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基于51單片機(jī)音樂(lè)盒設(shè)計(jì)( proteus仿真+程序+原理圖+PCB+報(bào)告+講解視頻）

10/06 14:15

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基于51單片機(jī)音樂(lè)盒仿真設(shè)計(jì)( proteus仿真+程序+原理圖+PCB+報(bào)告+講解視頻）

仿真圖proteus 7.8及以上

程序編譯器：keil 4/keil 5

編程語(yǔ)言：C語(yǔ)言

設(shè)計(jì)編號(hào)：S0030

主要功能：

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)。

2 設(shè)計(jì)說(shuō)明

2.1設(shè)計(jì)要求

(1)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

(2)可以實(shí)現(xiàn)歌曲順序播放或單曲循環(huán)；

(3)存儲(chǔ)三首以上歌曲

2.2 附加功能

（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；

以下為本設(shè)計(jì)資料展示圖：

仿真

開(kāi)始仿真

開(kāi)始仿真后，用數(shù)碼管顯示當(dāng)前播放曲目， LED花樣彩燈隨播放音符變換，通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)下一首歌的切換。通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)控制單循環(huán)還是全部循環(huán)。內(nèi)置音樂(lè)《千年之戀》《寂寞沙洲冷》《七子之歌》《感恩的心》

原理圖PCB圖

程序設(shè)計(jì)：

sbit key1=P3^2;  /*暫停鍵 */
sbit key2=P3^3;  /* 切換歌曲鍵*/
sbit fm=P1^1;  /*蜂鳴器口*/
sbit P1_7=P1^7;
uchar count2=1; /*歌曲標(biāo)志*/
uchar timeh,timel,i;

uchar code DSY_table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,
						0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x70};  
uint code tone_delay_table[]={ 64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,
							64777,64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178};/*每個(gè)音符對(duì)應(yīng)的延遲*/
uchar code huayang[]={0xff,0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0x0f,0xf0,0x00};

void delay_ms(uchar x) /*延遲函數(shù)*/
{
	uchar i;
	while(x--)
	for(i=0;i<120;i++);
}


uchar code qnzl[]={   /*千年之戀*/
0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,
0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02,
0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,
0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,
0x42,0x63,0x83,0x83,0x91,0x91,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,
0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff	  /*結(jié)束標(biāo)志*/
};
uchar code jmszl[]={ /*寂寞沙洲冷*/
0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,
0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,
0x51,0x52,0x31,0x52,0x62,0x13,0x11,0x13,0x32,0x28,0x08,0x28,
0x31,0x32,0x31,0x32,0x11,0x21,0x51,0x52,0x51,0x52,
0x51,0x51,0x31,0x32,0x31,0x32,0x81,0x72,0x63,
0x62,0x71,0x81,0x72,0x61,0x61,0x52,0x31,0x21,0x32,0x51,0x54,
0x22,0x12,0x11,0x12,0x11,0x12,0x12,0x14,0x26,0x32,0x26,
0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,
0x02,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x62,0x52,0x34,
0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x82,
0x51,0x51,0x51,0x51,0x31,0x61,0x53,
0x21,0x11,0x21,0x11,0x22,0x11,0x21,0x26,
0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x52,
0x31,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x81,0x61,0x31,0x56,
0x32,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x91,0x81,0x61,0x81,0x61,0x51,0x31,0x51,0x34,
0x21,0x31,0x51,0x31,0x21,0x11,0x61,0x21,0x16,0xff  /*結(jié)束標(biāo)志*/
};
uchar code qizige[]={  /*七子之歌*/
0x54,0x32,0x52,0x32,0x54,0x62,0x52,0x32,0x62,0x54,
0x14,0x12,0x22,0x34,0x52,0x32,0x02,0x32,0x58,
0x52,0x52,0x62,0x52,0x32,0x54,0x52,0x62,0x52,0x82,0x62,0x58,
0x14,0x52,0x32,0x22,0x12,0x24,0x32,0x54,0x2,0x22,0x34,0x1f,0x18,
0x04,0x54,0xa4,0x92,0x81,0x62,0x52,0x54,0x62,0x64,0x52,0x62,0x81,0xa2,0x82,0x9c,
0x02,0x52,0xa4,0x92,0x81,0x62,0x52,0x54,0x62,0x64,0x52,0x64,0xa2,0x92,0x9f,
0xa4,0x92,0x81,0x62,0x52,0x54,0x84,0x62,0x52,0x32,0x22,0x14,
0x04,0x22,0x32,0x58,0x58,0x04,0x52,0x62,0x8f,
0xff /*結(jié)束標(biāo)志*/
};
uchar code ganen[]={ /*感恩的心*/
0x12,0x14,0x22,0x32,0x54,0x32,0x84,0x72,0x62,0x54,
0x02,0x62,0x62,0x52,0x54,0x12,0x22,0x32,0x28,
0x12,0x14,0x22,0x32,0x54,0x32,0x84,0x92,0x82,0x54,
0x32,0x24,0x21,0x61,0x54,0x22,0x32,0x12,0x18,
0x22,0x24,0x12,0x24,0x11,0x21,0x34,0x32,0x21,0x31,0x34,
0x12,0x22,0x22,0x22,0x11,0x21,0x22,0x64,0x52,0x52,0x32,0x38,
0x31,0x52,0x51,0x52,0x31,0x51,0x58,0x31,0x82,0x81,0x82,0x31,0x61,0x68,
0x62,0x62,0x62,0x51,0x61,0x64,0x61,0x82,0x61,0x9c,
0x52,0xa4,0x92,0xa4,0x32,0x84,0x72,0x64,0x62,0x94,0x82,0x94,
0x61,0x81,0x92,0x91,0x91,0x92,0x81,0xa1,0xa2,0x92,0x94,
0x52,0xa4,0x92,0xa4,0x32,0x84,0x72,0x64,
0x52,0x62,0x81,0x81,0x82,0x92,0xa2,0x94,0x82,0x72,0x82,0x88,
0xff  /*結(jié)束標(biāo)志*/
};
/*簡(jiǎn)譜音調(diào)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器初值*/
/*適合11.0592M的晶振*/
uchar code cuzhi[]={
					0xff,0xff,  /*占位*/
					0xFC,0x8E,  /*中央C調(diào)1~7*/
					0xFC,0xED,
					0xFD,0x43,
					0xFD,0x6A,
					0xFD,0xB3,
					0xFD,0xF3,
					0xFE,0x2D,
					0xFE,0x47,  /*高八度1~7*/
					0xFE,0x76,
					0xFE,0xA1,
					0xFE,0xC7,
					0xFE,0xD9,
					0xFE,0xF9,
					0xFF,0x16
					};
void delay1(uint z); /*	 延時(shí)1MS*/
void delay(uint z);  /*延時(shí)165ms，既16分音符*/
void song();
void beep(); /*蜂鳴器叫一聲*/
void main()
{
	P0=0xbf;
//	KK=0;

	EA=1;
	EX0=1;
	IT0=1;
	EX1=1;
	IT1=1;
	TMOD=0x01;
	TH0=0;
	TL0=0;
	ET0=1;
	while(1)
	{
	    if(P1_7==1)
		{
			count2++;//歌曲遞增
		if(count2==5)
			count2=0;
		}
		if(count2!=0)
		{
			song();
			delay1(1000);
		}
	
	}
}

void int0() interrupt 0 
{
	EA=0;
	delay1(1); 
	if(key1==0)
	{
		count2=0;/*暫停音樂(lè)*/
		TR0=0;
	}
	EA=1;
} 

void int1() interrupt 2 
{
	TR0 = 0;	
	delay1(1);  /*去抖*/
	if(key2==0)
	{
		i=0;/*從頭開(kāi)始唱*/
		count2++;
		TR0=~TR0;
		if(count2==5)
		count2=0;
	}
}

void timer0() interrupt 1/*用于產(chǎn)生各種音調(diào)*/
{
/*	if(count2==0)	
	{
		TH0 = tone_delay_table[keynum]/256;
		TL0 = tone_delay_table[keynum]%256;
		fm = ~fm;
	}	*/

	
	if(count2!=0) //放音樂(lè)
	{
		TH0=timeh;
		TL0=timel;
		fm=~fm;
	}
}

void song()
{
	uint temp;
	uchar jp;
	i=0;
	while(1)
	{

		
		if(count2==0)
		{
			break;
		}
		if(count2==1)  //選曲
		temp=jmszl[i];
		if(count2==2)
		temp=qnzl[i];
		if(count2==3)
		temp=qizige[i];
		if(count2==4)
		temp=ganen[i];
		if(temp==0xff)
		break;
		jp=temp/16;
		P2 = huayang[jp];
		P0=DSY_table[count2];
		if(jp!=0)
		{
			timeh=cuzhi[jp*2];
			timel=cuzhi[jp*2+1];
		}
		else
		{
			TR0=0;
			fm=1;
		}
		delay(temp%16);
		TR0=0;
	
		fm=1;
		delay1(10);
		TR0=1;
		i++;
	}
	TR0=0;
	fm=1;
}

設(shè)計(jì)報(bào)告

報(bào)告

系統(tǒng)組成框圖

本設(shè)計(jì)采用STC 89C516RD+作為主控芯片（仿真可替換為STC89C51,STC89C52,AT89C51,AT89C52D等51單片機(jī)），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。

程序設(shè)計(jì)

音調(diào)、節(jié)拍以及編碼的確定方法

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。

音調(diào)的確定

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）。

節(jié)拍的確定

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?！肮?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。

音符編碼

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)。