基于單片機(jī)的音樂(lè)盒設(shè)計(jì)資料 含PCB與原理圖，源程序和報(bào)告

內(nèi)容摘要: 本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于STC89C516單片機(jī)的音樂(lè)盒，該音樂(lè)盒主要由按鍵電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路以及蜂鳴器組成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的“實(shí)現(xiàn)通過(guò)按鈕控制按順序播放或者單曲循環(huán)”要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)二位按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)其的播放模式的控制，另設(shè)一個(gè)復(fù)位按鈕實(shí)現(xiàn)切換歌曲。用數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前曲目的顯示，另還設(shè)有花樣LED，播放歌曲時(shí)，蜂鳴器發(fā)出某個(gè)音調(diào)，與之對(duì)應(yīng)的LED亮起。此次設(shè)計(jì)，利用PROTEUS進(jìn)行原理圖的繪制和keil相配合進(jìn)行仿真測(cè)試，在基本實(shí)現(xiàn)理想功能后，制作出實(shí)際電路，進(jìn)行排錯(cuò)測(cè)試后，完成制作。

本次課設(shè)是應(yīng)用單片機(jī)原理和控制理論設(shè)計(jì)音樂(lè)演奏控制器的硬件電路，并利用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。通過(guò)控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生不同頻率的方波，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出不同的音調(diào)的音樂(lè)，在利用延遲來(lái)控制發(fā)音時(shí)間的長(zhǎng)短。把樂(lè)譜轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的定時(shí)常數(shù)就可以從發(fā)音設(shè)備中演奏出悅耳的音樂(lè)。

•   利用I/O口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出不同的音調(diào)，從而演奏樂(lè)曲
•   設(shè)計(jì)按鈕實(shí)現(xiàn)歌曲順序播放或單曲循環(huán)；
•   存儲(chǔ)三首以上歌曲
  

（1）用數(shù)碼管顯示當(dāng)前播放曲目；

（2) LED花樣彩燈隨播放音符變換；

（3）通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)下一首歌的切換；

本設(shè)計(jì)采用STC89C516RD+作為主控芯片，蜂鳴器作為輸出設(shè)備產(chǎn)生音樂(lè)，通過(guò)MOD鍵能實(shí)現(xiàn)播放模式的控制，數(shù)碼管（LED）能夠?qū)崟r(shí)的顯示當(dāng)前的歌曲號(hào)。其中P3.3外接按鍵，P0口用作數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)端口，P2口作LED輸出數(shù)據(jù)端口P1.1蜂鳴器端口。

放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和起構(gòu)成自然振蕩器。外接石英晶體及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1，C2雖然沒(méi)有什么嚴(yán)格的要求，但電容容量大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。振蕩器電路圖如下：

復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。

蜂鳴器根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器；而兩種蜂鳴器又分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器，這里的源特指振蕩源；有源蜂鳴器直接加電就可以響起，無(wú)源蜂鳴器需要我們給提供振蕩源。理想的振蕩源為一定頻率的方波。由于系統(tǒng)采用了無(wú)源蜂鳴器，所以需要我們通過(guò)晶振產(chǎn)生一定頻率的方波信號(hào),本次采用頻率為12MHZ的晶振來(lái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)方波。

由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了，如圖3-2-5所示。

彩燈部分由P2口輸出，采用共陽(yáng)接法，當(dāng)單片P2口相應(yīng)位輸出0對(duì)應(yīng)LED點(diǎn)亮。

圖3-2-7整體電路

一般說(shuō)來(lái)，單片機(jī)演奏音樂(lè)基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說(shuō)不能像電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機(jī)奏樂(lè)只需弄清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音調(diào)”和節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間。

不同音高的樂(lè)音是用C、D、E、F、G、A、B來(lái)表示，這7個(gè)字母就是音樂(lè)的音名，它們一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成簡(jiǎn)譜的1、2、3、4、5、6、7，相當(dāng)于漢字“多來(lái)米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時(shí)樂(lè)音的發(fā)音，所以叫“音調(diào)”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B這一組音的距離分成12個(gè)等份，每一個(gè)等份叫一個(gè)“半音”。兩個(gè)音之間的距離有兩個(gè)“半音”，就叫“全音”。在鋼琴等鍵盤(pán)樂(lè)器上，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B兩音之間隔著一個(gè)黑鍵，他們之間的距離就是全音；E–F、B–C兩音之間沒(méi)有黑鍵相隔，它們之間的距離就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它們的左上角加上﹟號(hào)或者b號(hào)的叫變化音。﹟叫升記號(hào)，表示把音在原來(lái)的基礎(chǔ)上升高半音，b叫降記音，表示在原來(lái)的基礎(chǔ)上降低半音。例如高音DO的頻率（1046Hz）剛好是中音DO的頻率（523Hz）的一倍，中音DO的頻率（523Hz）剛好是低音DO頻率（266 Hz）的一倍；同樣的，高音RE的頻率（1175Hz）剛好是中音RE的頻率（587Hz）的一倍，中音RE的頻率（587Hz）剛好是低音RE頻率（294 Hz）的一倍。

要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這半個(gè)周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì)I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。利用AT89C51的內(nèi)部定時(shí)器使其工作在計(jì)數(shù)器模式MODE1下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0。此外結(jié)束符和休止符可以分別用代碼00H和FFH來(lái)表示，若查表結(jié)果為00H，則表示曲子終了；若查表結(jié)果為FFH，則產(chǎn)生相應(yīng)的停頓效果。例如頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956us/1us=956，在每次技術(shù)956次時(shí)將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。

若要構(gòu)成音樂(lè)，光有音調(diào)是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂(lè)具有旋律（固定的律動(dòng)），而且可以調(diào)節(jié)各個(gè)音的快滿度。“節(jié)拍”,即Beat，簡(jiǎn)單說(shuō)就是打拍子，就像我們聽(tīng)音樂(lè)不自主的隨之拍手或跺腳。若1拍實(shí)0.5s，則1/4 拍為0.125s。至于1拍多少s，并沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，就像人的心跳一樣，大部分人的心跳是每分鐘72下，有些人快一點(diǎn)，有些人慢一點(diǎn)，只要聽(tīng)的悅耳就好。音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示。休止符表示暫停發(fā)音。

一首音樂(lè)是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂(lè)。了解音樂(lè)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，我們可知產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂(lè)。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)。因此，需要弄清楚音樂(lè)中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。

do re mi fa so la si分別編碼為1~7，重音do編為8,重音re編為9，停頓編為0。播放長(zhǎng)度以十六分音符為單位（在本程序中為165ms），一拍即四分音符等于4個(gè)十六分音符，編為4,其它的播放時(shí)間以此類(lèi)推。音調(diào)作為編碼的高4位，而播放時(shí)間作為低4位，如此音調(diào)和節(jié)拍就構(gòu)成了一個(gè)編碼。以0xff作為曲譜的結(jié)束標(biāo)志。比如，音調(diào)do,發(fā)音長(zhǎng)度為兩拍，即二分音符，將其編碼為0x18。

歌曲播放的設(shè)計(jì)。先將歌曲的簡(jiǎn)譜進(jìn)行編碼，儲(chǔ)存在一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型為unsigned char 的數(shù)組中。程序從數(shù)組中取出一個(gè)數(shù)，然后分離出高4位得到音調(diào)，接著找出相應(yīng)的值賦給定時(shí)器0，使之定時(shí)操作蜂鳴器，得出相應(yīng)的音調(diào)；接著分離出該數(shù)的低4位，得到延時(shí)時(shí)間，接著調(diào)用軟件延時(shí)。