基于51单片机的音乐播放器

1、单片机课程设计报告题 目 音乐播放器 专业班级 电气1201 学 号 XXXXXXXX 学生姓名 XXX 指导教师 付文秀老师 学院名称 机械与电气工程系 完成日期： 2014年 5月22日目录一、概述：2二、实验目的：2三、实验设计：2四、调试与仿真：6五、板子外观：14六、设计及调试中的体会：14一、概述：现当今，单片机的应用无处不在。利用单片机控制的万年历也多不胜举。时钟芯片也相当之多，而利用单片机存储音乐，控制播放最为广泛。它有功能多价格优外围电路简单的特点，备受音乐爱好者及音乐芯片制造商的青昧。本实验，用80C51单电机及少数外围实现音乐播放器功能，并伴有彩灯闪烁。C语言是一种编译型

2、程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可靠性，便于改进和扩展，从而研制出规模更大、性能更完备的系统。因此，用C语言进行8051单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。设计时采用Keil C软件编程，用protues软件仿真，核心器件采用灵活性高且价格低廉的AT89C51芯片。设计完成后系统可播放自编歌曲，同时发光二极管随着歌曲的不同而闪烁。本课程设计的目

3、的是学习运用C语言开发单片机应用软件，了解为将来从事单片机应用系统的开发打下坚实的基础。二、实验目的：(1)强化、加大深度和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力； (2)培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的下手能力； 过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统研发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。三、实验设计：3.1、设计电路图：3.2、设计思路：总体原理：乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐的乐曲。片机

4、产生不同频率脉冲信号的原理：（1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（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的时间，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的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。 （2）利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法如下例如，频率为523Hz，其周期天/523 S=1912uS，因此只要令计数器计时956uS/1us=956，在每计数956次时就将I/O反接，就可得到中音DO（532Hz）。计数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi

5、/2/Fr （N：计数值，Fi：内部计时一次为1uS，故其频率为1MHz，Fr：要产生的频率 ）（3） 其计数值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi/2/Fr计算举例：设K=65536,F=Fi=1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-/2/Fr=65536-/Fr低音DO的T=65536-/262=63627中音DO的T=65536-/523=64580高音DO的T=65536-/1047=65059（4）C调个音符频率与计数值T的对照表如下表所示：音 符 频率（Hz

6、） 简谱码（T值） 音 符 频率（Hz） 简谱码（T值）低1DO 262 63628 #4FA# 740 64860#1DO# 277 63731 中5SO 784 64898低2RE 294 63835 #5SO# 831 64923#2RE# 311 63928 中6LA 880 64968低3M 330 64103 #6 932 64994低4FA 349 64103 中7SI 988 65030#4FA# 370 64260 高1DO 1046 65058低5SO 392 64260 #1DO# 1109 65085#5SO# 415 64331 高2RE 1175 65110低6LA

7、 440 64400 #2RE# 1245 65124#6 466 64463 高3M 1318 65157低7SI 494 64524 高4FA 1397 65178中1DO 523 64580 #4FA# 1480 65198（5）每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，下表为节拍码的对照。但如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4节拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如下表为1/4和1/8节拍的时间设定。 （6）移调一般的歌曲，有3/

8、8、2/4、3/4、4/4等节拍类型，但不管有几拍，基本上是在C调下演奏的。如果是C调，则音名C唱Do，音名D唱Re，音名E唱Mi，音名E唱Mi，音名F唱Fa，音名G唱So，音名A唱La，音名B唱Ti等。但是，并不是所有的歌曲都是在C调下演奏的，还有D调、E调、F调、G调等。D调是将C调各音符上升一个频率实现的，即C调下的音名D在D调下唱Do，C调下的音名E在D调下唱Re，C大调的音名F在D调下上升高半音符F#唱Mi，C调下的音名G在D调下唱Fa，C调下的音名C在D调下上升高伴音C#符唱Ti。这种唱法称为移调。3.3、音乐代码库的建立方法：（1）先找出乐曲的最低音和最高音范围，然后确定音符表T

9、的顺序。（2）把T值表建立在TABLE1，构成发音符的计数值放在“TABLE”。（3）简谱码（音符）为高位，节拍为（节拍数）为低4位，音符节拍码放在程序的“TABLE”处。（4）音符节拍码00H为音乐结束标记。3.4、实验器件介绍：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失

10、存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示AT89C51外形图及引脚序列主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM 32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时

11、钟电路管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P

12、2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被

13、内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示表2.1 P3口被选功能口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平

14、时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效

15、。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字

16、节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。四、调试与仿真：Keil C51单片机软件开发系统：1. 系统的整体结构C51工具包的整体结构中，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编

17、辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。2. 采用KEIL 开发的89c51单片机应用程序步骤：（1）在uVision 集成开发环境中创建新项目（Project），扩展文件名为.UV2,并为该项目选定合适的单片机CPU器件（本设计采用ATMEL 公司下的AT89C51）（

18、2）用uVision 的文本编辑器编写源文件，可以是汇编文件（.ASM）,也可以使C语言文件（扩展名.C），并将该文件添加到项目中去。一个项目文件可以包含多个文件，除了源程序文件外，还可以是库文件、头文件或文本说明文件。（3）通过uVision 2 的相关选择项，配置编译环境、连接定位器以及Debug调试器的功能。（4）对项目中的源文件进行编译连接，生成绝对目标代码和可选的HEX文件，如果出现编译连接错误则返回到第2步，修改源文件中的错误后重构整个项目。（5）对没有语法错误的程序进行仿真调试，调试成功后将HEX文件写入到单片机应用系统的ROM中。Proteus的操作：1.硬件电路图的接法操作

19、：(1).放置选择（删除）元器件(2).移动元器件(3).缩放视图(4).连接导线(5).仿真，调试2. 单片机系统PROTEUS设计与仿真过程：Proteus强大的单片机系统设计与仿真功能，使它可成为单片机系统应用开发和改进手段之一。全部过程都是在计算机上通过Proteus来完成的。其过程一般也可分为三步：(1)在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等。简称Proteus电路设计。(2)在Keil平台上进行单片机系统程序设计、编辑、汇编编译、代码级调试，最后生成目标代码文件（*.hex）。简称Proteus源程序设计和生成目标代码文件。(3)在ISIS

20、平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。它在相当程度上反映了实际单片机系统的运行情况。简称Proteus仿真。五、源程序代码及注释：/*- 名称：音乐盒 日期：2014.5.22 -*/#include /*- 硬件端口定义-*/sbit SPK=P20; /定义音乐输出端口sbit key1=P32; /定义按键 用于 暂停sbit key2=P33; /定义按键 用于 切换unsigned char W=0,T;/用于选择音乐unsigned char Timer0_H,Timer0_L,Time;void delay5ms(void) /误差 0us

21、 unsigned char a,b; for(b=185;b0;b-) for(a=12;a0;a-);void delay500ms(void) /误差 0us unsigned char a,b,c; for(c=205;c0;c-) for(b=116;b0;b-) for(a=9;a0;a-); /世上只有妈妈好 数据表音谱,高中低音,音长code unsigned char MUSIC102= 6,2,3, 5,2,1, 3,2,2, 5,2,2, 1,3,2, 6,2,1, 5,2,1, 6,2,4, 3,2,2, 5,2,1, 6,2,1, 5,2,2, 3,2,2, 1,2,

22、1, 6,1,1, 5,2,1, 3,2,1, 2,2,4, 2,2,3, 3,2,1, 5,2,2, 5,2,1, 6,2,1, 3,2,2, 2,2,2, 1,2,4, 5,2,3, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,1, 6,1,1, 1,2,1, 5,1,6, 0,0,0 ;/送别 数据表音谱,高中低音,音长code unsigned char MUSIC1174=5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,4,6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,1,2,1,2,2,1,3,2,2,2,2,1,1,2,1,2,2,8,5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2

23、,1,6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,7,1,1,1,2,8,6,2,2,1,3,2,1,3,4,7,2,2,6,2,1,7,2,1,1,3,4,6,2,1,7,2,1,1,3,1,6,2,1,6,2,1,5,2,1,3,2,1,1,2,1,2,2,8,5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2,1,6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,7,1,1,1,2,8;/新年好 数据表音谱,高中低音,音长code unsigned char MUSIC290=1,2,1,1,2,1,1,2,2

24、,5,1,2,3,2,1,3,2,1,3,2,2,1,2,2,1,2,1,3,2,1,5,2,2,5,2,2,4,2,1,3,2,1,2,2,4,2,2,1,3,2,1,4,2,2,4,2,2,3,2,1,2,2,1,3,2,2,1,2,2,1,2,1,3,2,1,2,2,2,5,1,2,7,1,1,2,2,1,1,2,4;/童年 数据表音谱,高中低音,音长code unsigned char MUSIC3423=5,1,1,5,1,1,3,1,1,5,1,2,3,1,1,5,1,2,6,1,1,6,1,1,1,2,1,6,1,2,6,1,1,1,2,2,2,2,1,2,2,1,3,2,1,2

25、,2,2,5,1,1,6,1,1,5,1,1,1,2,1,1,2,1,5,1,1,1,2,1,1,2,1,1,2,2,1,2,1,1,2,1,5,1,2,1,2,1,6,1,1,5,1,1,3,1,1,2,1,1,1,1,2,3,1,1,5,1,1,5,1,2,5,1,1,3,1,1,6,1,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,6,1,1,6,1,1,6,1,1,5,1,1,1,2,2,1,2,1,1,2,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,5,1,2,0,2,1,3,1,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,5,1,1,3,1,1,2,1,1,3,1,1,5,1,1,5

26、,1,2,5,1,1,3,1,1,6,1,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,6,1,1,6,1,1,6,1,1,5,1,1,1,2,2,1,2,1,1,2,1,1,2,1,6,1,1,6,1,1,1,2,1,2,2,2,0,2,1,5,1,1,2,2,1,5,2,1,2,2,2,5,2,1,5,2,2,5,2,1,5,2,1,5,2,1,3,2,1,2,2,1,1,2,1,1,2,2,6,1,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,2,2,1,2,2,1,2,2,1,2,2,1,2,2,1,1,2,1,3,2,1,2,2,1,2,2,8,3,2,1,3,2,2,3,2,1,3

27、,2,2,2,2,2,1,2,1,1,2,2,1,2,1,2,2,1,1,2,1,6,1,1,5,1,1,5,1,1,5,1,2,5,1,1,6,1,1,5,1,1,2,2,1,3,2,1,1,2,8,1,2,1,5,1,2,1,2,1,6,1,1,5,1,1,3,1,1,2,1,1,1,2,6,0,2,2 ; / 音阶频率表 高八位code unsigned char FREQH= 0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8, 0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xFC,0xFD,

28、0xFD,0xFD,0xFD,0xFE, 0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF, ; / 音阶频率表 低八位code unsigned char FREQL= 0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6, 0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xEE,0x44, 0x6B,0xB4,0xF4,0x2D, 0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16, ;/*- uS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值

29、unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时 长度如下 T=tx2+5 uS -*/void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);/*- mS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编-*/void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延时1mSDelayUs2x(245);DelayUs2x(245);

30、/*- 节拍延时函数 各调1/4节拍时间： 调4/4 125ms 调2/4 250ms 调3/4 187ms-*/void delay(unsigned char t) unsigned char i;for(i=0;it;i+) DelayMs(250); TR0=0;/*- 定时器0中断-*/void TIM0_ISR() interrupt 1TR0=0; SPK=!SPK;TH0=Timer0_H;TL0=Timer0_L;TR0=1;/*- 歌曲处理函数-*/void Song()TH0=Timer0_H;/赋值定时器时间，决定频率TL0=Timer0_L;TR0=1; /打开定时器

31、delay(Time); /延时所需要的节拍 /*- 主函数-*/void led(unsigned char a);void main(void)unsigned int i;unsigned char k;TMOD|=0x01; /置定时器0工作方式1EA=1; /打开全局中断ET0=1; /打开 定时器0 中断EX0=1;/打开 外部中断0 中断IT0=1;/设置为下降沿中断EX1=1;/打开 外部中断1 中断IT1=1;/设置为下降沿中断PX1=1;/设置 外部中断1 为高优先级while(1) /i=0;if(W=0) T=W; for(i=0;i100;i=i+3) /音乐数组长度

32、 ，唱完从头再来led(MUSICi); k=MUSICi+7*MUSICi+1-1;/去音符振荡频率所需数据 Timer0_H=FREQHk; Timer0_L=FREQLk; Time=MUSICi+2; /节拍时长 / i=i+3; Song();if(T!=W)break; if(W=1) T=W; for(i=0;i174;i=i+3) /音乐数组长度 ，唱完从头再来led(MUSIC1i); k=MUSIC1i+7*MUSIC1i+1-1;/去音符振荡频率所需数据 Timer0_H=FREQHk; Timer0_L=FREQLk; Time=MUSIC1i+2; /节拍时长 / i

33、=i+3; Song();if(T!=W)break; if(W=2) T=W; for(i=0;i90;i=i+3) /音乐数组长度 ，唱完从头再来led(MUSIC2i); k=MUSIC2i+7*MUSIC2i+1-1;/去音符振荡频率所需数据 Timer0_H=FREQHk; Timer0_L=FREQLk; Time=MUSIC2i+2; /节拍时长 / i=i+3; Song();if(T!=W)break; if(W=3) T=W; for(i=0;i423;i=i+3) /音乐数组长度 ，唱完从头再来led(MUSIC3i); k=MUSIC3i+7*MUSIC3i+1-1;/去音符振荡频率所需数据 Timer0_H=FREQHk; Timer0_L=FREQLk; Time=MUSIC3i+2; /节拍时长 / i=i+3; Song();if(T!=W)break; / 频谱函数void led