单片机按键控制定时器选播多段音乐

1、郑州科技学院单片机课程设计题 目按键控制定时器选播多段音乐学生姓名 张三专业班级15级物联网一班学 号 学1566666院（系）信息工程学院指导教师 王完成时间2017 年6月8日一、背景介绍如今，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步想着CMO觥、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路装化等几个方面发展。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片， 而是把一个 计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片 机只缺少了 I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机

2、。它的体积小、质 量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机 是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块， 比如CPU内存、并行总线。还有和硬件作用相同的存储器件，不同的是它的这 些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是很低的。利用单片机实现音乐播放有很多要点， 例如外部电路简单，控制方便等，因 而备受广大单片机爱好者的喜爱。通过音乐播放器的设计方案，掌握C语言的编 写方法。并熟练的运用80C51单片机定时器产生固定频率的方波信号，推动喇叭 发出旋律，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律， 最重要的是自己还可以通过 程序设计输入自己

3、喜欢的歌曲来演奏，本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方 便设计音乐旋律。本文将围绕基于单片机按键控制定时器选播多段音乐，介绍一些关于单片机的基 础知识、音乐播放器的制作原理及方法（其中包括了音乐编程原理） 、定时器的 设定，以及仿真软件（Keil、Proteus ）的使用方法。二、设计方案1、方案设计对于C51单片机，它抗干扰性较强，且集成度高、功能强、指令丰富等，可 以应用的地方较数字电路更多一些，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、 智能化仪器仪表及通讯设备。而且单片机已经深入到工业生产的各个环节以及人 民生活的各个层次。采用的是基于C51单片机的音乐播放器的设计，该系统控制 性能良好，

4、硬件电路简单、经济实惠，能得到更好的效果。本设计以at89C51单片机为核心，通过对其定时器的设定来实现音乐的播放， 借助键盘可以向计算机系统输入程序， 置数、送操作命令、控制程序的执行走向等，并最终通过数码管显示出播放曲目的标号图1-1结构总图2、方案要求音乐播放器按照从头到尾的顺序自动播放预先设定的1-3共3首乐曲，全部乐曲播放完毕则停止。按键分别是播放键。按下播放键时，音乐播放器会在当前播放的音乐切换播放和暂停；2.3、音乐播放器的组成据系统按键控制定时器选播多段音乐的功能要求，一个完整的音乐播放器电 路相当于一个简单的单片机系统，该系统由按键开关、单片机、LED显示电路、扬声器控制电路

5、4个方面构成。1.51单片机：at89c51单片机为整个系统的核心部分，是带动整个系统工作 的重要部分。2 .扬声器：扬声器用一蜂鸣器，作为输出部分按照键盘给单片机的指令发出 乐曲。3 .LED数码管显示电路：LED数码管也作为输出部分按照键盘给单片机的指 令，显示正在演奏的乐曲的序号。电源设计图音乐播放电路：牛Ris n/ Q11 I NPNIKgLS1巾/SPEAKER单片机介绍：(1)中央处理器(CPU中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。8051的CPUtt处理8位 二进制数或代码。(2)内部数据存储器(内部 RAM8951芯片中共有256个RAMI元，但其中后128单元被专用

6、寄存器占用， 能作为寄存器供用户使用的只是前 128单元，用于存放可读写的数据。因此通常 所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM(3)内部程序存储器(内部 ROM8951共有4KB掩月M ROM用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程 序存储器，简称内部ROM(4)定时/计数器8951共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时 或计数结果对计算机进行控制。(5)并行 I/O 口MCS-51共有4个8位的I/O 口(PR P1、P2、P3),以实现数据的并行输 入/输出。(6)用行口8951单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行 数据

7、传送。该用行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为 同步移位器使用。(7)中断控制系统8951单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和 低级共两个优先级别。(8)时钟电路8951芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为 单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz从上述内容可以看出,MCS-51虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该 具有的基本部件它都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。8951是标准的40引脚双列直插式集

8、成电路芯片。信号引脚介绍:(1)主电源引脚VCC +5 V电源VSS地线(2)时钟电路引脚XTAL1和XTAL2外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线 端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。(3)控制信号引脚RST/VPD复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时 即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作；当单片机掉电时，此引脚上可接 备用电源，由VPD向片内RA枫供备用电源，一保持片内RAW的数据不丢失。ALE/PROG地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0 口输出 的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。 此外

9、，由于ALE是以晶 振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。对于EPROI®单片机，在EPRA喻程期间，此引脚接收编程脉冲。PSEN片外程序存储器读选通信号输出端。EA/VPP:访问程序存储控制信号。当EA信号为低电平时，对ROM勺读操作 限定在外部程序存储器；当EA信号为高电平时，对ROM勺读操作是从内部程序 存储器开始，并可延至外部程序存储器。对于EPROI®单片机，在EPRA编程期间，止匕引脚接上加 21VEPRO端程电 源VPP(4) I/O引脚P0.0P0.7 : P0 口 8位双向口线。P1.0P1.7 : P1D8位双向口线。P

10、2.0P2.7 : P2 口 8位双向口线。P3.0P3.7 : P3 口 8位双向口线。P3 口线的第二功能。P3的8条口线都定义有第二功能。引脚第二功能信号名称P3.0RXD申行数据接收P3.1TXD申行数据发送P3.2INT0外部中断0申请P3.3INT1外部中断1申请P3.4T0定时/计数器0的外部输入P3.5T1定时/计数器1的外部输入P3.6WR外部RAIW选通P3.7RD外部RA麟选通以上把8951单片机的全部信号引脚分别以第一功能和第二功能的形式列出。对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引脚的第 二功能信号。对于9、30和31三个引脚，由于第一功能信号

11、与第二功能信号是 单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。但是 P3 口的情 况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此，在实际使 用时，都是先按需要选用第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份作数据位的 输入/输出使用。B并行输入/输出口电路结构单片机芯片内还有一项主要内容就是并行 I/O 口。8051共有4个8位的并 行I/O 口，分别记作PR P1、P2、P区每个口都包含一个锁存器、一个输出驱 动器和输入缓冲器。实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址 和位寻址功能。在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0 口分时传送， 高8位地址由P2

12、 口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这 4个口的每一位均 可作为双向的I/O端口使用。8951单片机的4个I/O 口都是8位双向口，这些口在结构和特性上是基本 相同的，但又各具特点。中断源中断源：引起中断的事件或设备称为中断源。采用中断的优点：良好的中断系统使处理机具有随机应变的能力，从而扩大 应用范围，提高CP改率51中断系统的特点：内容丰富，结构合理，逻辑性强，高效实用中断源是指能发出中断请求，引起中断的装置或事件。8051单片机的中断源 共有5个，其中2个为外部中断源，3个为内部中断源：(1) INT0:外部中断0,中断请求信号由P3.2输入。(2) INT1:外部中断1,中断请求信号

13、由P3.3输入。(3) T0:定时/计数器0溢出中断，对外部脉冲计数由P3.4输入T1:定时/计数器1溢出中断，对外部脉冲计数由P3.5输入 串行中断：包括串行接收中断RI和串行发送中断TI。中断寄存器8951单片机中涉及中断控制的有3个方面4个特殊功能寄存器：中断请求：定时和外中断控制寄存器TCON中行控制寄存器SCON; 中断允许控制寄存器IE; 中断优先级控制寄存器IP。中断请求控制寄存器TCONINT0、INT1、T0、T1中断请求标志放在 TCON串行中断请求标志放在 SCON 中。TCOIffi结构、位名称、位地址如下：表3-2 TCON的状态TCOND7D6D5D4D3D2D1D

14、0位名称TF1-TF0-IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTCO位功能：TF1 T1溢出中断请求标志，T1计数溢出后，TF1=1TF0 T0溢出中断请求标志T0计数溢出后，TF0=1IE1外中断中断请求标志当P3.3引脚信号有效时，IE1=1IE0外中断中断请求标志当P3.2引脚信号有效时，IE0=1IT1 外中断触发方式控制位IT1=1,边沿触发方式；IT1=0,电平触发方式。IT0 外中断触发方式控制位其意义和功能与IT1相似。(2)中断请求控制寄存器SCONscon结构、位名称、位地址如下：TI 用行口发送中断请求标志RI 用行口接收中断请求标

15、志SCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称-TIRI位地址-99H98H(3)中断允许控制寄存器IE8951对中断源的开放或关闭由中断允许控制寄存器 IE控制。IE的结构、位名称和位地址如下:表3-4 IE的状态IED7D6D5D4D3D2D1D0位名称EA-ESET1EX1ET0EX0位地址AFH-ACHABHAAHA9HA8HEA CPlfr断允许控制位EA=1, CPUF中；EA=0, CP庆中，且屏蔽所有5个中断源。EX0 外中断INT0中断允许控制位EX0=1, INT0开中；EX0=0 INT0关中。EX1 外中断INT1中断允许控制位EX1=1, INT1 开中；EX1=0

16、 INT1 关中。ET0 定时/计数器T0中断允许控制位ET0=1, T0FF 中；ET0=0, 3 中。ET1 定时/计数器T1中断允许控制位ET1=1, T1 开中；ET1=0, T1 关中。ES 用行口中断（包括用发、用收）允许控制位ES=1 ,用行口开中；ES=Q串行口关中。复位电路单片机复位电路是用来让程序回到初始状态并重新执行的。单片机系统在运 行中受到各种因素影响不能正常执行时，按下复位按钮内部的程序就会自动从头 开始执行。当单片机的复位引脚RET出现5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位操 作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。为 了使单片机复

17、位后能脱离复位状态，通常选择 C=1030uF, R=101k?。在单片 机启动后，电容C两端的电压持续充电为5V,这是时候10K电阻两端的电压接近 于0V, RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个 时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电 容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压从5V释放到变为了 1.5V, 甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V, 甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。中断入口地址8051的五个中断入口地址：INT0: 0003HT0: 000B

18、HINT1: 0013HT1: 001BH用行 口： 0023H中断优先控制和中断嵌套(1)中断优先控制8951中断优先控制首先根据中断优先级，此外还规定了同一中断优先级之间 的中断优先权。其从高到低的顺序为：INT0、INT1、T0、T1、用行口。(2)中断嵌套当CPUE在执行某个中断服务程序时，如果发生更高一级的中断源请求中断， CPUT以“中断”正在执行的低优先级中断，转而响应更高一级的中断，这就是中 断嵌套。中断嵌套只能高优先级“中断”低优先级，低优先级不能“中断”高优先级，同一优先级也不能相互“中断”。三、系统程序#include<reg51.h>#include<

19、intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit K1=P1A0;/播放和停止键sbit SPK=P3A7;/ 蜂鸣器uchar Song_Index=0,Tone_Index=0; 当前音乐段索引，音符索引/数码管段码表codecodeucharDSY_CODE=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/标准音符频率对应的延时表ucharHI_LIST=0,226,229,232,233,236,238,240,241,242,244,245,

20、246,247,248 ;uchar code LO_LIST=0,4,13,10,20,3,8,6,2,23,5,26,1,4,3;/三段音乐的音符uchar code Song50=1,2,3,1,1,2,3,1,3,4,5,3,4,5,5,6,5,3,5,6,5,3,5,3,2,1,2,1,-1, 3,3,3,4,5,5,5,5,6,5,3,5,3,2,1,5,6,53,3,2,1,1,-1, 3,2,1,321,1,231,1,2,3,1,3,4,534,5,5,6,5,3,5,32132,1,1,-1;/三段音乐的节拍uchar code Len50=1,1,1,1,1,1,1,1,

21、1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,2,-1, 1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2,2,-1, 1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,2,-1;/外部中断0void EX0_INT() interrupt 0(TR0=0; /播放结束或者播放中途切换歌曲时停止播放Song_Index=(Song_Index+1)%3;/ 跳到下一首的开头Tone_Index=0;P2=DSY_CODESong_Index;/数码管显示

22、当前音乐段号/定时器0中断函数void T0_INT() interrupt 1(TL0=LO_LISTSongSong_IndexTone_Index;TH0=HI_LISTSongSong_IndexTone_Index;SPK=SPK;/延时void DelayMS(uint ms)(uchar t;while(ms-) for(t=0;t<120;t+);/主程序void main()(P2=0xc0;SPK=0;TMOD=0x00;/T0 方式 0IE=0x83;IT0=1;IP=0x02;while(1)(while(K1=1);/未按键等待while(K1=0);/等待释放

23、TR0=1;开始播放Tone_Index=0;/从第0个音符开始播放过程中按下K1可提前停止播放(K1=0)。/若切换音乐段会触发外部中断，导致 TR0=0播放也会停止while(SongSong_Index北Tone_Index!=-1&&K1=1&&TR0=1)(DelayMS(300*LenSong_IndexTone_Index); /播放延时(节拍)Tone_Index+; /当前音乐段的下一音符索引TR0=0;/停止播放while(K1=0); /若提前停止播放，按键未释放时等待四、软件流程播放键按下f 14 ,、一 按键处理 五、仿真器设置曲目序号

24、显示程序仿真音乐播放程序调试过程关于音乐播放程序的调试，我首先采用Preteus软件来仿真，并在单片机的 P1.0处用三极管连接一个简单的音频放大器，再外接一个蜂鸣器。，想通过这样 来仿真并调试单片机按键控制定时器选播多段音乐， 程序运行的时候，能看见显 示器有数字变化。，二，二叫f "二 h “七阂*_1XTMJ日前RPi JU.H ><*5F0*THaWJHL* DwrUX 丁一1±±444&*1切ETlr纳lM声未加入程序时仿真器设置调试时，将keil生成的hex文件加入 仿真图中，点击播放开关,可以看到显示器的灯会亮起，点击切换按键，可

25、以播放其他的歌曲， 从而达到按键控制定时器选播多段音乐的目的。 如果成功，就可以看 到我们提前设置的音乐相对应的编码亮起。运行中的仿真器截图（1）运行中的仿真器截图（2）止匕外，由于本次试验是通过 C语言来试验，需要借助 keil来运 行程序，我就将其程序通过keil运行后生成的hex文件放到仿真器中 已经连接完毕的电路图中，才得到仿真器的运行结果。画基*"目:J 1m T £。"0 Group 1即因FFj"011 Heoi jii<reaM.h>现 *T!目Inde干工.三#=取二，R%03#d= fine nuEz" imsx

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