《单片机原理与应用课程设计》数字音乐盒设计.doc
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1、长 沙 学 院单片机原理与应用课程设计课程设计说明书系 (部) 电子与通信工程系 专业(班级) 08电气二班 姓 名 学 号 指导教师 王新辉、谢明华、刘辉 起止日期 单片机技术及应用课程设计任务书系(部):电子与电气工程系 专业:08级电气工程 指导教师:王新辉、谢明华、刘辉课题名称数字音乐盒设计设计内容及要求课题要求:1、 用单片机的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。2、 共有10首乐曲,每首乐曲都由相应的按键控制,并且有开关键、暂停键、上一曲及下一曲控制。3、 用12864液晶显示显示本人的姓名、班级和学号,还有歌曲的序号、播放时间,开机时显示英文欢迎
2、提示字符等信息。设计工作量1、汇编或C51语言程序设计;2、程序调试,在Proteus上进行仿真;3、提交一份完整的课程设计说明书,包括封面,中文摘要,目录,正文(正文主要包括:设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、调试过程,调试结果等部分),参考文献、设计总结等。进度安排起止日期(或时间量)设计内容(或预期目标)备注第一天课题介绍,答疑,收集材料,C51介绍第二天设计方案论证,练习编写C51程序第三天第六天程序设计第六天第八天 程序调试、仿真第九天第十天系统测试并编写设计说明书教研室意见年 月 日系(部)主管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业班级设计题目数字音乐盒设计指导
3、教师王新辉、谢明华、刘辉指导教师意见:评定等级: 教师签名: 日期: 答辩小组意见:评定等级:答辩小组长签名:日期:教研室意见:教研室主任签名: 日期: 系(部)意见:系主任签名:日期:说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类;一、 摘要本设计是以AT89C51芯片的电路为基础,利用keil和proteus仿真软件,设计出一个多功能音乐盒。音乐盒主要由五大模块构成,包括AT89C51芯片、4*4矩阵键盘、蜂鸣器、晶振复位电路和12864液晶显示器。有开机键(开机时显示welcom),暂停键、播放键、上一曲、下一曲以及10个用来选择歌曲的键。此外用户可以按照自己的喜好选择音
4、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。 关键字:AT89C51;Keil;12864液晶显示器;计时;音乐盒 二、 原理描述 2.1芯片AT89C51的介绍AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051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
5、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AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51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 AT89C51引脚排列图 2.2 LCD12864的显示12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。它有8页(8行一页)、128列,可完成图形显示,也可以显示84个汉字。12864硬件模块说明:图2.2中
6、,IC1为行驱动器,IC2、IC3为行驱动器,外部的CPU通过13根线对模块进行控制。其中DB7DB0为并行数据总线,E、R/W、D均为控制信号线,CSA、CSB则为选屏信号,分别控制左、右半屏。 图2.2 12864的硬件模块图2.3 音调的产生频率的高低决定了音调的高低。音乐的十二平均率规定:每两个八度音(如简谱中的中音1和高音1)之间的频率相差一倍。在两个八度音之间又分为十二个半音。另外,音名A(简谱中的低音6)的频率为440Hz,音名B到C之间、E到F之间为半音,其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音1到高音1之间每个音名对应的频率,所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频得到的。1
7、、要产生音频脉冲,只要算出某一音频的周期(1/频率),然后将此周期除以2,即为半周期的时间。利用定时器计时这半个周期时间,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反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。2、利用AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下,改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。此外结束符和休止符可以分别用代码00H和FFH来表示,若查表结果为00H,则表示曲子终了;若查表结果为FFH,则产生相应的停顿效果。3、例如频率为523Hz,其周期T=1/523=1912us,因此只要令计数器计时956us/1us=956,在每次技术
8、956次时将I/O反相,就可得到中音DO(523Hz)。计数脉冲值与频率的关系公式如下:N=Fi2FrN:计算值;Fi:内部计时一次为1us,故其频率为1MHz; 4、其计数值的求法如下:初值T=65536-N=65536-Fi2Fr例如:设K=65536,F=1000000=Fi=1MHz,球低音DO(261Hz)。中音DO(523Hz)。高音的DO(1046Hz)的计算值T=65536-N=65536-Fi2Fr=65536-10000002Fr=65536-500000/Fr低音DO的T=65536-500000/262=63627低音DO的T=65536-500000/523=6458
9、0低音DO的T=65536-500000/1047=650594、 C调各音符频率与计数值T的对照表如表4.1所示。表2.3 C调各音符频率与计数值T的对照表低音频率N参数中音频率N参数高音频率N参数Do2621908229Do523956115Do10465757Do#2771805217Do554903108Do11095454Re32941701204Re587852102Re11755151Re3111608193Re62280497Re12454848Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa3
10、701351162Fa74067681Fa14804141So3921276153So78463877So15683838So4151205145So83160272So16613636La4401136136La88056868La17603434La4641078129La93253664La18653232Si4941012121Si98850661Si197630302.4 节拍的确定若要构成音乐,光有音调是不够的,还需要节拍,让音乐具有旋律(固定的律动),而且可以调节各个音的快满度。“节拍”,即Beat,简单说就是打拍子,就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s,则1/
11、4 拍为0.125s。至于1拍多少s,并没有严格规定,就像人的心跳一样,大部分人的心跳是每分钟72下,有些人快一点,有些人慢一点,只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值,一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。一首音乐是由许多不同的音符组成的,而每个音符对应着不同频率,这样就可以利用不同的频率的组合,加以与拍数对应的延时,构成音乐。了解音乐的一些基础知识,我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说,产生不同频率的脉冲是非常方便的,利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。因此,需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率,以及单片机定时计数的关系。表2.41节拍与节拍码对照节拍码节
12、拍数节拍码节拍数11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍每个音符使用1个字节,字节的高4位代表音符的高低,低4位代表音符的节拍,表2.41为节拍码的对照。如果1拍为0.4秒,1/4拍实0.1秒,只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY,则1拍应为4DELAY,以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间,其余的节拍就是它的倍数,如图5.3为1/4和1/8节拍的时间设定。表2.42 1/4和1/8节拍的时间设定曲调值
13、DELAY曲调值DELAY调4/4125毫秒调4/462毫秒调3/4187毫秒调3/494毫秒调2/4250毫秒调2/4125毫秒2.5 音符的编码do re mi fa so la si分别编码为17,重音do编为8,重音re编为9,停顿编为0。播放长度以十六分音符为单位(在本程序中为165ms),一拍即四分音符等于4个十六分音符,编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位,而播放时间作为低4位,如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的结束标志。举例1:音调do,发音长度为两拍,即二分音符,将其编码为0x18举例2:音调re,发音长度为半拍,即八分音符,将其编码为0x2
14、2歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码,储存在一个数据类型为unsigned char 的数组中。程序从数组中取出一个数,然后分离出高4位得到音调,接着找出相应的值赋给定时器0,使之定时操作蜂鸣器,得出相应的音调;接着分离出该数的低4位,得到延时时间,接着调用软件延时。三、 程序设计与硬件电路3.1设计思路 程序设计部分主要有:字模部分、LCD12864显示、简谱音调及节拍、计时、键盘扫描部分。硬件设计部分见下图3.11:设计思路见如下实验控制流程图3.12:初始化变量及LCD接口初始化计数器T0,定时器T1LCD显示英文欢迎字符等待按键,是否有按键?包括播放键,暂停键,停止键歌曲号及播放时
15、间显示在LCD上主程序开始依据按键码演奏对应的歌曲YN3.2 设计程序见附件四、 仿真调试及操作说明1、按下开机键ON/C2、按下歌曲键0播放第一首歌3、操作说明 44键盘共16个键,操作说明如下:“0”:歌曲0,母亲“1”:歌曲1,世上只有妈妈好“2”:歌曲2,儿行千里“3”:歌曲3,感恩的心“4”:歌曲4,七子之歌“5”:歌曲5,小青蛙“6”:歌曲6,找朋友“7”:歌曲7,千年之恋“8”:歌曲8,两只老虎“9”:歌曲9,寂寞沙洲冷“ON/C”:开机键“=”:暂停键,此时音乐和播放时间都暂停“”(乘号):播放键 “+”:下一曲,播放下一首歌曲“-”:上一曲,播放上一首歌曲五、 心得体会参考资
16、料1 谭浩强.C语言程序设计(第二版)M,北京:清华大学出版社,1991.2 曾屹.单片机原理与应用(第一版)M,中南大学出版社,2009.3附件:/* C语言音乐盒源程序设计 */#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar count=0,count1=0;/count1 歌曲标志uchar key,count2,h=1,i; uchar temp; /temp歌调uchar s1,s2,m1,m2;uchar second,minute,j=0;void delay1(uint z)
17、; /延时1mssbit key2=P32; / 按key2可切换歌曲sbit key1=P33;sbit fm=P37;/蜂鸣器连续的IO口sbit rs=P22;sbit rw=P21; sbit e=P20; sbit busy=P00; sbit CS1=P24; sbit CS2=P23; /=字模=/ char code shu228=0xFF,0x1F,0xEF,0xF7,0xF7,0xEF,0x1F,0xFF,0xFF,0xF0,0xEF,0xDF,0xDF,0xEF,0xF0,0xFF,/*0,0*/0xFF,0xEF,0xEF,0x07,0xFF,0xFF,0xFF,0xF
18、F,0xFF,0xDF,0xDF,0xC0,0xDF,0xDF,0xFF,0xFF,/*1,1*/0xFF,0x8F,0xF7,0xF7,0xF7,0x77,0x8F,0xFF,0xFF,0xCF,0xD7,0xDB,0xDD,0xDE,0xCF,0xFF,/*2,2*/0xFF,0xCF,0xF7,0x77,0x77,0xB7,0xCF,0xFF,0xFF,0xE7,0xDF,0xDF,0xDF,0xEE,0xF1,0xFF,/*3,3*/0xFF,0xFF,0x3F,0xDF,0xEF,0x07,0xFF,0xFF,0xFF,0xF8,0xFB,0xDB,0xDB,0xC0,0xDB,0x
19、FF,/*4,4*/0xFF,0x07,0xF7,0x77,0x77,0xF7,0xF7,0xFF,0xFF,0xE6,0xDE,0xDF,0xDF,0xEE,0xF1,0xFF,/*5,5*/0xFF,0x1F,0xEF,0x77,0x77,0xE7,0xFF,0xFF,0xFF,0xF0,0xEE,0xDF,0xDF,0xEE,0xF1,0xFF,/*6,6*/0xFF,0xC7,0xF7,0xF7,0x37,0xC7,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xC0,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*7,7*/0xFF,0x8F,0x77,0xF7,0xF7,0x77
20、,0x8F,0xFF,0xFF,0xE3,0xDD,0xDE,0xDE,0xDD,0xE3,0xFF,/*8,8*/0xFF,0x1F,0xEF,0xF7,0xF7,0xEF,0x1F,0xFF,0xFF,0xFF,0xCE,0xDD,0xDD,0xEE,0xF0,0xFF,/*9,9*/0xFF,0xFF,0xFF,0x3F,0x3F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xCF,0xCF,0xFF,0xFF,0xFF,/*:,0*/;char code wel716=0x7F,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0x7F,0x7F,0xF0,0xCF,
21、0xF3,0xFC,0xF3,0xCF,0xF0,0xFF,/*w,0*/0xFF,0xFF,0x7F,0x7F,0x7F,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xE0,0xDD,0xDD,0xDD,0xDD,0xEC,0xFF,/*e,1*/0xFF,0xF7,0xF7,0x07,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xDF,0xDF,0xC0,0xDF,0xDF,0xFF,0xFF,/*l,2*/0xFF,0xFF,0xFF,0x7F,0x7F,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xF1,0xEE,0xDF,0xDF,0xDF,0xEE,0xFF,/*c,3*/0x
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