基于单片机 多功能数字音乐盒 设计

《单片机原理及应用》

  课程设计说明书

设计题目：基于单片机的多功能数字音乐盒的设计

学 院：工学院

专  业：09电气工程及其自动化（1）班

设 计 者：

学    号：

指导老师：

设计时间：2012年5月21日～2012年6月2日

《单片机原理及应用》课程设计任务书

一、目的意义

《单片机原理及应用》是高校工程专业的一门专业基础课，该门课程具有很强的实践性。通过课程的学习，使学生掌握基本概念、基本理论和基本技能，为今后从事相应的生产设计和科研工作打下一定的基础。因此，除课程的理论教学和实验教学外，课程设计也是一个必要和重要的实践教学环节。通过课程设计，进一步培养学生理论联系实际的能力，学会正确地分析工程实际问题，善于查阅参考文献，准确地选择相应的数据、参数，具备全面地解决实际问题的素质，同时课程设计也为今后的毕业设计打下基础。

二、设计时间、地点、班级

时间：第16、17周（二周）

地点：                        三教 433 、426              

班级：                      09电气             99人      

三、设计内容

（二十）基于单片机的多功能数字音乐盒的设计

1、功能描述

用ATS52单片机的I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。

共有4乐曲，每首乐曲都由相应的按键控制，并且有开关键、暂停键、上一曲以及下一曲控制键。

2、设计已知参数

按键输入电路的设计

复位电路的设计；时钟电路的设计

显示电路及驱动电路的设计；扫描模式的选择设计

系统主程序及子程序的设计；元件及元件参数的选择

目录

前言      ………………………………………………………………………… 1

总体设计方案       ………………………………………………………………………… 1

2.1设计原理及相关说明      ………………………………………………………………1

2.2总体设计框图      ………………………………………………………………………1

3各芯片设计及对其的调用    …………………………………………………………………2

3.1  STCC52RC单片机    …………………………………………………………………2

3.2  外部时钟电路及复位电路    …………………………………………………………2

3.3 蜂鸣器驱动电路   ………………………………………………………………………3

3.4 键盘接口   ………………………………………………………………………………3

4 系统软件设计   ………………………………………………………………………………4

5 调试   …………………………………………………………………………………………6

  5.1 调试步骤   ………………………………………………………………………………6

  5.2 性能分析   ………………………………………………………………………………6

结论   ……………………………………………………………………………………………6

致谢   ……………………………………………………………………………………………6

参考文献   ………………………………………………………………………………………7

附录   ……………………………………………………………………………………………7

前言：本设计是以ATC51芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。

1、设计原理及相关说明

设计原理：通过按键给单片机的P2口输入低电平，进而利用程序来判断是否执行某一播放功能。而利用单片机的定时器0中断来控制播放乐曲。

2.1芯片ATC51的介绍

ATC51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。ATC2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的ATC51是一种高效微控制器，ATC2051是它的一种精简版本。ATC51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2.1所示

图3.2 ATC51引脚排列图

2.2 时钟振荡电路、复位电路

    利用12MHZ的晶振做外部时钟;ATC51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体(陶瓷)谐振器一起构成自然振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF(而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF)。用

2.3控制电路：

键盘接口电路如图，本次设计中，按键有7个.键分别接于7根I/O线（P2口），各按键在实物连接上相互，彼此的工作状态互不影响，STC单片机自带上拉电阻因此无需外接上拉电阻，用查询法完成按键功能。

2.4蜂鸣器电路：利用PNP管（9012）放大驱动。基极接10K欧姆的电阻，发射极接蜂鸣器，集电极接电源。

3系统软件设计

程序设计流程图如图7所示

设计流程图依据所写源程序所绘制，所用代号均为源程序中所使用，源程序可参照源程序清单。

仿真调试及操作说明

调试步骤

调试分为硬件调试和软件调试。硬件调试主要是检查硬件电路是否有短路、断路和虚焊等，首先接上电源，电源的指示灯亮了之后，检测一下单片机的电源脚有没有电源输入，如果有这说明焊接无误，然后可以用万用表检查各个元器件的管脚之间的焊接，检查过程中需要细心和耐心。硬件调试无误后，进行软件调试。软件调试可以针对子程序调试，测试其是否正常工作。

5.2 性能分析

将程序烧入单片机后，在proteus软件中进行仿真。通过仿真和实物测试发现，按下按键时，存在一定的延时，不能立刻反应，按下按键时，必须有足够的时间。

附录：

总图

仿真;

实物图：

程序文件：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit  BEEP = P1^4; //蜂鸣器

sbit  k0=P2^0;

sbit  k1=P2^1;

sbit  k2=P2^2;

sbit  k3=P2^3;

sbit  k4=P2^4;

sbit  k5=P2^5;

sbit  k6=P2^6;

uint code Tone_Delay_Table[] = { 021,103,260,400,524,580,684,777, 820,8,968,65030,65058,65110,65157,65178 };

uchar code Song1_Tone[]={1, 1, 5, 5, 6, 6, 5,4, 4, 3 ,3, 2, 2, 1,5, 5, 4, 4, 3, 3, 2, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 2,1,1, 5, 5, 6, 6 ,5,4 ,4, 3, 3, 2, 2, 1,0xff};

uchar code Song1_Time[]={2,2,2,2,2,3,4,2,2,2,2,2,2,4,2,2,2,2,2,2,4,2,2,2,2,2,2,5,2,2,2,2,2,2,5,2,2,2,2,2,2,5,0xff};

uchar code Song2_Tone[]={1,2,3,1,1,2,3,1,3,4,5,3,4,5, 5,6,5,4,3,1, 5,6,5,4,3,1 ,1,5,1,0xff};

uchar code Song2_Time[]={2,2,3,2,2,2,3,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,3,0xff};

 uchar code Song3_Tone [] ={ 1,3,3,3,3,5,4,2,5,3,7,6,5,5,7,4,4,3,6,7,2,1,0xFF};

 uchar code Song3_Time [] ={ 2,1,1,2,1,1,1,2,1,1,3,2,1,1,2,4,1,1,2,1,1,1,0xFF}; 

 uchar code Song4_Tone [] ={ 8,9,2,3,7,6,2,3,10,11,1,2,3,1,2,3,3,4,5,6,5,3,5,6,5,3,5,3,2,1,1,2,3,0xFF};

 uchar code Song4_Time [] ={ 3,6,7,2,4,5,8,1,2,2,5,5,1,9,1,1,1,1,6,1,1,2,4,1,1,2,1,1,1,1,1,2,2,1,0xFF};

uchar Song_Index = 0, Tone_Index = 0;  //音乐片段索引，音符索引

uchar  *Song_Tone_Pointer, *Song_Time_Pointer;    //音符指针，延时指针

uchar i = 0;       uchar j=0,k=0,m=0;  //从当前数组中取音符的位置

  void DelayMS(uint ms)       //延时

  {

      uchar t;

      while(ms--) for (t = 0; t < 120; t++);

  }

  void play0()    //按键产生的INT0

  {    ET0=1;

      TR0 = 0;

    k0=1;

      Song_Index = ( Song_Index + 1) % 4;           //切换到下一音乐

      switch (Song_Index)                     

      {

          case 0:   Song_Tone_Pointer = Song1_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song1_Time;

                   break;

          case 1:   Song_Tone_Pointer = Song2_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song2_Time;

                   break;

          case 2:   Song_Tone_Pointer = Song3_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song3_Time;

                   break;

        case 3:   Song_Tone_Pointer = Song4_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song4_Time;

                   break;

      }

      //从下一段音乐的第0个音符开始

      i = 0;

      while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

      {

          Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

          if ( Tone_Index == 0xFF )

          {

              i = 0;

              DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

              continue;      //继续播放

          }

          TR0 = 1;

          DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

          TR0 = 0;

          i++;

      }

    return;

  }

  void play1()  

  {    ET0=1;

      TR0 = 0;

    k1=1;

      Song_Index = ( Song_Index + 3) % 4;          //切换到上一段音乐

      switch (Song_Index)

      {

          case 0:   Song_Tone_Pointer = Song1_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song1_Time;

                   break;

          case 1:   Song_Tone_Pointer = Song2_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song2_Time;

                   break;

          case 2:   Song_Tone_Pointer = Song3_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song3_Time;

                   break;

        case 3:  Song_Tone_Pointer = Song4_Tone;

                   Song_Time_Pointer = Song4_Time;

                   break;

      }

      i = 0;                                  //从上一段音乐的第0个音符开始

  while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

      {

          Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

          if ( Tone_Index == 0xFF )

          {

              i = 0;

              DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

              continue;      //继续播放

          }

          TR0 = 1;

          DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

          TR0 = 0;

          i++;

      }

    return;

  }

  void play2()  

  {    

      m=!m;

    TR0 = 0;

    k2=1;

    if(m==0)

  { j=1;

    TR0=0;

    ET0=0;}

    if(m==1)

  {         ET0=1;

           k=1;

        if(j==1)  //播放被暂停的音乐

    {

              switch (Song_Index)

          {

              case 0:  Song_Tone_Pointer = Song1_Tone;

                       Song_Time_Pointer = Song1_Time;

                       break;

              case 1:  Song_Tone_Pointer = Song2_Tone;

                          Song_Time_Pointer = Song2_Time;

                        break;

              case 2:  Song_Tone_Pointer = Song3_Tone;

                        Song_Time_Pointer = Song3_Time;

                        break;

            case 3:  Song_Tone_Pointer = Song4_Tone;

                        Song_Time_Pointer = Song4_Time;

                        break;

          }

          //从本一段音乐的第i个音符开始

                    while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

          {

                  Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

                  if ( Tone_Index == 0xFF )

              {

                  i = 0;

                  DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

                  Song_Index = ( Song_Index + 1) % 4;     //播放下一首音乐

                  switch (Song_Index)

              {

                  case 0:   Song_Tone_Pointer = Song1_Tone;

                               Song_Time_Pointer = Song1_Time;

                             break;

                  case 1:   Song_Tone_Pointer = Song2_Tone;

                             Song_Time_Pointer = Song2_Time;

                            break;

                  case 2:   Song_Tone_Pointer = Song3_Tone;

                              Song_Time_Pointer = Song3_Time;

                              break;

                case 3:   Song_Tone_Pointer = Song4_Tone;

                             Song_Time_Pointer = Song4_Time;

                            break;

            }

                continue;

            }

          TR0 = 1;

          DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

          TR0 = 0;

          i++;

          }

    }

          if (j==0)

    {        j=1;    

             Song_Tone_Pointer = Song1_Tone;     //开始播放音乐

              Song_Time_Pointer = Song1_Time;

            i = 0;

              while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

          {

              Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

              if ( Tone_Index == 0xFF )

            {

                  i = 0;

                  DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

                  Song_Index = ( Song_Index + 1) % 4;       //播放下一段音乐

                  switch (Song_Index)

              {

                  case 0:   Song_Tone_Pointer = Song1_Tone;

                             Song_Time_Pointer = Song1_Time;

                               break;

                  case 1:   Song_Tone_Pointer = Song2_Tone;

                              Song_Time_Pointer = Song2_Time;

                             break;

                  case 2:   Song_Tone_Pointer = Song3_Tone;

                               Song_Time_Pointer = Song3_Time;

                               break;

                case 3:   Song_Tone_Pointer = Song4_Tone;

                            Song_Time_Pointer = Song4_Time;

                               break;

          }

             continue;

           }

               TR0 = 1;

              DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

              TR0 = 0;

              i++;

          }

      }

  }

      return;

  }

void play3()  

  {    ET0=1;

      TR0 = 0;

     k3=1;

    //切换到第一段音乐

      Song_Tone_Pointer = Song1_Tone;

    Song_Time_Pointer = Song1_Time;

    Song_Index=0;

      //从第一段音乐的第0个音符开始

      i = 0;

      while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

      {

          Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

          if ( Tone_Index == 0xFF )

          {

              i = 0;

              DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

              continue;      //继续播放

          }

          TR0 = 1;

          DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

          TR0 = 0;

          i++;

      }

    return;

  }

void play4()  

  {

      ET0=1;

      TR0 = 0;

    k4=1;

    Song_Tone_Pointer = Song2_Tone;                //切换到第二段音乐

      Song_Time_Pointer = Song2_Time;

       Song_Index=1 ;

      i=0;    

      //从第二段音乐的第0个音符开始

       while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

      {

          Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

          if ( Tone_Index == 0xFF )

          {

              i = 0;

              DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

              continue;      //继续播放

          }

          TR0 = 1;

          DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

          TR0 = 0;

          i++;

      }

    return;

  }

void play5()  

  {

      ET0=1;

      TR0 = 0;

    k5=1;

    Song_Tone_Pointer = Song3_Tone;           //切换到第三段音乐

    Song_Time_Pointer = Song3_Time;

    Song_Index=2;        

      //从第三段音乐的第0个音符开始

      i = 0;

      while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

      {

          Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

          if ( Tone_Index == 0xFF )

          {

              i = 0;

              DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

              continue;      //继续播放

          }

          TR0 = 1;

          DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

          TR0 = 0;

          i++;

      }

    return;

  }

void play6()  

  {

      ET0=1;

      TR0 = 0;

    k6=1;

     Song_Tone_Pointer = Song4_Tone;        //切换到第四段音乐

    Song_Time_Pointer = Song4_Time;

    Song_Index=3;

      //从第四段音乐的第0个音符开始

      i = 0;

  while (k0==1&&k1==1&&k2==1&&k3==1&&k4==1&&k5==1&&k6==1)

      {

          Tone_Index = Song_Tone_Pointer[i];

          if ( Tone_Index == 0xFF )

          {

              i = 0;

              DelayMS(2000); //每段音乐播放结束后停顿一段时间

              continue;      //继续播放

          }

          TR0 = 1;

          DelayMS( Song_Time_Pointer[ Tone_Index] * 240);

          TR0 = 0;

          i++;

      }

    return;

  }

  void Timer0_Play_Music() interrupt 1                     // T0 定时器控制播放

  {                                                    

      TH0 = Tone_Delay_Table[ Tone_Index ] / 256;

      TL0 = Tone_Delay_Table[ Tone_Index ] % 256;

      BEEP = ~BEEP;

  }

  void main()                  // 主程序

  {

      TMOD = 0x01;

      IE  = 0x82;   //许可 INTO 和 TO 中断

      TR0 = 0;

      while(1)

    {

    if(k0==0&&k==1) { DelayMS(2000); play0();m=1;}

    if(k1==0&&k==1) { DelayMS(2000); play1();m=1;}

    if(k2==0)        { DelayMS(2000); play2();}

    if(k3==0&&k==1) { DelayMS(2000); play3();m=1;}

    if(k4==0&&k==1) { DelayMS(2000); play4();m=1;}

    if(k5==0&&k==1) { DelayMS(2000); play5();m=1;}

    if(k6==0&&k==1) { DelayMS(2000); play6();m=1;}    

  }

  }