MOVC A,A+DPTR ；取出第一节拍数,其实第一个节拍不是歌曲的第一个节拍，而是表示几分音符 MOV 26H,A将取出的音符数+节拍数保存在职26H单元中NEXT: MOV R0,#30H ;开始取出歌曲的第一个数据 MOV A,R7 ADD A,R0 MOV R0,A MOV DPH,R0 INC R0 MOV DPL,R0 INC R0 MOV A,R4 INC R4 MOVC A,A+DPTR ;放在A中 JZ END0 ;若为0，则表示为休止符，不唱，本次音符不唱， MOV R1,A ;不为0，取出节拍数 A