八音盒播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目： 八音盒播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì)八音盒播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 電信學(xué)院 學(xué)科門類 工科 專 業(yè) 電氣工程 學(xué) 號(hào) 1108441012 姓 名 周如躍 指導(dǎo)教師 徐小麗 助教 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 年 月 日 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 摘摘 要要 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)功能不斷完善，性價(jià)比價(jià)格比顯 著提高，技術(shù)日趨完善。由于單片機(jī)具有體積小，價(jià)格便宜，功耗低，控制功能強(qiáng)及 運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，因而在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，軍事及家電器件等各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng) 用。 本文介紹了一種基于單片機(jī)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)，它是以 STC89C52 單片機(jī)為控 制核心，輔以一些外圍器件，采用 C 語言編寫程序，內(nèi)置多首電子音樂曲目，實(shí)現(xiàn)基 于單片機(jī)的電子音樂盒設(shè)計(jì)。 整個(gè)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高，測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。本文著重介紹了 該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，硬件設(shè)計(jì)方法與軟件編程思路。21 世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的 發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生 產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品 更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。小 小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒多是 機(jī)械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)。本文設(shè)計(jì)的音樂盒是以單片機(jī)為核心元件的電子式 音樂盒，體積小，重量輕，能演奏和弦音樂，外觀效果多彩，使用方便，并具有一定 的商業(yè)價(jià)值。 本設(shè)計(jì)以單片機(jī) STC89C52 最小系統(tǒng)為核心設(shè)計(jì)，配合各種外設(shè)，最終構(gòu)成了基 于單片機(jī)的電子音樂盒設(shè)計(jì)。在發(fā)音硬件的選擇，摒棄了蜂鳴器，而采用了功放 LM386 加揚(yáng)聲器的組合，音質(zhì)比單純采用蜂鳴器好很多。功能鍵盤則采用普通的輕觸 按鍵開關(guān)，通過單片機(jī) P3 口控制采集按鍵的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)歌曲的切換和暫停等功能。數(shù) 碼管采用 1 位共陽極數(shù)碼管，通過單片機(jī) P0 口控制，實(shí)現(xiàn)歌曲播放序號(hào)的顯示。 本設(shè)計(jì)的主要工作過程是通過按下功能鍵實(shí)現(xiàn)上一首和下一首及暫停播放，通過 功放驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器放出聲音，同時(shí)有數(shù)碼管顯示當(dāng)前播放歌曲的序號(hào)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機(jī) 音樂盒 STC89C52 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ABSTRACT In twenty-first Century, the electronic technology has obtained the rapid development, under its impetus, the modern electronic products penetrated almost every field of the society, a strong impetus to the development of social productive forces and the social informationization degree is improved, simultaneously also makes the modern electronic products to further improve the performance, product upgrading have become increasingly fast pace. With the development of human society, put forward more and more requirements of people to enjoy visual and auditory aspects. Small music box can bring good memories and improve peoples spiritual and cultural enjoyment. Traditional music box is the mechanical type, bulky monotonous, pronunciation. The music box is designed in this paper is electronic music box, single-chip microcomputer as the core element has the advantages of small volume, light weight, can play the chord music, colorful appearance, convenient use, and has a certain commercial value. This design is based on the MCU STC89C52 minimum system design as the core, with a variety of peripherals, eventually form the design of electronic music box based on mcu. In sound hardware selection, abandoned the buzzer, and adopts a composite amplifier LM386 plus a horn, sound a lot better than the pure buzzer. Functional keyboard using the touch button switch normal, through the P3 port of the SCM control acquisition button state, achieve the song switching and pause functions. Digital tube uses 1 common anode led, controlled by the SCM P0 port, to achieve the display song playing sequence number. The main work process of this design is achieved by pressing the function key of a song and the next song and pause, through a power amplifier driving the horn off sound, while the digital tube display the currently playing song number. Key words: Single chip microcomputer Music box STC89C52 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 目目 錄錄 ABSTRACT.II 緒論.1 1.1 研究背景1 1.2 研究意義2 1.3 研究目的2 2 音樂相關(guān)的知識(shí).3 2.1 音樂的基本知識(shí)說明3 2.2 音調(diào)3 2.3 節(jié)拍4 3 總體設(shè)計(jì).4 3.1 設(shè)計(jì)目的4 3.2 設(shè)計(jì)要求5 3.3 設(shè)計(jì)方案5 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).6 4.1 整體方案設(shè)計(jì)6 4.1.1 系統(tǒng)概述.6 4.1.2 系統(tǒng)框圖.6 4.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路7 4.3 LM386 功放電路介紹8 4.3.1 LM386 芯片.8 4.3.2 LM386 內(nèi)部原理圖.8 4.3.3 LM386 引腳圖.9 4.3.4 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路圖.9 4.4 數(shù)碼管顯示電路10 4.4.1 數(shù)碼管簡介.10 4.4.2 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式的分類.11 4.4.3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路.11 4.5 按鍵輸入模塊12 5 軟件設(shè)計(jì).13 5.1 程序語言及開發(fā)環(huán)境13 5.2 總體程序設(shè)計(jì)13 5.3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)拍15 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5.4 單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖15 6 調(diào)試與仿真.16 6.1 軟件調(diào)試.16 6.2 仿真調(diào)試.17 6.3 硬件調(diào)試.19 7 總結(jié).21 鳴 謝.22 參考文獻(xiàn).23 附錄 A：系統(tǒng)原理圖.24 附錄 B：PCB 圖 25 附錄 C：源程序.26 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 緒論緒論 1.1 研究背景研究背景 21 世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社 會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使 現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。利用單片機(jī)控制音 樂播放舉不勝舉，而利用單片機(jī)存儲(chǔ)音樂，控制播放最為廣泛。他具有功能多、價(jià)格 優(yōu)惠、外圍電路簡單等特點(diǎn)。很受音樂愛好者以及音樂芯片制造商的青睞。 1796 年，瑞士人安托法布爾開發(fā)了圓筒型八音盒，這是世界上最古老的八音盒。 據(jù)悉，這個(gè)世界上最古老的八音盒為日本“京都嵐山八音盒博物館”所藏，僅在上海 公開展示 1 年。誕生于 1796 年的八音盒如此小巧，僅 10 厘米左右的高度。它由鐘表 匠安托法布爾發(fā)明制作，其實(shí)是一只非常實(shí)用、豪華的純金圖章，只是在其底部內(nèi) 藏八音盒。當(dāng)人們轉(zhuǎn)動(dòng)圖章上部的環(huán)上發(fā)條，臺(tái)座上的開關(guān)便開始演奏。安托法布 爾的發(fā)明是利用“圓筒裝置和調(diào)好旋律的金屬梳齒通過金屬片彈撥來演奏音樂的”。 八音盒由于在制作上要求技藝精湛，在十八、十九世紀(jì)價(jià)格相當(dāng)昂貴，僅在貴族中流 傳，一般百姓望洋興嘆。八音盒有種多樣，最常見的是有圓片型八音盒：圓盤旋轉(zhuǎn)， 在圓盤后面的突起部分使爪輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過爪輪撥動(dòng)梳齒演奏音樂，只要更換片子就可 換曲子。圓筒型八音盒：圓筒旋轉(zhuǎn)，通過安裝在圓筒上的針撥動(dòng)梳齒演奏音樂。世界 上最古老的八音盒就是按此原理制作的。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低 功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。單片機(jī) 應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前 必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí) 現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過 程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不 開單片機(jī)。 隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。小 小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒多是 機(jī)械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)。本文設(shè)計(jì)的音樂盒是以單片機(jī)為核心元件的電子式 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 音樂盒，體積小，重量輕，能演奏和弦音樂，外觀效果多彩，使用方便，并具有一定 的商業(yè)價(jià)值。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1.2 研究意義研究意義 音樂盒的起源，可追溯至中世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時(shí)期。當(dāng)時(shí)為使教會(huì)的鐘塔報(bào)時(shí)， 而將大小的鐘表裝上機(jī)械裝置，被稱為“可發(fā)出聲音的組鐘”。音樂盒有著 300 多年 的發(fā)展歷史，是人類文明發(fā)展的歷史見證。 傳統(tǒng)的音樂盒多是機(jī)械音樂盒，可以追溯到 14 世紀(jì)初期，當(dāng)時(shí)發(fā)明的是掛在教堂 鐘樓上的掛燈，其工作原理是通過齒輪帶動(dòng)一個(gè)帶有鐵釘?shù)蔫F桶轉(zhuǎn)動(dòng),鐵桶上的鐵釘撞 擊鐵片制成的琴鍵，從而發(fā)出聲音。這種用發(fā)條裝置來演奏的樂器，能發(fā)出清脆如水 晶般的樂聲，一度風(fēng)靡荷蘭、比利時(shí)和法國北部。1811 年以來，瑞士曾經(jīng)是這項(xiàng)技藝 的中心，它和瑞士鐘表工業(yè)一樣，兩者相輔相成，一段時(shí)間內(nèi)各領(lǐng)風(fēng)騷，稱霸全球。 但是，機(jī)械式的音樂盒體積比較大，比較笨重，且發(fā)音單調(diào)。水、灰塵等外在因素， 容易使內(nèi)部金屬發(fā)音條變形，從而造成發(fā)音跑調(diào)。另外，機(jī)械音樂盒放音時(shí)為了讓音 色穩(wěn)定,必須放平不能動(dòng)搖，而且價(jià)格昂貴，不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)?，F(xiàn)在，音樂盒的制 造，延襲傳統(tǒng)并結(jié)合現(xiàn)在，正在日益成為人們典藏的一段歲月，收藏的一份情感，還 念舊時(shí)代，美化居室的最佳選擇，得到眾多品位人士的追求。 音樂盒分為 18 音、30 音和 50 音，這些是代表音樂盒機(jī)芯的音數(shù)，其實(shí)，也就是 機(jī)芯里面那一排鋼條的數(shù)量，鋼條的數(shù)量越多也就是音數(shù)越高，演奏出來的音色就越 豐富，曲子也就越也好聽。同時(shí)，曲子的播放時(shí)間也就相對(duì)長一些。一百情況下，18 音的曲子為 25 秒左右，30 音的為 35 秒左右，50 音的差不多有 60 秒。目前來說，一 般市面上出售的“愛麗絲”都是 18 音的，當(dāng)然也有 30 音的和 50 音的。 本文設(shè)計(jì)的音樂盒，是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)制作的電子式音樂盒。與傳統(tǒng)的機(jī)械式音 樂盒相比更小巧，音質(zhì)更優(yōu)美且能演奏和弦音樂。電子式音樂盒動(dòng)力來源是電池，制 作工藝簡單，可進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以價(jià)格便宜?；趩纹瑱C(jī)制作的電子式音樂盒，控 制功能強(qiáng)大，可根據(jù)需要選歌，使用方便。根據(jù)存儲(chǔ)容量的大小，可以盡可能多的存 儲(chǔ)歌曲。 1.3 研究目的研究目的 音樂盒 300 多年的產(chǎn)品發(fā)展，同時(shí)也是人類文明 300 多年發(fā)展的歷史鑒證。每個(gè) 不同時(shí)期的音樂盒造型，都能折射出當(dāng)時(shí)不同的社會(huì)心態(tài)和文明發(fā)展現(xiàn)狀，它也成了 時(shí)代的一面鏡子。 歷史上八音盒一直是音樂工藝品中的貴族，從 18 世紀(jì)誕生以來，精湛的工藝要求 使得它的價(jià)格一直居高不下。19 世紀(jì)后，可以換片的點(diǎn)唱式八音盒開始出現(xiàn)在人群聚 集的車站及酒吧，但其價(jià)格仍然為一般老百姓難以承受。直到留聲機(jī)問世之前，八音 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 盒一直都是平民階層難以企及的夢想?！傲袈暀C(jī)問世后，八音盒的歷史一度終結(jié)。正 因?yàn)樗鼈円恢北毁F族收藏，因而能在市場里流傳的數(shù)量實(shí)在有?！闭劶笆刈o(hù)八音盒的 辛苦，山田晴美很“無奈”：“對(duì)于這些不可再生和復(fù)制的古董來說，放棄它就意味 著世界上從此又缺少了一件美妙的樂器。 還有一種叫“搖搖樂”的音樂玩具。其實(shí)就是一種手搖驅(qū)動(dòng)的打孔式八音琴，根 據(jù)紙帶上疏密有致的孔位奏樂。購買時(shí)商家還提供空白紙帶，孩子自己在上面打孔 “譜曲”，就可以“搖”出自創(chuàng)的曲子，自得其樂。據(jù)悉，類似的音樂玩具在日本作 為寓教于樂的成功典范，還被編入了小學(xué)教學(xué)大綱。 1992 年中國第一臺(tái)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的八音琴在中國寧波韻升誕生，標(biāo)志著中國全方 位地參與全球音樂琴這塊巨大蛋糕市場競爭，韻升對(duì)八音琴的制造技術(shù)進(jìn)行了更多的 技術(shù)更新，取得了多個(gè)國家和地區(qū) 50 余項(xiàng)發(fā)明專利，這使得八音琴無論在音質(zhì)、音量、 譜曲和外觀設(shè)計(jì)等方面都有了更大的改進(jìn)。韻升八音琴已占據(jù)全球八音琴市場半壁江 山，居全球第一位。本人也是出于對(duì)音樂的瘋狂和對(duì)八音盒獨(dú)有的感情，本次畢業(yè)設(shè) 計(jì)選擇八音盒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，也想借此對(duì)八音盒有一個(gè)系統(tǒng)的了解與認(rèn)識(shí)，如果 有可能的話，希望在此方面能有一點(diǎn)小小的造詣。 2 音樂相關(guān)的知識(shí)音樂相關(guān)的知識(shí) 2.1 音樂的基本知識(shí)說明音樂的基本知識(shí)說明 聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生，正在發(fā)聲的物體叫聲源。振動(dòng)的頻率越高，則音調(diào)越音； 反之，振動(dòng)的頻率越低，則音調(diào)越低。人耳比較容易辨識(shí)的聲音頻率范圍是 20Hz 到 20000Hz 之間，一般音響電路是用正弦波信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，從而產(chǎn)生悅耳的音樂。在數(shù) 字電路里，則是用數(shù)字脈沖信號(hào)信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，從而產(chǎn)生聲音。如果聲音的頻率相 同，人類耳朵很難區(qū)分哪個(gè)是脈沖信號(hào)產(chǎn)生的聲音，哪個(gè)是正弦波信號(hào)產(chǎn)生的聲音。 2.2 音調(diào)音調(diào) 不同音高的樂音是用 C、D、E、F、G、A、B 來表示，這 7 個(gè)字母就是音樂的音 名，它們一般依次唱成 DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成簡譜的 1、2、3、4、5、6、7，相當(dāng)于漢字“多來米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時(shí)樂音的發(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”。在鋼琴等鍵盤樂器上，CD、DE、FG、GA、AB 兩音之間隔著一個(gè) 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 黑鍵，他們之間的距離就是全音；EF、BC 兩音之間沒有黑鍵相隔，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)，表示把音在原來的基礎(chǔ)上升高半音，b 叫降 記音，表示在原來的基礎(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。 2.3 節(jié)拍節(jié)拍 若要構(gòu)成音樂，光有音調(diào)是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂具有旋律（固定的律動(dòng)） ，而且可以調(diào)節(jié)各個(gè)音的快滿度?！肮?jié)拍”,即 Beat，簡單說就是打拍子，就像我們聽 音樂不自主的隨之拍手或跺腳。若 1 拍為 0.5s，則 1/4 拍為 0.125s。至于 1 拍多少 s， 并沒有嚴(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)，只要聽的悅耳就好。音持續(xù)時(shí)間的長短即時(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。了解音樂的一些基礎(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。對(duì)于單片機(jī)來說，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)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)。因此， 需要弄清楚音樂中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。 3 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 （1）通過設(shè)計(jì)，查閱相關(guān)資料，掌握如何利用單片機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，同時(shí)了解與單片 機(jī)有關(guān)的軟件模擬器的使用及取字模塊軟件的使用方法。 （2）通過本課程設(shè)計(jì)鞏固并擴(kuò)展單片機(jī)課程的基本概念、基本理論、分析方法和 實(shí)現(xiàn)方法。結(jié)合 Proteus 和 Keil 軟件等，學(xué)習(xí)單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法，有效地將理論和 實(shí)際緊密結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和設(shè)計(jì)能力，增強(qiáng)軟件編程實(shí)現(xiàn)能力和解決實(shí)際問題的 能力。 （3）學(xué)習(xí) Proteus 軟件，掌握 Proteus 中各種芯片的功能以及模擬。由于 Proteus 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí) 驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)實(shí)踐精神、創(chuàng)造 精神的平臺(tái)。 3.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 （1）利用 I/O 口產(chǎn)生一定頻率的方波，LM386 功放驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，發(fā)出不同的音調(diào)， 從而演奏不同的樂曲。 （2）可以通過按鍵進(jìn)行曲目的選擇和播放暫停等功能。 （3）內(nèi)置歌曲數(shù)量不少于 5 首。 （4）要有指示設(shè)備，指示當(dāng)前播放到了第幾首歌曲了。 （5）由于按鍵為機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)，機(jī)械觸點(diǎn)的彈性及電壓突跳等原因，往往在觸點(diǎn) 閉合或斷開的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)。為保證鍵識(shí)別的準(zhǔn)確，在電壓信號(hào)抖動(dòng)的情況下 不能進(jìn)行狀態(tài)的輸入。為此需要進(jìn)行去抖動(dòng)處理的中斷服務(wù)程序。（當(dāng)然這種問題也 可以通過硬件方案解決。） 3.3 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)的課題是“基于單片機(jī)的電子音樂盒設(shè)計(jì)”，它是以單片機(jī) STC89C52 作為 硬件核心控制部件，結(jié)合功率放大器芯片，數(shù)碼管，按鍵以及其他外圍設(shè)備組成的音 樂播放系統(tǒng)。 根據(jù)音樂演奏控制器所要實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)應(yīng)包括 4 個(gè)按鍵。其中，RESET 按鍵 具有復(fù)位功能，使系統(tǒng)回到上電初始話的狀態(tài)。STOP/PLAY 按鍵具有暫停和開始播放 狀態(tài)的切換。FORM 按鍵具有播放前一曲的工能，NEXT 按鍵具有播放后一曲的功能。 所設(shè)計(jì)音樂播放器可以播放多首音樂，曲目選擇可以由鍵盤控制，并通過顯示器使其 顯示歌曲序號(hào)。 設(shè)計(jì)的音樂演奏控制器是通過控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來產(chǎn)生不同頻率的方波， 通過功放芯片驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出不同音調(diào)的聲音，再利用延遲來控制發(fā)音時(shí)間的長短， 即控制音調(diào)中的節(jié)拍。 硬件方面：電路以 STC89C52 為主控制器，晶振采用 12MHz，設(shè)計(jì) 4 個(gè)按鍵，分 別是“停止”鍵、“暫停/播放”鍵、“上一曲”鍵、“下一曲”鍵。音頻功放使用 LM386 芯片，顯示設(shè)備采用 1 位共陽數(shù)碼管。 軟件方面：程序中選取的是 C 調(diào)三個(gè) 8 度內(nèi)的音符，共 21 個(gè)音。每個(gè)音符對(duì)應(yīng)頻 率由定時(shí)器 T0 產(chǎn)生。為了程序調(diào)用方便，每個(gè)音符都對(duì)應(yīng)一個(gè)編碼，占用一個(gè)字節(jié)。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 在程序中以查表的方式加載計(jì)數(shù)初值。節(jié)拍碼也占一個(gè)字節(jié)，其總時(shí)間長度等于基本 時(shí)間乘以節(jié)拍碼的值。 程序：包含 6 首樂曲。若要增加更多的樂曲，在存儲(chǔ)空間許可的情況下(可直接換 用 64k 的 STC89C516)，只要照所附的編碼表將簡譜轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的代碼附著在樂曲數(shù)據(jù) 表中即可。 4 系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 4.1 整體方案設(shè)計(jì)整體方案設(shè)計(jì) 4.1.1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 整個(gè)系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心器件，配合配合電阻電容晶振等器件，構(gòu)成 單片機(jī)的最小系統(tǒng)。其它個(gè)模塊圍繞著單片機(jī)最小系統(tǒng)展開。其中包括，LM386 功放 模塊，用來驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音，進(jìn)行音樂的播放；顯示模塊，采用 1 位共陽數(shù)碼管顯示 模塊，負(fù)責(zé)顯示當(dāng)前播放的歌曲序號(hào)；按鍵模塊，主要是進(jìn)行歌曲的切換以及暫停開 始等功能的實(shí)現(xiàn)；最后一個(gè)是電源模塊，采用 5V 的 USB 供電，可采用手機(jī)充電器、 電腦 USB 口、移動(dòng)電源等設(shè)備進(jìn)行供電。 4.1.2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機(jī)為主控芯片，對(duì)外圍電路進(jìn)行控制，包括電源模塊、 數(shù)碼管模塊、按鍵模塊、功放模塊，如下圖所示： 單單片片機(jī)機(jī)最最 小小系系統(tǒng)統(tǒng) 按按鍵鍵模模塊塊 功功放放模模塊塊 數(shù)數(shù)碼碼管管模模塊塊 電電源源模模塊塊 圖 4-1 系統(tǒng)框圖 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4.2 單片機(jī)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路最小系統(tǒng)電路 STC89C52 的最小系統(tǒng)如下圖所示，整個(gè)最小系統(tǒng)由 4 個(gè)部分組成，晶振電路部分、 復(fù)位電路部分、P0 口上拉電路部分、EA 拉高四部分組成。 晶振電路包括 2 個(gè) 30pF 的電容 C2 和 C3，以及 12M 的晶振 X1。電容的作用在這 里是起振作用，幫助晶振更容易的起振，取值范圍是 15-33pF。晶振的取值也可以是 24M，晶振的取值越高，單片機(jī)的執(zhí)行速度越快。在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，晶振部分 越靠近單片機(jī)越好。 單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按 鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境 干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。 復(fù)位電路由 10uF 的極性電容 C1 和 10K 的電阻 R4 以及按鍵 K1 構(gòu)成。利用電容 電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電，RESET 腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且這個(gè) 高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來決定。典型的 51 單片機(jī)當(dāng) RESET 腳的高電平持 續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位。 在電路圖中，電容的的大小是 10uF，電阻的大小是 10k。所以根據(jù)公式，可以算 出電容充電到電源電壓的 0.7 倍（單片機(jī)的電源是 5V，所以充電到 0.7 倍即為 3.5V）， 需要的時(shí)間是 10K10UF=0.1S。也就是說在電腦啟動(dòng)的 0.1S 內(nèi)，電容兩端的電壓時(shí) 在 0-3.5V 增加，這個(gè)時(shí)候 RESET 引腳所接收到的電壓是 5V-1.5V。在 5V 正常工作的 51 單片機(jī)中小于 1.5V 的電壓信號(hào)為低電平信號(hào)，而大于 1.5V 的電壓信號(hào)為高電平信 號(hào)。所以在開機(jī) 0.1S 內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位（RESET 引腳接收到的高電平信號(hào)時(shí)間 為 0.1S 左右）。 本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路除了有上電復(fù)位功能外，還有手動(dòng)復(fù)位功能，即手動(dòng)按下按鍵 K1,使得單片機(jī)的復(fù)位引腳連接到 VCC，從而使單片機(jī)復(fù)位。 由于 STC89C52 的 P0 口是漏極開路輸出，因此在 P0 口接了一個(gè) 10K 的排阻 R1， 使得 P0 口可以作為普通的 I/O 口使用。 特別注意的是，對(duì)于 31 腳(EA),當(dāng)接高電平時(shí),單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時(shí),復(fù)位后直接從外部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行。由于我 們的程序存儲(chǔ)在了單片機(jī)內(nèi)部，所以 EA 要接高電平，保證單片機(jī)是從內(nèi)部讀取程序 去執(zhí)行的。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 RESET 9 P30/RXD 10 P31/TXD 11 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T0 14 P35/T1 15 P36/WR 16 P37/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 VCC 40 U1STC89C52 X1 12M C3 30pF C2 30pF GND GND VCC VCC C1 10uF R3 10K GND VCC P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R1103 K1 K1 K2 K3 IN 圖 4-2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 4.3 LM386 功放電路介紹功放電路介紹 4.3.1 LM386 芯片芯片 LM386 是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、 外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn) 品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和 電容,便可將電壓增益在 200 內(nèi)任意調(diào)節(jié)。輸入端以地位參考,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到 電源電壓的一半,在 6V 電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為 24mW,使得 LM386 特別適用于 電池供電的場合。 4.3.2 LM386 內(nèi)部原理圖內(nèi)部原理圖 LM386 內(nèi)部電路原理圖如圖 4-3 所示。與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個(gè)三級(jí) 放大電路。第一級(jí)為差分放大電路，T1 和 T3、T2 和 T4 分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放 大電路的放大管；T5 和 T6 組成鏡像電流源作為 T1 和 T2 的有源負(fù)載；T3 和 T4 信號(hào) 從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的 增益。第二級(jí)為共射放大電路，T7 為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。 第三級(jí)中的 T8 和 T9 管復(fù)合成 PNP 型管，與 NPN 型管 T10 構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。二極 管 D1 和 D2 為輸出級(jí)提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳 2 為反相輸入端， 引腳 3 為同相輸入端。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。輸出端（引腳 5）應(yīng)外接 輸出電容后再接負(fù)載。電阻 R7 從輸出端連接到 T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與 R5 和 R6 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增 益 圖 4-3 LM386 內(nèi)部原理圖 4.3.3 LM386 引腳圖引腳圖 LM386 內(nèi)置一個(gè)放大器。引腳 2 為反相輸入端，3 為同相輸入端；引腳 5 為輸出 端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端。 查 LM386 的 datasheet，電源電壓 4-12V 或 5-18V(LM386N-4)；靜態(tài)消耗電流為 4mA；電壓增益為 20-200；在 1、8 腳開路時(shí)，帶寬為 300KHz；輸入阻抗為 50K；音 頻功率 0.5W。 4.3.4 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路圖揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路圖 揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)電路如圖 4-5 所示。由于揚(yáng)聲器工作時(shí)，需要的電流比較大，單片 機(jī)的 IO 口輸出的電流又比較小，所以加了 LM386 進(jìn)行聲音的放大。在該部分的電路 中，還加入了一個(gè) 101（100R）的電位器，通過轉(zhuǎn)動(dòng)該電位器，便可以調(diào)節(jié)聲音的大 小，使得設(shè)計(jì)更加人性化。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） GAIN 1 IN- 2 IN+ 3 GND 4 Vout 5 VS 6 BYPASS 7 GAIN 8 U2 LM386 IN VCC C4 220uF Sp1 R5 圖 4-4 蜂揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路 4.4 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路 4.4.1 數(shù)碼管簡介數(shù)碼管簡介 數(shù)碼管是一類價(jià)格便宜 使用簡單，通過對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，使其發(fā) 亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)的器件。 在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，如顯示屏、空調(diào)、熱水器、冰箱等等。LED 數(shù) 碼管（LED Segment Displays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件， 引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管實(shí)際上是由七 個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看 到的字樣了。如：顯示一個(gè)“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 dp 不亮。數(shù)碼管的外形如圖 4-6 所示。 LED 數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有 0.5 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸 數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二 極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為 1.8V 左右，電流不超過 30mA。 發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極 連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用 LED 數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4.4.2 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式的分類數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式的分類 LED 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出 我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩 類。 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī) 的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的 優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示 則需要 58=40 根 I/O 端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè)， 實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示，LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之 一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端連在一起，另外 為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制， 當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯 示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過 分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū) 動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及 發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足 夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài) 顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 4.4.3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 通常在數(shù)碼管顯示方式上有靜態(tài)控制顯示和動(dòng)態(tài)控制顯示兩種方法，其中靜態(tài)顯 示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍、亮度高、程序編寫簡單，但占用單片機(jī) IO 口資源較多； 動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用 單片機(jī) IO 口資源少、功耗低。由于本設(shè)計(jì)采用 1 位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，無所謂的動(dòng)態(tài)顯 示，故本設(shè)計(jì)是采用靜態(tài)控制方式的。 數(shù)碼管除了在控制方式有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之分外，數(shù)碼管本身還分共陽型和共陰型。 所謂共陽，就是把數(shù)碼管內(nèi)部的 8 個(gè)二極管的陽極連接在一起然后引出一個(gè)共陽的引 腳，共陰則相反。本設(shè)計(jì)采用的是 1 位共陽數(shù)碼管。 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路如下圖（圖 4-9）所示，把數(shù)碼管的數(shù)據(jù)口接到單片機(jī)的 PO 口 上，數(shù)碼管的共陽端通過 1 個(gè) 1k 的電阻連接到系統(tǒng)的 GND。這樣，只要通過單片機(jī) 調(diào)用已經(jīng)編寫好的數(shù)碼管編碼到 P0 口，即可將預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)字顯示在數(shù)碼管上。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） E 1 D 2 CA 3 C 4 DP 5 B 6 A 7 CA 8 F 9 G 10 Dpy1 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 R2 1K VCC 圖 4-5 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 4.5 按鍵輸入模塊按鍵輸入模塊 鍵盤是人與單片機(jī)打交道的主要設(shè)備。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨(dú) 立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序 設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨(dú)立鍵盤 有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要 煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消 除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時(shí)重復(fù)掃描法， 延時(shí)法的原理為：“毛刺”脈沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾 ms，而我們按鍵的時(shí)間一般 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間,所以當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間后再判斷此電平 是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，否則無效。 本設(shè)計(jì)中由于采用的按鍵數(shù)量較少，只有 3 個(gè)按鍵，分別是“開始/暫?！薄ⅰ吧?一曲”、“下一曲”，故采用了獨(dú)立鍵盤的方式，分別連到了單片機(jī)的 P32、P33 和 P34。按鍵的連接圖 4-10 所示： 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） K2 K3 K4 GND K1 K2 K3 圖 4-6 按鍵電路 5 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 5.1 程序語言及開發(fā)環(huán)境程序語言及開發(fā)環(huán)境 C 語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言 的特點(diǎn)。它由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Dennis M. Ritchie 于 1972 年推出，1978 年后，C 語言 已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上，它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng) 用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng) 用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需 要用到 C 語言，適于編寫系統(tǒng)軟件、三維、二維圖形和動(dòng)畫，具體應(yīng)用例如單片機(jī)以 及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， 與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易 學(xué)易用。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真 調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系統(tǒng)。如果你使用 C 語言編程， 那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易 用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。 5.2 總體程序設(shè)計(jì)總體程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件流程圖如圖 5-1 所示。程序運(yùn)行后先判斷“播放/暫停”鍵是否被按 下，被按下的話。若狀態(tài)為暫停的話，則變?yōu)椴シ?，然后?shù)碼管顯示當(dāng)前歌曲序號(hào)， 并且開始播放音樂；若播放狀態(tài)為播放的話，則把狀態(tài)改為暫停，停止歌曲播放。接 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 著判斷“上一曲”按鍵是否被按下，是的話則把歌曲切換到下一曲，更新數(shù)碼管的歌 曲序號(hào)顯示，然后播放新的音樂。最后判斷“上一曲”按鍵是否有被按下，是的話則 把歌曲切換到上一曲，更新數(shù)碼管的歌曲序號(hào)顯示，然后播放新的音樂。然后又回到 最前面的按鍵判斷，依此循環(huán)。 開開始始 定定時(shí)時(shí)器器初初始始化化 “播播放放/ /暫暫停?！北槐话窗聪孪拢?“上上一一首首”鍵鍵被被按按下下？ “下下一一首首”鍵鍵被被按按下下？ 結(jié)結(jié)束束 開開始始播播放放或或 暫暫停停 切切換換到到上上一一 曲曲并并播播放放 切切換換到到上上一一 曲曲并并播播放放 圖 5-1 程序流程圖 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5.3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)拍單片機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)拍 音樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率的高低 決定的，頻率高聲音就高，頻率低聲音就低，不同音商的樂音是用 C、D、E、F、G、A、B 表示的，這 7 個(gè)字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成 DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫唱名。 音持續(xù)時(shí)間的長短即時(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)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率 的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂。 除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時(shí)間的長 短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，如果 1/4 拍的延時(shí)是 0.4 秒，則 1 拍的延時(shí)是 1.6 秒，只要知道 1/4 拍的延時(shí)時(shí)間，其余的節(jié)拍延時(shí)時(shí)間就是它的陪數(shù)。如果單片機(jī) 要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計(jì)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置。對(duì)于不同的曲調(diào)我們也 可以用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個(gè)節(jié)拍為單位（C 調(diào)） 具體如下表： 表 1 音樂節(jié)拍設(shè)置 曲調(diào)值DELAY曲調(diào)值DELAY 調(diào) 4/4125ms調(diào) 4/462ms 調(diào) 3/4187ms調(diào) 3/494ms 調(diào) 2/4250ms調(diào) 2/4125ms 5.4 單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖 了解音樂的一些基本知識(shí)后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對(duì)于 單片機(jī)而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時(shí)計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生這樣的 方波頻率信號(hào)，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù) 的關(guān)系。在本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)工作于 12MHZ 時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)計(jì)數(shù)器 T0，工作 模式為 1，改變計(jì)數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，在此情況下，C 調(diào) 的各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T 的對(duì)照如下表所示，其中 T 的值決定了 TH0 和 TL0 的值，其 關(guān)系為：TH0=T/256，TL0=T%256。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 表 1 C 調(diào)的各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T 的對(duì)照表 6 調(diào)試與仿真調(diào)試與仿真 6.1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 根據(jù)程序流程圖編寫完成程序，進(jìn)行編譯調(diào)試，如下圖顯示： 圖 6-1 編譯調(diào)試結(jié)果 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 編譯后發(fā)現(xiàn)沒有錯(cuò)誤，沒有警告，生成.hex 文件，如下圖所示： 圖 6-2 生成.hex 文件 6.2 仿真調(diào)試仿真調(diào)試 進(jìn)入仿真界面，將.hex 文件下載到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行仿真。單擊“開始/暫?！卑存I， 數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”，揚(yáng)聲器開始播放第一首歌曲。點(diǎn)擊“下一首”按鍵，數(shù)碼管顯 示數(shù)字“2”，揚(yáng)聲器開始播放第二首歌曲。一次類推，直至第九首歌曲。在第九首歌 曲時(shí)，單擊下一首按鍵，回到第一首歌曲，在第一首歌曲播放時(shí)，單擊“上一首”按 鍵，播放第九首歌曲。單擊“開始/暫?！卑存I，開始播放第一首歌曲，如下圖所示： 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C52 LS1 SOUNDER X1 12M C1 30pF C2 30pF R1 0.56k 復(fù)位按鍵 開始/暫停 上一曲 下一曲 圖 6-3 播放第一首歌曲 單擊“上一首”按鍵，開始播放第九首歌曲，如下圖所示： XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P