基于單片機的電子音樂門鈴設計任務書

1、微機控制系統(tǒng)應用方向學年設計任務書 學 院計算機與信息工程學院專 業(yè)計算機科學與技術課程名稱微機控制系統(tǒng)應用方向題 目基于單片機的電子音樂門鈴完成期限自2013年7月3日 至 2013年8月29日 共8周內(nèi)容及任務一、項目的目的基于單片機的電子音樂門鈴設計，強化動手能力，為畢業(yè)設計做準備。二、項目任務的主要內(nèi)容和要求1. 用i/o口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅動蜂鳴器，發(fā)出不同的音調(diào)，從而演奏樂曲（至少三首樂曲，每首不少于30秒）2. 客人可通過門鈴按鍵器播放音樂，并顯示等待時間。3. 如果主人在家，可暫停并取消音樂播放。三、項目設計（研究）思路通過仿真軟件protues實現(xiàn)要求的硬件電路圖，晶振電

2、路、最小系統(tǒng)、數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器等；軟件實現(xiàn)按鍵事件、音樂播放、數(shù)碼管顯示等；首先實現(xiàn)硬件電路圖，再軟件處理的時候，通過中斷和定時器，實現(xiàn)按鍵請求處理和計時顯示處理，對于兩個定時器t0和t1同時使用不是很熟悉，剛開始二者總是不能同時實現(xiàn)，通過針對性測試和查找資料，最終實現(xiàn)。四、具體成果形式和要求通過protues仿真電路圖展示項目主要功能。進度安排起止日期工作內(nèi)容7.4-7.5召開小組會議，討論設計的主要內(nèi)容，進行明確的分工；7.6-8.23查找參考資料，解決相關問題；8.23-8.26完成仿真電路圖和實現(xiàn)代碼； 8.26-8.28書寫設計文檔。 主要參考資料1. 彭偉.單片機c語言程序設計

3、實訓100例m,電子工業(yè)出版社,2009.6.2. 譚浩強.c語言程序設計（第二版）m,北京:清華大學出版社,1991.3. 李建忠.單片機原理及應用m,西安電子科技大學出版社,2008.2.指導教師意見（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任意見（簽字）： 年 月 日微機控制系統(tǒng)應用方向學年設計說明書學院名稱： 計算機與信息工程學院 班級名稱： 計科101 學生姓名： 祖 杰、 趙雷、 周來宇、 朱路平、 張毅苗 學 號：2010211154、2010211150、2010211151、2010211153、2010211147題 目： 基于單片機的電子音樂門鈴設計 指導教師姓 名： 董再秀

4、起止日期： 2013.07.03-2013.08.29 目 錄第一部分：正文部分11 緒論11.1 研究背景11.2 主要工作11.3 研究內(nèi)容12 系統(tǒng)總體方案12.1 系統(tǒng)組成框圖12.2 音樂門鈴的功能結構圖23 硬件設計23.1 各部分硬件設計及其原理23.1.1 at89c51簡介23.1.2 時鐘振蕩電路33.2 硬件電路圖及功能34 軟件設計44.1 音調(diào)的確定44.2 節(jié)拍的確定54.3 編碼65 調(diào)試75.1 檢查硬件連接75.2 檢查軟件系統(tǒng)75.3 測試結果7總 結8致 謝8第二部分：參考文獻9附錄a 源代碼及注釋10第三部分：指導教師評語15第四部分：成績評定15第一部

5、分：正文部分1 緒論1.1 研究背景隨著人類社會的發(fā)展，人們對視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的門鈴由于發(fā)音單調(diào)，已經(jīng)不能很好滿足人們的需要，不能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設計的音樂門鈴是以單片機為核心元件的電子式音樂門鈴，體積小，功能強，能演奏和旋音樂，使用方便，并具有一定的商業(yè)價值。人類所接觸的信息也在不斷增加并且日益復雜。面對浩如煙海的信息，人們已經(jīng)能夠利用計算機等工具高效準確地對之進行處理，但要想將處理完的信息及時，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術來實現(xiàn)。單片機技術與數(shù)碼管顯示技術的結合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發(fā)展。1.2 主要工作本設計是基于at

6、89c51單片機的可控音樂門鈴程序設計。該音樂門鈴是一個依據(jù)單片機技術原理，通過proteus仿真軟件對硬件電路進行仿真制作以及利用keil軟件對音樂門鈴源程序進行c語言編譯，而設計制作出的一個多功能音樂門鈴。1.3 研究內(nèi)容1) 用i/o口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅動蜂鳴器，發(fā)出不同的音調(diào)，從而演奏樂曲（至少三首樂曲，每首不少于30秒）。2) 客人可通過門鈴按鍵器播放音樂，并顯示等待顯示時間。3) 如果主人在家，可暫停并取消音樂。2 系統(tǒng)總體方案2.1 系統(tǒng)組成框圖音樂門鈴的系統(tǒng)結構以at89c51單片機位控制核心，加上2個按鍵、時鐘復位電路、蜂鳴器、數(shù)碼管模塊組成。單片機負責接收按鍵的輸入，根

7、據(jù)輸入控制音樂播放曲目和顯示等待時間以及蜂鳴器發(fā)音。系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)組成框圖2.2 音樂門鈴的功能結構圖音樂門鈴的功能結構如圖2-2所示。門鈴按鍵是實現(xiàn)播放音樂的功能，可播放的曲目有4首，分別是千年之戀、寂寞沙洲冷、小小葫蘆娃和同桌的你。復位按鍵是實現(xiàn)音樂停止和時間清零的功能，由主人完成操作。圖2-2 音樂門鈴功能結構圖3 硬件設計3.1 各部分硬件設計及其原理3.1.1 at89c51簡介at89c51是一種帶4k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高

8、性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3-1所示圖3-1 at89c51系列單片機3.1.2 時鐘振蕩電路at89c51中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構成自然振蕩器

9、。外接石英晶體及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1，c2雖然沒有什么嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pf10pf，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇40pf10pf。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到xtal1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件的

10、要求。振蕩器電路如圖3-2所示：圖3-2 單片機內(nèi)部、外部振蕩電路3.2 硬件電路圖及功能總體硬件電路實現(xiàn)功能如下，如圖3-3所示。1） 電路中用p3.2、p3.3控制按鍵。2） p0.0-p0.7和p2.0-2.7控制數(shù)碼管的時間顯示。3） p3.7控制蜂鳴器。圖3-3 硬件電路圖4 軟件設計一般說來，單片機演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應幅度的諧波頻率，也就是說不能像電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機奏樂只需弄清楚兩個概念即可，也就是“音調(diào)”和節(jié)拍表示一個音符唱多長的時間。4.1 音調(diào)的確定不同音高的樂音是用c、d、e、f、g、a、b來表示，這7個字母就是音樂的音名，它們一般

11、依次唱成do、re、mi、fa、so、la、si,即唱成簡譜的1、2、3、4、5、6、7，相當于漢字“多來米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時樂音的發(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個等份，每一個等份叫一個“半音”。兩個音之間的距離有兩個“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或者b號的叫變化音。叫升記號，表示把音在原來的基礎上升高半音，b叫降記音

12、，表示在原來的基礎上降低半音。1）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，即為半周期的時間。利用定時器計時這半個周期時間，每當計時到后就將輸出脈沖的i/o反相，然后重復計時此半周期時間再對i/o反相，就可在i/o腳上得到此頻率的脈沖。2）利用at89c51的內(nèi)部定時器使其工作在計數(shù)器模式mode1下，改變計數(shù)值th0及tl0以產(chǎn)生不同頻率的方法。此外結束符和休止符可以分別用代碼00h和ffh來表示，若查表結果為00h，則表示曲子終了；若查表結果為ffh，則產(chǎn)生相應的停頓效果。計數(shù)脈沖值與頻率的關系公式如下：n=fi2frn：計算值；fi：內(nèi)部計時一次為1us，故

13、其頻率為1mhz；3） 其計數(shù)值的求法如下：t=65536-n=65536-fi2fr例如：設k=65536，f=1000000=fi=1mhz，球低音do（261hz）。中音do（523hz）。高音的do（1046hz）的計算值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=64580低音do的t=65536-500000/1047=650594） c調(diào)各音符頻率與計數(shù)值t的對照表如表4-1所示。表4-1 c調(diào)各音符頻率與計數(shù)值

14、t的對照表低音頻率t參數(shù)中音頻率t參數(shù)高音頻率t參數(shù)do2621908229do523956115do10465757do2771805217do554903108do11095454re2941701204re587852102re11755151re3111608193re62280497re12454848mi3301515182mi65975991mi13184545fa3491433172fa69871686fa13974343fa3701351162fa74067681fa14804141so3921276153so78463877so15683838so4151205145so8

15、3160272so16613636la4401136136la88056868la17603434la4641078129la93253664la18653232si4941012121si98850661si197630304.2 節(jié)拍的確定若要構成音樂，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），而且可以調(diào)節(jié)各個音的快滿度。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，而每個音符對應著不同頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合，加以與拍數(shù)對應的延時，構成音樂。對于單片機來說，產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號。表4-2節(jié)拍

16、與節(jié)拍碼對照節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)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拍每個音符使用1個字節(jié)，字節(jié)的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的節(jié)拍，表4-2為節(jié)拍碼的對照。如果1拍為0.4秒，1/4拍實0.1秒，只要設定延遲時間就可求得節(jié)拍的時間。假設1/4拍為1delay，則1拍應為4delay，以此類推。所以只要求得1/4拍的delay時間，其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)，如表4-3為1/4和1/8節(jié)拍的時間設定。表4-3 1/4和1/8節(jié)拍

17、的時間設定曲調(diào)值delay曲調(diào)值delay調(diào)4/4125毫秒調(diào)4/462毫秒調(diào)3/4187毫秒調(diào)3/494毫秒調(diào)2/4250毫秒調(diào)2/4125毫秒4.3 編碼do re mi fa so la si分別編碼為17，重音do編為8,重音re編為9，停頓編為0。播放長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個十六分音符，編為4,其它的播放時間以此類推。音調(diào)作為編碼的高4位，而播放時間作為低4位，如此音調(diào)和節(jié)拍就構成了一個編碼。以0xff作為曲譜的結束標志，可以參考簡譜碼如表4-4所示。歌曲播放的設計：先將歌曲的簡譜進行編碼，儲存在一個數(shù)據(jù)類型為unsigned char

18、 的數(shù)組中。程序從數(shù)組中取出一個數(shù)，然后分離出高4位得到音調(diào)，接著找出相應的值賦給定時器0，使之定時操作蜂鳴器，得出相應的音調(diào)；接著分離出該數(shù)的低4位，得到延時時間，接著調(diào)用軟件延時。表4-4 簡譜對應的簡譜碼、t值、節(jié)拍數(shù)簡譜發(fā)音簡譜碼t值節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)5低音so16426011/4拍6低音la26440022/4拍7低音ti36452433/4拍1中音do46458041拍2中音re56468451又1/4拍3中音mi66477761又1/2拍4中音fa76482082拍5中音so864898a2又1/2拍6中音la964968c3拍7中音tia65030f3又3/4拍1高音dob65058

19、2高音rec651103高音mid651574高音fae651785高音sof652175 調(diào)試5.1 檢查硬件連接在protues檢查各硬件管腳是否連接正確，線路邏輯是否正確，例如：晶振電路的連接，復位電路是否設計正確。5.2 檢查軟件系統(tǒng)1. 根據(jù)系統(tǒng)的原理結構檢查各流程圖是否正確，再根據(jù)流程圖來檢查程序是否也正確。2. 將所有程序組織起來，在軟件環(huán)境下運行，檢查程序是否正確。通過對硬件和軟件系統(tǒng)的認真檢查，反復測試，如果沒有出現(xiàn)問題即可把源程序編譯成.hex文件裝載到單片機中，對硬件進行仿真。5.3 測試結果當有客人到來時，按下門鈴按鍵，音樂會自動響起，同時數(shù)碼管會記錄等待時間并將其顯示

20、出來，如果主人在家，可以按下暫停并取消按鍵，即可結束音樂和等待時間，如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)運行圖總 結單片機的設計至今為止已經(jīng)進入了令人鼓舞的階段，在進行了長達一個星期的時間的摸索與實驗，使我不僅僅是對于單片機入門軟件與硬件的常用設計與功能，還使我對于一項設計研究的制作過程所需要的詳細步驟和具體的實現(xiàn)方法的力度的掌握。當然在這次寶貴的學年設計活動中，經(jīng)驗才是對于我們最大的收獲，而且還增強了自身對未知問題以及對知識的深化認識的能力，用受益匪淺這個詞語來概括這次難忘的活動我覺得再合適不過了。但是，光是完成了作品還是不可以自我滿足的，在從一開始的時候就懷著將作品制作得更加人性化，更加令人滿意，

21、更加地使功能完美又方便地被應用領域這個最終目的下，隨著對單片機這門學科的認識加深，到達了拓展的程度，我想這個目的將在不遠的時期內(nèi)被實現(xiàn)。總之，這次設計從軟件編寫、調(diào)試到軟硬件聯(lián)機調(diào)試，我們傾注了大量的時間和心血。真是曾經(jīng)為程序的編寫而冥思查找過，曾經(jīng)為無法找出錯誤而郁悶苦惱過，也曾經(jīng)為某一功能不能實現(xiàn)而猶豫彷徨過，但最終我成功了。我不僅品味到了結果的喜悅，更明白了過程的彌足珍貴。致 謝感謝董再秀老師的指導，她嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是工作、學習中的榜樣；她循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。實驗過程中，也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心

22、情。果然是團結就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結果。此次設計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。無論什么事經(jīng)過大家的齊心協(xié)力，到最后都一定會成功的，在此首先感謝我們的組長，明確的分工，充分利用大家之所長，讓整個過程簡單化，也要感謝我們的指導老師，在她的幫助下我們的設計變得更加實用完善。第二部分：參考文獻1 李建忠.單片機原理及應用m,西安電子科技大學出版社,2008.2. 2 黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計m,北京:北京航空航天大學出版社,2006.6.3 李廣弟,朱月

23、秀,王秀山.單片機基礎m,北京:北京航空航天大學出版社,2001.7.4 譚浩強.c語言程序設計（第二版）m,北京:清華大學出版社,1991.5 雷思孝.凌陽單片機原理及實用技術m,西安電子科技大學,2004.6 彭偉.單片機c語言程序設計實訓100例m,電子工業(yè)出版社,2009.6.學生簽名： 填表日期： 年 月 日附錄a 源代碼及注釋#include #includeintrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key1=p32;/按key1,暫停并取消按鍵sbit key2=p33;/按key2可切換歌

24、曲,門鈴按鍵sbit fm=p37;/蜂鳴器連續(xù)的io口uchar count;/歌曲標志uchar timeh,timel,i,x,num;uchar code dsy_code=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;/-簡譜-/編程規(guī)則:字節(jié)高位是簡譜,低位是持續(xù)時間,/代表多少個十六分音符/1-7代表中央c調(diào),8-e代表高八度,0代表停頓/最后的0是結束標志/歌曲1：千年之戀uchar code qnzl= /千年之戀0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,

25、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,

26、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

27、,0x73,0x62,0x53,0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff/結束標志;/歌曲2：寂寞沙洲冷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,

28、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,

29、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,

30、0x61,0x21,0x16,0xff;/歌曲3：小小葫蘆娃uchar code hlw= /小小葫蘆娃0x83,0x63,0x51,0x61,0x03,0x81,0x61,0x51,0x81,0x63,0x01,0x81,0x61,0x63,0x51,0x63,0x01;/歌曲4：同桌的你uchar code tzdn= /同桌的你110x56,0x56,0x32,0x42,0x52,0x76,0x66,0x56,0x52,0x22,0x32,0x46,0x16,0x26,0x04;/-簡譜音調(diào)對應的定時器初值-/適合11.0592m的晶振uchar code cuzhi= 0xff,0xf

31、f,/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1msvoid delay(uint z);/延時165ms,即十六分音符void song();/播放音樂子程序void beep();/蜂鳴器響起void main()p0=0x3f;p2=0x3f;ea=1;/開總中斷ex0=1;/開外部中斷0it0=1;/外部中斷0下降沿觸發(fā)方式ex1=1;/開外部中斷1it1=1;/外部中斷1下降沿觸發(fā)方式tmod=0x11;/定時器0工作在方式1et0=1;et1=1;tr0=0;tr1=0;th1=(65536-50000)/256;tl1=(65536-50000)%256;while(1)if(key2=0)song();delay1(1