单片机课程设计报告(利用蜂鸣器播放音乐)

1、-西安科技大学-成绩    课程设计： 嵌入式系统应用 题目名称：利用蜂鸣器实现音乐播放功能 姓 名： 学 号： 班 级： 完成时间： 1设计的任务 设计内容：动手焊接一个51单片机设计目标：利用单片机上的蜂鸣器实现音乐播放功能2 设计的过程2.1 基本结构1.STC89C52RC在本次的试验中采用了STC89C52RC单片机，STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期，工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机），工作频率范围：040MHz，

2、相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz，用户应用程序空间为8K字节。 （STC89C52RC引脚图）STC89C52RC单片机的工作模式：（1） 典型功耗<0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序（2） 空闲模式：典型功耗2mA（3） 正常工作模式：典型功耗4Ma7mA（4） 唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备2.蜂鸣器及其工作原理：蜂鸣器按其结构分主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。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

3、磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。本实验采用的是电磁式蜂鸣器。蜂鸣器按其是否带有信号源又分为有源和无源两种类型。有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号，驱动蜂鸣器发出声音。无源蜂鸣器可以理解成与喇叭一样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音。本实验采用的是有源蜂鸣器。（蜂鸣器与单片机连接电路图）2.2 软件设计过程1. 蜂鸣器发声原理本实验由于采用有源蜂鸣器，只需将引脚端口P34清零，蜂鸣器即可发声；P34置位，蜂鸣器停止发声。采用置1置0的方法只能使蜂鸣器发声或停止发声，想要使蜂鸣器发出声音，必须对蜂鸣器发出声音的音频和节拍

4、进行控制。（音乐基础音调：不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、FG、GA、AB两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；EF、BC两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、

5、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上号或者b号的叫变化音。叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。节拍：节拍是让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。“节拍”,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5

6、s，则1/4 拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。）1） 控制发声频率要产生音频脉冲，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。利用定时器计时这半个周期时间，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。利用STC89C52RC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从而产生不同频率。此外结束符和休止符

7、可以分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为0x00，则表示曲子终了；若查表结果为0xff，则产生相应的停顿效果。以标准音高A为例，A的频率是440Hz，周期T=1/440=2272us。在占空比为50%的情况下，导通时间=断开时间=半周期t=2272us/2=1136us，利用P34端口的位操作，经过不断地反相变换即可得到标准音高A的音频脉冲。端口导通时间与断开时的时间利用定时器实现。具体的方法是将单片机定时器的中断触发时间设为半周期t，这样每隔半周期端口反相，输出连续的对应音高的频率。设晶振的频率为f0，中断触发时间（半周期）为t，定时器工作在模式1时计数器的初值为THL，高8位为TH

8、L，低8位为TL。时钟周期即为1/f0，定时器每一次累加用去一个机器周期，一个机器周期包含12个时钟周期，即定时器每次加一所用时间是12/f0。定时器在模式1下计时采用16位数，最大计数为216-1（65535），再次加一（65536）溢出触发中断。根据以上分析可得如下关系：音频对应定时器初值的高8位TH=THL/(28)=(65536-t*f/12)/256;音频对应定时器初值的低8位TL=THL%(28)=(65536-t*f/12)%256;附：八度12音阶定时器初值表（只含自然音）低音音名频率Hz晶振12MHz晶振11.0592MHz中音音名频率Hz晶振12MHz晶振11.0592MH

9、z高音音名频率Hz晶振12MHz晶振11.0592MHzDo2620xF8850xF91BDo5230xFC430xFC8EDo10460xFE210xFE47Re2940xF95A0xF9DFRe5870xFCAD0xFCEDRe11750xFE560xFE76Mi3300xFA130xFA8AMi6590xFD0A0xFD43Mi13180xFE850xFEA1Fa3490xFA680xFAD8Fa6980xFD340xFD6AFa13970xFE9A0xFEC7So3920xFB040xFB68So7840xFD820xFDB3So15680xFEC10xFED9La4400xFB900

10、xFBE9La8800xFDC80xFDF3La17600xFEE40xFEF9Si4940xFC0C0xFC5BSi9880xFE060xFE2DSi19760xFF030xFF162）控制发声节拍每个音符的节拍可通过延时一定的时间来实现，在具体实现时需要有一个基本的带参延时程序，用于主函数根据不同的音符调用不同的时延。若以十六分之一音符的时长为基本延时时间，则十六分音符只需调用一次延时程序，八分音符则需调用两次延时程序，以此类推。3） 简谱及其编码*简谱知识音阶CDEFGAB唱名doremifasolasi数字1234567音符音符用数字1至7表示。这7个数字就等于大调的自然音阶。如果是C

11、大调，加上音名，就会是这样：八度如果是高一个八度，就会在数字上方加上一点。如果是低一个八度，就会数字下方加上一点。在中间的那一个八度就什么也不用加。如果要再高一个八度，就在上方垂直加上两点(如：)；要再低一个八度，就在下方垂直加上两点(如：)，如此类推。见下表所示：大调.小调.音长通常只有数字的是四分音符。数字下加一条横线，就可令四分音符的长度减半，即成为八分音符；两条横线可令八分音符的长度减半，即成为十六分音符，余此类推；简单来説，下加横綫数目与五綫谱的符尾数目相对应。数字后方的横线延长音符，每加一条横线延长一个四分音符的长度。正如五綫谱的附点一样，数字后方加一点会将音符长度增加一半。休止符

12、休止符用“0”来表示。比四分休止符长，就只需在每一个四分休止符再多加一个“0”，不需在后方加上横线。若整个小节均是休止状态的话，就在每个四分音符加一个“0”，就像是3拍4就写成“| 0 0 0 |”，而4拍4就写成“| 0 0 0 0 |”。无音高音符就像敲击乐的乐器那样是没有音高的，这时，简谱就需要用“X”或“x”表达。例如啦啦队拍手时，简谱上就需如此表达：4/4 > >拍手：| X X X X X | X X X X 0 X X | 小节线正如五綫谱一样，小节与小节之间以纵綫(称小节线)分隔，乐曲终止以一粗一细的直綫表示(但是一般不分粗细)；重复乐段以纵綫后两点表示开始，纵綫前

13、两点表示终止。拍号拍号的表达方式为：“2/4”、“3/4”、“4/4”、“6/8”等等。拍号一般都是置于调号的后方。变调与调号表示调号有两种方法：可以直接写“C调”，“C小调”或“Key: C”，“Key: Cm”。亦可写清楚主音代表哪一个音，例如1=C，就是C大调（大调以1为主音）。6=C就是C小调（小调以6为主音）。2=D就是D多利安调（多利安调以2为主音）。五线谱有升降号，简谱同样有升降号。在简谱中，若需表达升降号，就把符号加在数字1至7的前方，让该音升高或降低。若要把升降号加在调号跟和弦CDEFGAB七个字母，就须加在它们的后方。在五綫谱中，C小调要把B-E-A三个音降低半音。所以表达

14、它的和声小调时，就会把一个还原号放在B前面。简谱就一定得写5，因为5不能下降。延音线、圆滑线与其他音乐符号简谱延音线（Tie）跟圆滑綫（slur）都是跟五线谱相同，一定得置在数字上方。表达跳音（staccato）时需要特别小心，因为很容易会跟低八度的那一点混淆，因此在表达跳音时把那一点写得粗点及低点。*简谱编码将简谱中的每个音符进行编码，每个音符用一个unsigned char字符类型表示，简谱可用一个unsigned char字符数组表示。字符的前四位表示音频，可以表示0-f共十六个音符。本实验中采用了中音区和高音区。中音do-si分别编码为17，高音do-si分别编码为8E，停顿编为0。字

15、符的后四位表示节拍，节拍以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。以0xff作为曲谱的结束标志。程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调 ，将值赋给定时器0，得到音调；接着分离出该数的低4位，得到节拍。本实验中播放音乐使用简谱如下：将其编码成：uchar code zbjbxf=0x64,0xA3,0xC1,0xA2,0x62,0x84,0x61,0x81,0x61,0xA4,0xA1,0x91,0xA1,0x81,0x64,0xA3,0xC1,0xD2,0xD2,0xD2,0xA2,0xC4,0xA1,0xC1,0

16、xA1,0xC1,0xD2,0xD2,0xD2,0xA2,0xC4,0xC2,0x62,0xC2,0x62,0xA2,0xA2,0x84,0x94,0x94,0x92,0x81,0x91,0xA2,0xC2,0xD4,0xE4,0xA4,0xE4,0xA2,0xE2,0xA2,0xE2,0xA2,0xA2,0x84,0x94,0x94,0x92,0x81,0x91,0xA2,0xC2,0xD8;2.3 程序流图及说明（主程序流程图）程序代码：#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned ints

17、bit fm=P34;/蜂鸣器控制端口uchar timeh,timel;/用于存放定时器的高8位和低8位uchar code zbjbxf=/定义猪八戒背媳妇的简谱数组0x64,0xA3,0xC1,0xA2,0x62,0x84,0x61,0x81,0x61,0xA4,0xA1,0x91,0xA1,0x81,0x64,0xA3,0xC1,0xD2,0xD2,0xD2,0xA2,0xC4,0xA1,0xC1,0xA1,0xC1,0xD2,0xD2,0xD2,0xA2,0xC4,0xC2,0x62,0xC2,0x62,0xA2,0xA2,0x84,0x94,0x94,0x92,0x81,0x91,

18、0xA2,0xC2,0xD4,0xE4,0xA4,0xE4,0xA2,0xE2,0xA2,0xE2,0xA2,0xA2,0x84,0x94,0x94,0x92,0x81,0x91,0xA2,0xC2,0xD8;/适合12M的晶振定时器初值表，高低8位分开uchar code chuzhi= 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, 0xFE

19、,0xD9, 0xFE,0xF9, 0xFF,0x16 ;void timer0() interrupt 1 /定时器0中断服务程序TH0=timeh;/将timeh赋给计时器的高8位TL0=timel; /将timel赋给计时器的低8位fm=fm; /定时器每次到时将蜂鸣器反相void delay(uint z)/延时165MS,即十六分音符uint y;for(z;z>0;z-) for(y=19000;y>0;y-);/大致时间void delay1(uint z)/延时1MSuint y;for(z;z>0;z-) for(y=112;y>0;y-);/大致时间

20、void main()uint temp;/存放简谱数组中的每一个音符的临时变量uchar i=0;uchar jp;/jp用于取出temp中的高8位和低8位TMOD=0x01;/设置定时器T0工作于方式1IE=0x82; /允许T0中断while(1)temp=zbjbxfi;if(temp=0xff)break;jp=temp/16; /取数的高4位，音频数值if(jp!=0)timeh=chuzhijp*2;/构造定时器初值高8位timel=chuzhijp*2+1; /构造定时器初值低8位TR0=1; /开定时器elseTR0=0; /关定时器fm=1; /关蜂鸣器delay(temp%16); /取数的低4位,节拍（音符总时延）TR0=0; /唱完一个音停5MSfm=1;delay1(5); /TR0=1; i+;TR0=0;/关定时器fm=1;/关蜂鸣器3 运行结果