数字音乐盒的课程设计

数字音乐盒的设计

摘要

传统音乐盒，多是机械型的，体积笨重，发音单调，水、灰尘等外在因素，容易使内部金属

发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定，必须放平不能动摇，

而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本设计是一个基于AT89c51系列单片机的音乐盒。该音乐盒

主要由按键电路、复位电路、时钟电路、显示电路以及蛉鸣器组成。使用四个按键控制音乐盒，其

中两个按键用来控制歌曲的播放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序的变化，本音乐盒共有三

首歌曲。播放歌曲时，相应歌曲对应相应数码管上歌曲次序及歌名的显示。

关键词：AT89C51,蜂鸣器，LCD液晶显示，音乐盒

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数字音乐盒的课程设计

目录

1绪论.......................................................................1

1.1课题描述.............................................................3

1.2基本工作原理及框图...................................................3

2相关芯片及硬件电路设计....................................................3

2.1AT89C51芯片.......................................................3

2.1.1AT89c51的功能特性........................................................................................................4

2.1.2AT89C51的主要性能参数.................................................................................................4

2.2时钟电路..............................................................4

2.3复位电路.............................................................5

2.4按键电路.............................................................5

2.5蜂鸣器电路...........................................................5

2.6显示电路.............................................................6

2.6.1线段的显示......................................................................................................................6

262字符的显示......................................................................................................................6

2.7总体电路..............................................................7

3系统软件设计...............................................................7

3.1程序主要流程.........................................................7

3.2程序设计..............................................................9

4系统软件仿真.............................................................16

总结.....................................................................19

致谢.....................................................................20

参考文献...................................................................21

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1绪论

1.1课题描述

随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小

小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人力的精神文化享受。传统的音乐盒大

多数是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以

单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，使

用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。本设计是基于单片机的数字音乐盒设

计，由单片机AT89c51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机

电子数字音乐盒［1］。

1.2基本工作原理及框图

本次设计是一个基于AT89C51单片机的音乐盒，该音乐盒主要由时钟电路、复位电路、按键电路、

蜂鸣器以及显示电路组成。使用其中两个按键来控制播放和暂停另外两个按键用来控制换曲。利在

液晶上显示曲目的更换，共三首音乐，蜂鸣器每播放一首歌时液晶上显示相对应的歌曲次序。系统

组成框图如图lo

图1基本工作原理框图

2相角芯片及硬件卑路设计

时钟电路--------->

2.1AT|___________

LCD液晶显示

―

P1.0□1

AT89C51

二2

单片机

复位电路一0、

二4

P1.4E5

P1.5匚6

P>1A二7

-a蜂鸣器

按键电路

二9

(RXD)P3.0匚10

(TXD)P3.1匚11

29

(INTO)P3.2匚12-JPSEN

28

匚

(INT1)P3.31327ZJP2.7(A15)

(TO)P3.4匚1426Z]P2.6(A14)

(T1)P3.5匚1525Z)P2.5(A13)

(WR)P3.6匚1624□P2.4(A12)

(RD)P3.7匚1723ZlP2.3(A11)

XTAL2匚18二]P2.2(A1O)

22

XTAL1匚191Z]P2.1(A9)

2

GND匚20Z]P2.0(A8)

图2Al89c31引脚图

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2.1.1AT89C51的功能特性

AT89c51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，

两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟

电路。同时，AT89c51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲

方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式

保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位.

2.1.2AT89C51的主要性能参数

AT89C51主要性能参数如下：

•与MC—51产品指令系统完全兼容

•K字节可编程闪烁存储器

•寿命：100()写/擦循环

•数据保留时间：1D年

•全静态工作：0Hz-24Hz

•三级程序存储器锁定

・128*8位内部RAM

•32用编程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

•低功耗的闲置和指电模式

2.2时钟电路

时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应川系

统中，时钟是保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外闱电路组成，晶振频率的大

小决定了单片机系统工作的快慢［2］。为达到振荡周期是12MHz的要求，这里要采用12MHz的晶

振,另外有两个西PF的电容,晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。时钟电路

如图3。

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图3时钟电路

2.3复位电路

单片机在启动时都需要进行复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工

作。51系列单片机的复位雷号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常

工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）

以上，则CPU就可以响应并将系统复位［3］。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。

复位电路如图4。

图4复位电路

2.4按键电路

按键的闭合与否，反映在行线输出电压上就呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平

则表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。Pl.O,Pl.l,P1.4,

P1.5作为控制按键，其中P1.0-P1.I扫描行，Pl4Pl.5扫描列；可通过功能键选择乐曲、暂停、播

放。按键电路如图5。

5按键电路

2.5蜂鸣器电路

电路中蜂鸣器是发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）

就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直

流/方波）等［4］。

由于蜂鸣器的工作电流一股比较大，单片机的I/O口是无法直接驱动的（但AVR可以驱动小功率

蜂鸣器），所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。蜂鸣器由一个三极

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管，两个电阻和一个二极管组成。蜂鸣器电路如图6。

图6蜂鸣器电路

2.6显示电路

2.6.1线段的显示

点阵图形式液晶由M>N显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，瓦8列对应

1字节的8位，即每行由16字节，共16x8=128个点组成，屏上64x16个显示单元与显示RAM区

1024字节相对应，每一字节的内容和兄示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由

RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当(0()()H)=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短

亮线，长度为8个点；当(3FFH)=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当(000H)=FFH,

(001H)=00H,(002H)=00H,……(00EH)=00H,［OOFH)=00H时,则在屏幕的顶部显示一

条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理［5］。

2.6.2字符的显示

用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6x8或8x8点阵组成，要找到和显示屏幕上某

几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“()”，为“1”的点亮,

为“0”的不痉。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较

简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示

RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可「6］。显示电路如图7。

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2.7总体电路

总结时钟电路、复位电路、按键电路、蜂鸣器以及显示电路，把其放入一个电路。得到总体的电路。

总体电路如图8o

FO£Wm

FC1/flDl

F02/颂

用晒

FC<V6M

F0MD5

F0.6/WJ6

F07/fiD7

P2.0M

RESPMK3

n\IM

P22/AJ0

P23/AJI

P24/AI2

P25/AJ3

F26/A14

P27/AJ5

P3.0/RXD

P3.1/n0

P3.2/O

P3.3而'

P3.4HD

P3.5m

P3.8MR

P3.7面

3系统软件设计

3.1程序主要流程

流程图如图9所示。

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图9流程图

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3.2程序设计

对音乐doremifasolasi分别编码为1〜7,重音do编为8,重音re编为9,停顿编为0。播放长

度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。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成

了一个编码。以Oxff作为曲谱的结束标志[7]。举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其

编码为0x18。举例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22歌曲播放的设计。

先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsignedchar的数组中。程序从数组中取出1个

数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0,使之定时操作蜂鸣器，得出相

应的音调；接着分掰出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。

程序：

REG51.He<REG51.H>

intrins.h<intrins.h>

//defineucharunsignedchar

#dcfincuintunsignedint

ucharm.n;

uchari,timecount=0,timesec=0,timemin=0,timecheck=0;

charr0=2;

sbitbeepIO=P3A0;

typedefunsignedcharBYTE;

typedefunsignedintWORD;

typedefbitBOOL;

sbitrs=P2A0;

sbitrw=P2Al;

sbitep=P2A2;

sbitpausekey=P1A1;

uchark,q,f;

ucharcodedisl[]={"ijimoshazhou'1};

ucharcodedis2[]={"2tonghua"）；

ucharcodedis3n={"3qiannianlian"};

ucharcodeT[49][2]={{0,0},

{0xF8,0x8B},{0xF8,0xF2},{0xF9,0x5B},{0xF9,0xB7},{0xFA,0x14},{OxFA,0x66},{0xFA,0xB9},{0

xFB,0x03},{0xFB,0x4A},{0xFB,0x8F},{0xFB,0xCF},{0xFC,0x0B},

{OxFC,0x43},{OxFC,0x78},{OxFC,OxAB},{OxFC,OxDB},{OxFD,OxO8},{OxFD,Ox33},{0xFD,Ox5B},

{OxFD,0x81},{0xFD,0xA5},{0xFD,0xC7},{0xFD,0xE7},{0xFE,0x05},

{0xFE,0x21},{0xFE,0x3C},{0xFE,0x55},{0xFE,0x6D},{0xFE,0x84},{0xFE,0x99},{0xFE,0xAD},{

0xFE,0xC0},{0xFE,0xQ2},{0xFE,0xE3},{0xFE,0xF3},{0xFF,0x02},

{OxFF,0x10},{0xFF,0xlD},{0xFF,0x2A},{0xFF,0x36}JOxFF,0x42},{0xFF,0x4C},{0xFF,0x56},{OxF

EOx60},{OxFF,Ox69},{OxFROx71},{0xFF,0x79},{0xFFJDx81}

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};

ucharcodemusic1[][2]={{0,4},

{22,4},{22,4},{17,4},{15,4},{15,4},{17,12),

{15,4},{15,2},{17,2},{15,4},{13,4},{13,4},{15,12},{0,4},

{20,4},{20,4},{20,4},{17,4},{20,4},{20,4},{20,4},{17,4},

{22,4},{17,4},{17,4},{15,4},{15,4},{17,12),

{22,4},{22,4},{17,4},{15,4},{15,4},{17,12),

{15.4}.{15.2}.{17,2},{15,4}.{13.4}.{13,4},{15.12}.

{20,4},{20,4},{20,2},{17,2},{17,4},{20,4},{20,4},{20,2},{17,2},{17,2},{17,2},

{24,4},{20,4},{20,2},{17,2},{17,4},{20,4},{22,12),

{17,4},{22,4},{25,4},{25,4},{17,4},{22,4},{25,8},

{24,4},{22,2},{24,2},{22,4},{20,4},{15,4},{17,12},

{15,4},{15,4},{15,4},{10,4},{15,4},{17,4},{20,8},

{17,4},{24,4},{24,4},{20,4},{15,4},{17,12),

{17,4},{22,4},{25,4},{25,4},{17,4},{22,4},{25,8},

{29,4},{27,2},{29,2},{27,4},{25,4},{25,4},{27,12),

{29,4},{29,2},{27,4},{25,4},{27,6},{27,2},{25,4},{24,4),

{20,4},{20,2},{17,2},{20,4},{20,2},{22,2},(22,16},

{OxFFQxFF}};

ucharcodemusic2[][2]={{0,4},

{16,6},{19,2},{19,6},{16,2},{14,6},{0,10},{16,6},{19,2},{19,6},{16,2},{14,8},{0,8},

{26,8},{21,6},{24,2},{23,6},{21,2},{19,8},{21,16},{0,8},

{16,6},{19,2},{19,6},{16,2},{14,8},{0,8},{26,8},{21,6),{23,2},{21,14},

{24,6},{23,2},{21,6},{19,2},{16,6},{14,2},{13,8},{14,16},{0,4},

{19,6},{19,2},{21,6},{21,2},{23,8},{21,4},{0,4},{19,6),{19,2},{16,6},{19,2},{16,8},{14,6},{0,4},

{19,6},{19,2},{21,6},{21,2},{23,8},{21,4},{0,4},{19,6},(19,2},{16,6},{19,2),{16,8},{14,6},{0,4},

{26,16},{21,4},{26,4},{21,4},{26,16},{21,4},{26,16},{0,4},

{16,8},{16,8},{14,8},{16,8},{21,4},{26,4},{21,4},{26,4},{0,8},{16,8},{16,8},{14,8},{16,8},{21,4},

{26,4},{21,4},{26,4},{0,8},

{19,8},{19,6},{21,2},{16,8},{0,8},{19,6},{21,2},{19,6),{21,2},{16,8},{0,8},

{21,8},{26,8},{21,4},{24,12},{23,6},{21,2},{19,8},{21,16),

{14,4},{21,4},{14,4},{19,4},{16,6},{14,2},{13,8},{14,16),

{OxFFQxFF}};

ucharcodemusic3口⑵={{0,4},

{27,4},{19,4},{19,4},{27,4},{26,4},{26,2},{27,2},{24,8},

{22,4},{17,4},{24,4},{22,4},{19,16},

{15,4},{12,4},{12,4},{15,4},{17,8},{19,8},

{26,6},{26,2},{26,4},{24,4},{24,4},{19,4},{19,8},

{27,4},{19,4},{19,4},{27,4},{26,4},{26,2},{27,2},{24,6},{24,2},

{22,4},{17,4},{24,4},{22,4},{19,16),

{15,4},{12,4},{12,4},{15,4},{17,8},{19,8},{19,6},{19,2},{19,4},{17,4},{14,4},{14,4},{14,4},{7,4},

{12,24},

{0xFF,0xFF}};

uchartimctable[]="00:00”;

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voiddelay(ucharp)

{

uchari,j;

for(;p>0;p-)

fbr(i=l81;i>0;i—)

for0=181;j>0;j-);

)

BOOLlcd_bz()

(

BOOLresult;

rs=0;

rw=1;

ep=1；

_nop_()；

_nop_();

_nop_()；

_nop_();

result=(BOOL)(PO&0x80);

ep=0;

returnresult;

)

voidledvvcmd(BYTEemd)

{

while(lcd_bz());

rs=0;

rw-0;

ep=0;

_nop_()；

_nop_()；

P0=emd;

_nop_();

_nop_()；

,nop_()；

_nop_();

ep=1；

_nop_();

_nop_()；

_nop_();

_nop_()；

ep=0;

}

voidlcd_pos(BYTEpos)

{

lcd_wcmd(pos|0x80);

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voidlcd_\vdat(BYTEdat)

{

while(lcdbz());

rs=I;

rw=0;

cp=0;

P0=dat;

_nop_()；

_nop_()；

_nop_();

,nop_()；

ep=1；

_nop_()；

_nop_();

_nop_()；

_nop_();

ep=0;

}

voidledinit()

(

ledwcmd(0x38);

dclay(1);

lcdwcmd(OxOc);

delay(l);

lcd_wcmd(0x06);

delay(1);

lcd_wcmd(0x01);

delay(1);

)

voidpause()

{

uchari,j;

for(i=150;i>0;i-)

for(j=150;j>0;j-)；

)

voidtiinccount_init()interrupt3

(

TH1=(65535-45872)/256;

TLl=(65535-45872)%256;

timecount++;

if(timecount==20)

{

timcscc-H-;

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timecount=0;

if(timcscc==60)

{timesec=O;

timemin++；

}

}

)

voidadfa()interrupt0

{timcscc=0;

timemin=0;

r0++;

delay⑸；

if(rO>ll)

rO=ll;

}

voidadfii()interrupt2

{

ififpausekey==O)

!

beepIO=0;

while(pausekey==O);

while(pausekey==1);

whilc(pausckcy==O);

delay(8);

)

else

{

timcsec=0;

timemin=0;

rO-;

delay(5);

if(rO<=O)

rO=l;

)

}

voidTOint()inteiTuptI

{

beepIO=!beepIO;

TH0=T[m][0];TL0=T[m][l];

}

voidzhuanhuan()

(

timetable[3]=timesec/l0+*0*;

timetable[4]=timesec%]()+'()';

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timetable[2]=T;

tiinctablc[0]=timcmin/10+'0';

timetable[1]=timemin%lO+'O';

}

voidtimedis()

{

if{tiincchcck!=timcscc)

(

timcchcck=timcscc;

zhuanhuan();

Icd_pos(0x49);

lcd_wdat(timetable[O]);

ledwdat(timetable[1]);

lcd_wdat(timetable[2]);

lcd_wdat(timetable[3]);

lcd_wdat(timctablcf4]);

}

)

voidmain()

(

uchari=OJcd_check=();

TMOD=Oxll;

TH1=(65535-45872)/256;

TLl=(65535-45872)%256;

PXO=1;

PX1-1；

EXO=1;

EX1=1;

EA=1;

ETO=1;

ET1=1;

TR1=1;

pausekey=1;

ledinit();

while(l)

{

iRrO==O)

(

dclay(l);

lcd_pos(0);

i=0;

while(disl[i]!=，()')

(

lcd_wdat(dis222[i]);

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数字音乐盒的课程设计

i++；

}

if(rO=l)

timedis();

if(lcd_check!=rO)

{lcd_wcmd(0x01);

dclay(1);

ledcheck=rO;

lcdjjos(0);

i=0;

while(disl[i]!='\0')

(

ledwdat(disl[i]);

i++；

}

)

m=music1[i][0];n=musicl[i][l];

if(m=0x00)

{TR0=0;delay(n);i++;}//

elseif(m==0xFF)

{TR0=0;dclay(30);i=0;tiincscc=0;timcmin=0;}//

elseif(m=music1[i+1][0])

{TR0=l;delay(n);TR0=0;pause();i-H-;}

else

{TR0=l;delay(n);i++；}

iRrO==2)

{timedis();

if(lcd_check!=rO)

{lcdwcmd(OxOl);

delay(l);

lcd_check=rO;

lcd_pos(Oi;

i=O;

while(dis2[i]!=

{

lcd_wdat(dis2[i]);

i++；

m=music2[i][0];n=music2[i][1];

if(m==0x00)

{TRO=O;dclay(n);i++;}//

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elseif(ni==0xFF)

{TRO=0;dclay(30);i=0;timesec=0;timemin=0;}//

elseif(m==music2[i+1][0])

{TR0=l;delay(n);TR0=0;pause();i++;)

else

{TR0=l;delay(n);i++;}

}

4系统软件仿真

在这里系统仿真我们使用实验室常用的Protues仿真软件，把总电路面入ISIS软件，把程序加入

Keil软件，然后进行软件和硬件的统一调试［8］。

LCD1

IMH8LLFK

welcometomusic

mi叩

PO.2/M2

X7乜散#迎

即

P08M5

却"顺

FST叩7W

P1W第

P21/4J

匚“I以少

P22/A10

两百3P2WNI

些P2“A1?

百P25/A13

P2加A14

P27/A15

PIDP3BffiXD

PMP31mp

PI2P3如面

利3跟曲而

PI.4P3,W

PI6股迎

PI6以丽瓦

PI?除湎

图10仿真初始界面

第16页共21页

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LCD1

M16L

C1

5

物F

TU1

口XI

POO/ACO

C2PO.IMD1

P0"阳

18

XTAL2

P04/AM

P05/XC

。・P0.6/AD8

R$TP07/W

P7N阳

P2.1战

F2.2/AJ0

P23/AJI

P2/VA12

P25/A13

P1WAJ4

P2.7/AI5

1・

P3XVRXD

P3.1/TXD

P3.加而

P3.34RTT

P3WTD

M.5/T1

P3.3市

P3.7/S5

哂9的

图11仿真播放第一首

LCD1

IAC6L2ton9hua

Tine15s

舅学会w8388占88s

灯⑷POXI/ADO

TO.I/ADI

PO2/AD2

■36

XTAUP0加颂