2008级电子信息工程
设计题目 | 单片机八音盒设计 |
姓名及 学号 | |
学院 | 物理与电子信息工程学院 |
机器人吸盘专业 | 电子信息工程 |
班级 | 08级6班 |
指导教师 | |
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胎角2011年04月26日
题目：基于单片机的八音盒的设计
一、设计题目及要求 1、设计题目 利用单片机设计可以发出宜人音乐旋律的八音盒。 2、设计要求 （1）基本要求 ①I/O口产生一定频率的方波，驱动扬声器，发出不同的音调，从而演奏乐曲； ③可通过功能键选择乐曲，暂停、播放； ④输出功率大于0.5W。 （2）发挥部分 ①采用LCD显示信息； ②开机时有英文欢迎提示字符； ③显示乐曲播放时间或剩余时间。 指导教师签名： 2011年 月 日 |
二、指导教师评语 指导教师签名： 2011 年 月 日 |
三、成绩 验收盖章 2011年 月 日 |
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摘要
本设计是采用单片机为核心设计的数字音乐盒。包括实际电路、音乐程序的设计原理、单片机系统及软件的设计。它可以实现音乐的播放及演奏，可以通过按键选择播放的音乐，并通过LCD显示屏显示播放的音乐名。为方便远程操作，还设计有红外线接收电路。具体电路包括：AT89S51单片机系统，按键电路，复位电路，扬声器驱动电路，红外线接收电路，LCD显示电路。 关键字: 单片机，八音盒，歌曲，播放，遥控，显示
一、引言
随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一。它给人们带来的方便也是毋庸置疑的，其中八音盒就是一个很好的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、生活提供更好的更方便的服务就需要从单片机技术着手，一切向着数字化控制、智能化控制方向发展。
本设计介绍的八音盒，具有方便、音质效果良好、稳定性好等特性，其播放进度采用LCD液晶显示，还可利用按键进行演奏简单歌曲。该八音盒主要用于生日派对、家庭娱乐、儿童玩具等。该设计控制器使用的就是单片机AT89S51低噪音风机箱，并利用多个功能键实现音乐的播放、暂停及复位，再利用扬声器驱动电路驱动蜂鸣器实现音乐的播放。
二、总体设计
2、1设计意义
大家都见过市面上出售的各式各样的小音乐片，它们大多只是提供一个小小的集成电路块构成，接通电源后就能发出很优美的旋律，演奏动听的曲目出来。然而美中不足的是这样的音乐盒只能存放播放的一首曲目，不能满足更多人的爱好。基于单片机的音乐盒设计解决了这一问题。它弥补了普通音乐盒只能播放一只相同曲目的缺陷，它不仅仅是可存储多首曲目，最重要的是还能够根据自身的爱好以及需要通过编程将自己喜欢的乐曲纳入。从而实现一个通过按键来选择播放曲目的功能性音乐盒。
2、2总体设计原理
我们都知道频率决定音调，所以根据十二平均律，有了如下的音调与频率的对应关系：相邻之间的两个音位半音的关系，也就是说在两个音之间的频率在1同2之间插入11个数组成比例数列。它所规定的吃c1的频率为261.63HZ，所以#c1的频率是277.91HZ，b的频率为246.63HZ，同样的若是想要求出它们之间各个音的频率都可以通过上述方法算出。换句话说，只要能够产生出所对应的频率震荡的信号，那么只要经过放大送入扬声器里，就能听到优美动听的音乐了。但是音乐的长短都是一定的规律组织起来的一个音的组成。所以对于音乐盒来说还必须能够控制好每个音播放的时间才行，通常情况下节拍和曲调的时间都是相对应的关系，我们利用AT89S52的定时，让计数器1产生音乐，定时，然后计数器二对每个音播放的时间进行控制。
与此同时，我们还可以计算出每一个音的一个频率，也就是说只要能够产生对应频率的一个信号，那么经过放大后送入扬声器中，就能听到相应的优美动听的曲调了。但是我们所产生的都是震荡信号，音乐是通过一系列的长短不一或按照相同的或一定规律组织起来的一个音的组成，对于音乐盒来说还必须能控制好每个音播放的时间才行，通常情况下节拍和曲调的时间都是相对应的关系，我们利用AT89S52的定时，让计数器1产生音乐，定时，然后计数器二对每个音播放的时间进行控制。根据节拍的不同托拍的延长时间也是有
着差别的。
三、硬件设计
3、1 电路功能概述
本设计主控芯片采用AT89S51单片机，采用C语言编程，根据代码产生一定频率的脉冲，从而驱动蜂鸣器放出音乐。本系统功能键有8个，分别为播放、暂停、关机、上一曲、下一曲、第一首、第二首、第三首、第四首键。另外这八个键的前七个键还可演奏简单音乐。该八音盒可播放4首歌曲，歌曲播放进度将在LCD屏中显示。该设计我们还设计了红外线接收电路，实现利用遥控器远程控制。为了在没有5V直流电源的情况下，我们的八音盒任然正常工作，我们还设计了直流稳压电路。
3、2电路总体框图
八音盒硬件电路总体框图如下图所示，主要由电源电路、单片机系统电路、遥控电路、按键电路、LCD显示电路以及扬声器驱动电路组成。其中电源电路负责给各个电路提供5V电源。其中，按键电路控制由单片机P1端口控制，遥控电路控制P30端口，单片机P0端口控
制LCD显示部分，P22端口控制扬声器电路。
3、3主要电路的工作原理及参数选择
3、3、1 单片机系统
sim卡托单片机系统电路如下图，由核心芯片单片机AT89S52、单片机复位电路及单片机外接晶振组成。
AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程FLASH存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入
式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节推力反向器Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及外接晶振电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
单片机复位电路用于确定单片机工作的起始状态，并完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机起始工作状态。手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始状态。通常在单片机工作产生混乱或“死机”时，使用手动复位可实现单片机重启。
单片机外接晶振电路也称之为其时钟电路。单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路向单片机提供一个正弦信号作为基准，决定单片机的执行速度。
触指 单片机工作电压范围为：4V-5V，我们给单片机外接了5V的直流电源。AT89S52的时钟频率范围：0-33MHZ,我们选择的是12MHZ外接晶振，起振电容均为30pf。
3、3、2 LCD显示电路
LCD显示电路由单片机P0及P3.0-P3.2端口控制。我们选用的是工业字符型液晶显示屏LCD1602，能同时显示16*2即32个字符（16列2行）。
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：接电源地
第2脚：接5V电源正极
第3脚：为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对
比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。
第6脚：使能(enable)端。
第7～14脚： 8位双向数据端。在我的设计中由P0端口控制。
第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。
3、3、3 按键电路
键盘分为编码键盘和非编码键盘，在单片机组成的系统中，用的较多的是非编码键盘，非编码键盘又分为独立键盘和矩阵键盘。本设计中单片机系统需要较多的按键，为了节省I/O口，有效提高I/O口利用率，本设计采用2×4矩阵键盘。键盘设计电路下图所示。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。本设计中2×4矩阵键盘的检测采用逐行扫描查询法，检测时需人为通过单片机I/O口送出低电平。
检测时，先送一列为低电平，其余七列全为高电平，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平，则我们便可当前被按下的键是哪一行哪一列的，用同样的方流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样既可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键，当然我们也可以将行线置低电平，扫描列是否有低电平。
3、3、4扬声器电路
下图所示即为扬声器电路，为方便起见，我们即设计了蜂鸣器播放也设计了喇叭播放。由单片机P35端口控制。当有播放任务时，P35端口为低电平，三极管导通，从而蜂鸣器或喇叭处于工作状态。
3、3、5红外线接收电路
为方便远程控制，红外线接收也是我们设计的一部分。这部分电路如下图所示，由红外线接收器及其辅助电路构成。-----------
3、3、6 电源电路
为方便在没有5V直流电源的情况下音乐盒忍能正常工作，电源电路也是我们设计的一部分。该部分结构图如下图所示。220V的交流信号经过变压器，变压为9V的交流信号，而桥式整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经过由电容构成的滤波电路滤除纹波，输出直流电压经三端稳压7805稳压为5V直流电压。从而提供给各个电路工作电压。
四、软件设计
4、1软件设计思路及流程图
4、2软件源程序
五、调试中出现的问题及解决方案
六、总结及心得
上学期学习单片机的课时虽多，可对单片机的硬件设计，软件设计掌握的深度都还不够。通过此次课程设计，明显的改善了，首先对于硬件电路的工作原理有了进一步的学习，同时有了一个提升；软件方面，在程序的设计，程序的调试方面都有了很大的进步。
在一个好的氛围里才能踏下心来做东西，在这一段时间里，寝室成员都认真对待这次课程设计，除了自己做好自己的课题外，在遇到不懂的地方互相讨论，查阅资料，互助解决问题。另外在编程中出现问题时，一定要戒骄戒躁，脚踏实地，认真看书，仔细分析，仔细调试，就一定会发现错误。我们也是这么做的，这一点在这次的课程设计中十分重要。
通过这次课程设计，我体会到了成功的喜悦，听着自己设计的程序下载到单片机中播放出音乐,心理非常自豪。这次的课程设计在一定程度上改变了我学习单片机这门课程的态度，从最初的认为学它没有什么实际意义，到如今爱上单片机学习，并希望能将理论运用
到实践，设计出更好更完整的系统。我明白了一个人要想做好一件事，就必须具备自信心，耐心，还要有毅力，要胆大心细，要勇于尝试，要手脑并用，最后才能交出一份令人满意的答卷。
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