《数字音乐盒》课程设计

《数字音乐盒》课程设计报告专业：通信工程班级：0801姓名：张雨阳指导教师：李晶二零一一年六月二十二日单片机课程设计报告1目录1、设计任务和要求……………………………………………………22、总体设计……………………………………………………………23、硬件设计……………………………………………………………33.1硬件电路……………………………………………………………………33.2原理说明……………………………………………………………………34、软件设计……………………………………………………………35、仿真、安装和调试…………………………………………………46、收获与体会…………………………………………………………5参考文献………………………………………………………………6附件1：元件清单………………………………………………………7附件2:总电路图………………………………………………………7附件3：音乐程序………………………………………………………8单片机课程设计报告21、设计任务和要求(1)利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演乐曲(内存两首乐曲)。(2)采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号。(3)可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一曲，下一曲。2、总体设计(1)要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期(1/音频),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口反相,就可在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,改变记数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。例如频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒,因此只要令计数器定时956/1=956在每记数9次时将I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。记数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi/2/FrN：记数值Fi：内部计时一次为1微秒．故其频率为1MHZFr；要产生的频率(3)：起记数值的求法如下：T＝65536－N＝65536－Fi／2／Fr例如：设K＝65536，F＝1000000＝Fi＝1MHZ，求低音D0（523HZ），高音的D0（1046HZ）的记数值。T＝65536－N＝65536－Fi／2／Fr＝65536－1000000／2／Fr＝65536－500000／Fr低音D0的T＝65536－500000／262＝63627中音D0的T＝65536－500000／523＝64580低音D0的T6＝5536－500000／1047＝65059单片机课程设计报告33、硬件设计3.1硬件电路本设计中用到89C51单片机，喇叭，七段显示数码管LED。（硬件电路原理图如图3-1-1,图3-1-2所示）。图3-1-1数码管管脚图图3-1-2电路原理图单片机课程设计报告43.2原理说明当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1,显示歌曲号。（1）硬件电路中用0INT、1INT分别接S1、S2作为上、下一曲的功能键。（2）用P1.0-P1.6控制七段码a,b,c,d,e,f。（3）用P2.0口控制喇叭。（4）电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。4、软件设计本程序可以实现课程设计的基本要求，并可以通过按键播放歌曲，程序流程图如4-1：图4-1程序流程图5、仿真、安装和调试开始初始化设置音节起始位置设置节拍间距读取音阶，音符显示当前播放歌曲序号节拍结束音乐结束单片机课程设计报告5按照上面设计的电路在proteus软件内画图,打开单片机软件开发系统Keil,选择89c51单片机,在其中编写程序,运行生成一个后缀名为hex的文件,然后将该文件下载到proteus中的AT89c51单片机中进行仿真,观察实验现象。仿真能实现播放音乐，按键选择曲目，暂停，播放功能。仿真成功后，安装好实验板,然后将音乐程序下载到电路板内,观察结果。能实现播放音乐，按键换曲等功能。下图为该单片机设计的仿真图：图5-1仿真图程序调试中出现的问题及解决的办法：（1）有时会出现程序一点错误也没有，但就是不能正常运行的现象，最后我们发现是因为程序中有的指令书写得不规范导致的，例如有的RET返回指令一定要按正确格式书写或在两行指令间最好不要留空行。（2）程序中的跳转指令的运用很重要，为保险起见，都用LJMP,我们就遇到过跳转指令用错程序无法正常运行的现象。当用JNZ指令时，跳转范围比较少，这时要用一个标号中转。（3）编程时要注意，在程序开始时，要写入各定时器中断的入口地址。（4）编程过程中要注意加注释或分割线，否则，在程序过长时容易变得很乱，不便于查找或更改。（5）编程前要加流程图，这样会使思路清晰，例如数字音乐盒的设计思路完全可以按着MP3的工作方式列写流程图。（6）LCD计时正常显示的解决办法：a.两个定时器同时工作，存在中断时序问题，刚开始时我们把定时器1设定在方式3，计250us，由于定时中断过于频繁，使CPU负载过大，导致音乐不能正常播放，时间不能正常显示。解决办法：将定时器1设定在工作方式1，16位计数，计50ms,效果有很大改观。但还有问题。b.当音乐为全4拍起始时，此时音乐节奏与定时器T1中断频率错开，LCD单片机课程设计报告6显示和音乐播放都会好一些。c.另外，在歌曲中，当遇到一个音符发音为4拍，在编曲中为*CH，因时间较长，当定时器T1此时来中断时，就会对歌曲播放产生影响，若改为发音一拍，中断对歌曲播放影响减弱，但音乐效果变差。改进方案：若采用可以定时时间更长的单片机，可以避免所有问题。6、收获与体会还是要说理论与实践结合确实能学得更好，学到更多的知识。之前单片机这门课程确实学得并不是很好，但是通过这次的实验实践活动感觉充实了很多。很多原先不懂的地方通过实验也很简单地弄懂了，像按键的编程设计等等。总体来说，在这整个过程中有苦有乐，焊电路板的时候因为马虎接错了许多电路，导致后来需要重焊，浪费了很多时间和精力去查找原因。不过也因为这些烦人的错误及更正错误的漫长过程，当第一首歌曲从蜂鸣器发出时，我们那时的心情是无比的兴奋啊。总之，经过这次的课程设计实验，感觉受益匪浅。美中不足的是四个人才一套板子器件，太少了，缺少了很多自己动手实践的过程。单片机课程设计报告7参考文献[1]许珉.单片机原理及应用[M].北京:中国电力出版社,2007.08[2]三恒星科技.MCS-51单片机原理与应用实例[M].北京：电子工业出版社，2008.01[3]王为青，程国钢.单片机KeilCx51应用开发技术[M].北京：人民邮电出版社,2007.02[4]JohnMarkus.电子电路大全[M].北京：计量出版社，1995[5]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998.12，第4版[6]邓元庆.数字电路与逻辑设计[M].北京：电子工业出版社，2001单片机课程设计报告8附件1：元件清单元器件名规格/型号单组数量备注电阻510Ω、1/4W210K、1/4W21K、1/4W2电阻排510Ω*81瓷片电容22pF2独石电容0.1µF2三极管90131晶体振荡器12MHz(矮封装)1集成块AT89S52（DIP封装）1IC插座40PIN1数码管1位动态、红光、共阳极1接插件DC3-10P1与ISP下载线接口按键国产欧姆龙轻触按键，带透明帽4套万能电路板（面包板）17cm*22cm1块×16导线0.3mm2单股导线4m×16锡焊丝1.0mm2m×16松香1盒×16蜂鸣器无源1单片机课程设计报告9附件2:总电路图单片机课程设计报告10附件3：音乐程序（1）SoundPlay：#includereg52.h#includeMusic.h#includeSoundPlay.h//#includelcd.h#defineSYSTEM_OSC12000000//定义晶振频率12000000HZ#defineSOUND_SPACE4/5//定义普通音符演奏的长度分率,//每4分音符间隔unsignedcharcodeduan[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//duancode0~9unsignedintcodeFreTab[12]={262,277,294,311,330,349,369,392,415,440,466,494};//原始频率表unsignedcharcodeSignTab[7]={0,2,4,5,7,9,11};//1~7在频率表中的位置unsignedcharcodeLengthTab[7]={1,2,4,8,16,32,64};unsignedcharSound_Temp_TH0,Sound_Temp_TL0;//音符定时器初值暂存unsignedcharSound_Temp_TH1,Sound_Temp_TL1;//音长定时器初值暂存//**************************************************************************unsignedcharcode*Sound;#defineMaxNo9//定义歌曲数目unsignedcharcode*codeMusic[MaxNo]={Music_4,Music_8,Music_7,Music_6,Music_5,Music_9,Music_3,Music_2,Music_1};signedcharFlagNo=0;//局部函数申明staticunsignedcharKeyScan(void);staticvoidBeep(void);bitRunStop=1;//1表示运行sbitBeepIO=P2^0;//定义输出管脚#defineLEDP0///LEDport//按键端口定义sbitKeyB=P3^2;//上一首sbitKeyF=P3^4;//下一首sbitKeyT=P3^5;//暂停单片机课程设计报告11/*//按键端口定义sbitKeyB=P3^2;//上一首sbitKeyF=P3^4;//下一首sbitKeyT=P3^5;//暂停*/externvoidDelay1ms(unsignedint);voidInitialSound(void){BeepIO=0;Sound_Temp_TH1=(65535-(1/1200)*SYSTEM_OSC)/256;//计算TL1应装入的初值(10ms的初装值)Sound_Temp_TL1=(65535-(1/1200)*SYSTEM_OSC)%256;//计算TH1应装入的初值TH1=Sound_Temp_TH1;TL1=Sound_Temp_TL1;TMOD|=0x11;//两个定时器都工作在方式1ET0=1;ET1=0;TR0=0;TR1=0;EA=1;FlagNo=0;Sound=Music[FlagNo];LED=duan[FlagNo+1];}voidBeepTimer0(void)interrupt1//音符发生中断{BeepIO=!BeepIO;TH0=Sound_Temp_TH0;TL0=Sound_Temp_TL0;}//**************************************************************************voidPlay(unsignedcharSignature,unsignedOctachord,unsignedintSpeed){unsignedintNewFreTab[12];//新的频率表unsignedchari,j;unsignedintPoint,LDiv,LDiv0,LDiv1,LDiv2,LDiv4,CurrentFre,Temp_T,SoundLength;unsignedcharTone,