畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的音樂播放器的設(shè)計(jì)與制作

1、1 引言如今，電子技術(shù)獲得了飛速的開展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前，單片機(jī)正朝著高性能個(gè)多品種方向開展趨勢(shì)將是進(jìn)一步想著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路裝化等幾個(gè)方面開展。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格廉價(jià)、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最正確選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比方CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和

2、硬盤作用相同的HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可。單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、HYPERLINK :/baike.baidu /view/44147.htm功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化

3、、智能化、微型化，且功能比起采用電子或HYPERLINK :/baike.baidu /view/635019.htm數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備HYPERLINK :/baike.baidu /view/1608633.htm功率計(jì)，HYPERLINK :/baike.baidu /view/130973.htm示波器，各種分析儀。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。HYPERLINK :/baike.baidu /view/35448.htm導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣

4、泛使用的各種智能HYPERLINK :/baike.baidu /view/4189.htmIC卡，民用豪華轎車的平安保障系統(tǒng)，HYPERLINK :/baike.baidu /view/111680.htm錄像機(jī)、HYPERLINK :/baike.baidu /view/45678.htm攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂播放有很多要點(diǎn)，例如外部電路簡(jiǎn)單，控制方便等，因而備受廣闊單片機(jī)愛好者的喜愛。通

5、過音樂發(fā)聲器的設(shè)計(jì)方案，掌握C語(yǔ)言的編程方法。并熟練的運(yùn)用89C51單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生固定頻率的方波信號(hào)，推動(dòng)喇叭發(fā)出旋律，按下單鍵可以演奏預(yù)先設(shè)置的歌曲旋律，最重要的是自己還可以通過程序設(shè)計(jì)輸入自己喜歡的歌曲來(lái)演奏，本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)易音階編碼直覺式輸入法方便設(shè)計(jì)音樂旋律。通過音樂發(fā)聲器的設(shè)計(jì)方案,掌握了匯編語(yǔ)言的編程方法。并熟練的運(yùn)用89C51單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生固定頻率的方波信號(hào)，推動(dòng)喇叭發(fā)出旋律，按下單鍵可以演奏預(yù)先設(shè)置的歌曲旋律，最重要的是自己還可以通過程序設(shè)計(jì)輸入自己喜歡的歌曲來(lái)演奏，本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)易音階編碼直覺式輸入法方便設(shè)計(jì)音樂旋律，可以擴(kuò)充功能，比方：可設(shè)計(jì)多個(gè)按鍵操作來(lái)選擇演奏哪一首歌曲

6、，以隨機(jī)數(shù)方式自動(dòng)演奏歌曲，設(shè)計(jì)程序可以以按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退，修改程序可以演奏伴奏音或是如 上播放的和諧鈴聲。1.2 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2 HYPERLINK l _Toc202173161 音樂發(fā)生器設(shè)計(jì)流程及思路在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，首先要對(duì)音樂知識(shí)有根本的理解，其次要明白單片機(jī)產(chǎn)生音樂脈沖的原理，最后完成硬件原理圖

7、和相關(guān)程序的設(shè)計(jì)。音作為一種物理現(xiàn)象，是由于物體振動(dòng)而產(chǎn)生的，振動(dòng)產(chǎn)生的聲波作用于人耳，聽覺系統(tǒng)將神經(jīng)沖動(dòng)傳達(dá)給大腦，進(jìn)而產(chǎn)生聽覺。人耳能聽到的聲音頻率大約在1120000Hz，而音樂中使用的音一般在274100Hz。樂音體系中各音級(jí)的名稱叫做音名，被廣泛采用的是C D E F G A B(do re mi fa so la si那么多用于歌唱，稱為唱名)。樂音體系中音高關(guān)系的最小盡量單位叫做半音，兩個(gè)半音構(gòu)成一個(gè)全音。樂音中有幾十個(gè)上下不同的音，但是最根本的只有這七個(gè)音，其他高、低音的音名都是在這個(gè)根底上變化出來(lái)的。在樂譜表上用來(lái)表示正在進(jìn)行的音的長(zhǎng)短的符號(hào)，叫做音符。不同的音符代表不同的長(zhǎng)

8、度。音符有一下幾種：全音符、二分音符、四分音符、八分音符、十六分音符、三十二分音符、六十四分音符。此外，還有一種附點(diǎn)音符，它就是指帶附點(diǎn)的音符，所謂附點(diǎn)就是記載音符右邊的小圓點(diǎn)，表示增加前面音符時(shí)值的一半。音持續(xù)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。音符與節(jié)拍數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2.1所示。表2.1 音符與節(jié)拍數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表音符節(jié)拍數(shù)音符節(jié)拍數(shù)x-全音符4拍x附點(diǎn)八分音符3/4拍x-二分音符2拍x附點(diǎn)十六分音符3/8拍X四分音符1拍000三分休止符休止3拍X八分音符1/2拍00二分休止符休止2拍X十六分音符1/4拍0四分休止符休止1拍x附點(diǎn)四分音符1.5拍 0八分休止符休止1/

9、2拍 一首音樂及時(shí)由許多不同的音符組成的，而每一個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合，加以拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)來(lái)構(gòu)成不同的音樂。2.2 音頻脈沖和音樂節(jié)拍的實(shí)現(xiàn)音樂是由不同的音樂脈沖和音樂節(jié)拍配合產(chǎn)生的，因此設(shè)計(jì)之前，首先要對(duì)它們進(jìn)行了解。2.2.1 音頻脈沖的產(chǎn)生音樂的產(chǎn)生需要不同頻率的音頻脈沖，對(duì)于單片機(jī)而言，可以利用它的定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)。具體地說，只要知道某一音頻的頻率，求得它的周期，然后將次周期除以2，得到半周期的時(shí)間，利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)這半個(gè)周期，計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的I/O反相。就可以在I/O端口上得到此脈沖。單片機(jī)工作在12MHz時(shí)鐘頻率下，其時(shí)鐘

10、周期為1us，因此可以利用89C51(設(shè)計(jì)因器件限制使用89S52代替)的內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，使其工作模式為1，工作在計(jì)數(shù)器狀態(tài)下，改變計(jì)數(shù)初值TH0和TL0以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)。T的值決定了計(jì)數(shù)初值TH0和TL0的值，TH0=T/256，TL0=T%256。1.1計(jì)數(shù)值公式如下： 式中，：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部時(shí)鐘周期為1us，所以其頻率為1MHz。 ：產(chǎn)生音符所需的頻率。通過上式計(jì)算，可以求得各個(gè)音符頻率的計(jì)數(shù)值T。C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照如表2.2所示。表2.2 C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照值音符頻率/Hz簡(jiǎn)譜碼T音符頻率/Hz簡(jiǎn)譜碼T低1DO26263628#4FA#74064860

11、#1DO#27763731中5SO74864898低2RE29463835#5SO#83164934#2RE#31163928中6LA88064968低3M33064021#6LA#93264994低4FA34964103中7SI98865030#4FA#37064185高1DO104665058低5SO39264260#DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高3M131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#1480651

12、98#1DO#55464633高5SO156865217中2RE57864684#5SO#166165235#2RE#62264732高6LA176065252中3M65964777#6LA#186565268中4FA69864820高7SI1967652832.2.2 音樂節(jié)拍的產(chǎn)生 節(jié)拍是指音樂持續(xù)的長(zhǎng)短，是除音符之外音樂的另一關(guān)鍵組成局部，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以通過延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果1/4拍的延時(shí)設(shè)為0.2s，那么1拍的時(shí)間為0.8s。以此類推，可以求出其余節(jié)拍的值，節(jié)拍的延時(shí)時(shí)間值與音樂的曲調(diào)值有相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，表2.3所示為不同曲調(diào)下的1/4和1/8節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定。如果單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)自己播放音

13、樂，那么必須在程序設(shè)計(jì)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，在89C51中，可以用一個(gè)直接存儲(chǔ)一個(gè)音符，其中低4位是節(jié)拍碼。節(jié)拍數(shù)和節(jié)拍碼的對(duì)照表如表2.4所示。表2.3 各調(diào)節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定曲調(diào)值1/8節(jié)拍DELAY曲調(diào)值1/4節(jié)拍DELAY調(diào)4/462ms調(diào)4/4125ms調(diào)3/494ms調(diào)3/4185ms調(diào)2/4125ms調(diào)2/4250ms 表2.4 節(jié)拍數(shù)與節(jié)拍碼的對(duì)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41/2拍555/8拍663/4拍82拍81拍AAC3拍CF2.3 音頻功放音樂的播放最后是通過揚(yáng)聲器完成的，但是直接用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖缺乏以直接

14、驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器來(lái)完成音樂的播放，因此這就要求在單片機(jī)端口與揚(yáng)聲器之間鏈接功率放大電路，以實(shí)現(xiàn)最終的目的。評(píng)定功率放大電路有3個(gè)重要的指標(biāo)，即輸出功率、效率、非線性失真。輸出功率P0：功率放大器應(yīng)在輸出不失真的情況下給出最大的交流輸出功率P0以推動(dòng)負(fù)載工作，維持，功放元件一般工作在大信號(hào)狀態(tài)，這就使功放元件的平安工作成為功率放大器的重要問題。效率：功率放大器的效率定義為功率放大器的輸出信號(hào)功率P0和直流電源供應(yīng)功率放大器功率PE之比，用表示。功率放大器要求高效率地工作，一方面是為了提高輸出功率，另一方面是為了降低管耗。直流電源供應(yīng)的功率除了一局部變成有用的信號(hào)功率以外，剩余局部編程晶體管的管耗。管耗

15、過大將使功率管發(fā)熱損壞。所以，最與功率放大器，提高效率也是一個(gè)重要問題。非線性失真：功率放大器為了獲得足夠大的輸出功率，需要大信號(hào)鼓勵(lì)，從而使信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍往往超出晶體管的線性區(qū)域，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。因此減小非線性失真，成為功率放大器的又一個(gè)重要問題?？偟膩?lái)說，要求功率放大器在保證系統(tǒng)平安運(yùn)用的情況下，獲得盡可能大的輸出功率、盡可能高的效率和盡可能小的非線性失真。常用的音頻功放電路有兩種方法，一種是基于三極管的音頻功放電路，另一種是基于LM386的音頻功放電路將在下一章節(jié)硬件電路設(shè)計(jì)中講述。3 硬件設(shè)計(jì)硬件電路主要由AT89S52單片機(jī)、LM386音頻功放電路和揚(yáng)聲器3局部組成，電路結(jié)構(gòu)比擬簡(jiǎn)單

16、。3.1 主要器件3.1.1 微處理器 AT89C51單片機(jī)是一款低功耗，低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域。AT89C51是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式空閑方式Idle Mode和掉電方式Power Down Mode。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。本實(shí)驗(yàn)的替代芯片AT89S52也是一種低功耗、高性能CMOS

17、8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可

18、選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。圖3.1 單片機(jī)引腳圖各端口作用：P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8

19、位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流IIL。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入P1.0/T2和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入P1.1/T2EX，具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能P1.0 T2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出P1.1 T2EX定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制P1.5 MOSI在系統(tǒng)編程用P1.6 MISO在系統(tǒng)編程用P1.7 SCK在系統(tǒng)

20、編程用 P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流IIL。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行MOVX DPTR時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址如MOVX RI訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p

21、3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流IIL。P3口亦作為AT89S52特殊功能第二功能使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳第二功能P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLAS

22、H閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖PROG。如有必要，可通過對(duì)特殊功能存放器SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)

23、被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN程序儲(chǔ)存允許PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器地址為0000H-FFFFH，EA端必須保持低電平接地。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平接Vcc端，CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用1

24、2V編程電壓Vpp。3.1.2 音頻功率放大器芯片LM386LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 200。輸入端以地為參考,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。3.1.3 LM386芯片說明LM386是8管腳芯片，引腳

25、圖參照?qǐng)D3.1。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，各引腳功能如表3.1.圖3.1 LM386芯片引腳圖表3.1 DS1302引腳功能說明引腳號(hào)名稱功能1、8GAIN電壓增益設(shè)定引腳2-IN反相輸入腳。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)只有一個(gè)端口輸出信號(hào)，故該腳接地。3+IN正相輸入腳。此腳接單片機(jī)輸入信號(hào)4GND接地5Vout電壓輸出腳，此腳為音頻功放電路輸出6Vs接正電源7BYPASS旁路腳，使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電路，通常取10uF 其典型應(yīng)用電路如圖 圖3.2 增益放大=20最少器件 圖3.3 增益放大=200 圖3.4 增益放大=50 圖3.5 低頻提升放大器3.2 音樂發(fā)生器硬

26、件電路設(shè)計(jì) 音樂發(fā)生器設(shè)計(jì)電路包括89C51單片機(jī)系統(tǒng)圖和LM386音頻功放電路，前者主要包括89C51單片機(jī)及其晶振電路和復(fù)位電路，單片機(jī)時(shí)鐘周期為12MHz，提供上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)位方式，P0.0口為音頻脈沖輸出腳；后者主要器件是LM386和揚(yáng)聲器。單片機(jī)輸出的音頻脈沖信號(hào)比擬微弱，一般只有幾個(gè)微安，經(jīng)過LM386音頻功放電路后才能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)生，本設(shè)計(jì)中LM386的1腳和8腳懸空，電壓增益為20V，電源腳接+5V供電。硬件電路原理圖如圖圖3.6。圖3.6 音樂發(fā)生器硬件系統(tǒng)原理圖 在單片機(jī)的P0.0口設(shè)置一個(gè)按鍵，當(dāng)按鍵按下時(shí)，P1.0口置高電平，單片機(jī)輸出音頻脈沖，播放音樂；當(dāng)按

27、鍵懸空時(shí)，單片機(jī)不播放音樂。電路工作原理：當(dāng)按下按鍵，P0.0口輸出音樂脈沖，脈沖信號(hào)首先經(jīng)過由電阻R3和R4組成的回路輸入到LM386的+IN腳，輸入信號(hào)經(jīng)過LM386處理后，從Vout輸出，然后進(jìn)入由R5和C5構(gòu)成的串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與呈感性的負(fù)載揚(yáng)聲器相并，使負(fù)載的等效負(fù)載近似呈純阻，以防止高頻自激和過壓現(xiàn)象。在這里，7腳旁路應(yīng)外接C4去耦電容，用以提高紋波抑制能力，消除低頻自激。經(jīng)過此電路后，單片機(jī)發(fā)出的不同頻率的音頻信號(hào)就可以通過揚(yáng)聲器發(fā)出想要的歌曲。3.3 系統(tǒng)仿真在焊接實(shí)物之前首先在protues軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真。在此介紹下protues系統(tǒng)仿真。3.3.1 Protues軟件

28、介紹Protues軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/

29、12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2021年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。3.3.2 音樂發(fā)生器系統(tǒng)Protues仿真用Protues軟件仿真，根據(jù)原理圖，畫出仿真電路圖，得到仿真圖：圖3.7 音樂發(fā)生器的Protues仿真4 電子時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是產(chǎn)生音樂的重要局部，音樂各音符所對(duì)應(yīng)的頻率和音樂的節(jié)拍都是通過軟件的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，軟件設(shè)計(jì)的好壞直接決定了產(chǎn)生的音樂是否正確。軟件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括兩個(gè)局部，一局部是根據(jù)音樂樂譜利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器0產(chǎn)生定時(shí)中斷輸出不同頻率的音頻脈沖，第二局部是根據(jù)音樂節(jié)

30、拍對(duì)各音頻脈沖進(jìn)行延時(shí)設(shè)定。本次設(shè)計(jì)選用“世上只有媽媽好這首歌曲作為樂譜源碼實(shí)現(xiàn)?？筛鶕?jù)喜歡的歌曲曲譜來(lái)改變編碼以更換歌曲。在進(jìn)行程序編寫時(shí)，首先要根據(jù)音符的頻率求出各自的16位計(jì)數(shù)初值TH0=T/256，TL0=T%256,再根據(jù)音樂的節(jié)拍數(shù)得到每次計(jì)數(shù)所需的延時(shí)時(shí)間。簡(jiǎn)譜代碼和音符的計(jì)數(shù)值分別定義成一個(gè)數(shù)據(jù)列表，二者之間應(yīng)建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，以方便準(zhǔn)確地找到每個(gè)音符的計(jì)數(shù)初值。圖4.1 音樂發(fā)生器程序流程圖圖4.2 定時(shí)器效勞子程序 應(yīng)用單片機(jī)C51編輯軟件Keil軟件編譯程序生成*.hex文件并導(dǎo)入Protues仿真電路中即可完成對(duì)音樂發(fā)生器系統(tǒng)的全部仿真，到達(dá)想要的效果，并驗(yàn)證電路

31、圖的正確性。5 系統(tǒng)調(diào)試 調(diào)試工作分硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩局部。 首先，硬件調(diào)試主要是先搭建硬件平臺(tái)，然后利用萬(wàn)用表等工具對(duì)電路檢查，最后應(yīng)用程序進(jìn)行功能調(diào)試。硬件調(diào)試比擬費(fèi)時(shí)，需要細(xì)心和耐心，也需要熟練掌握電路原理。 然后，可以直接應(yīng)用一些編輯或仿真軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，比方單片機(jī)C51編輯軟件Keil。該軟件提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境uVision，它包括C編輯器、宏編輯器、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。通過編譯、運(yùn)行，可以檢查程序錯(cuò)誤。但應(yīng)用此方法，仍需要十分了解所使用元器件的工作方式和管腳連接方式。在軟件調(diào)試過程中要仔細(xì)耐心，即便是多寫或少些一兩個(gè)字符，都無(wú)法編譯成功。而有時(shí)往往在K

32、eil中編譯、運(yùn)行無(wú)錯(cuò)，但燒錄到單片機(jī)中運(yùn)行起來(lái)就會(huì)出錯(cuò)，很可能是編程時(shí)管腳或時(shí)序編輯得不對(duì)。 還有一種方式，即應(yīng)用仿真軟件搭建電路的軟件平臺(tái)，再導(dǎo)入程序進(jìn)行仿真調(diào)試。如果電路出錯(cuò)，可以在計(jì)算機(jī)上方便的修改電路，程序出錯(cuò)可以重新編輯程序，這種方法節(jié)時(shí)、省力，經(jīng)濟(jì)、方便。應(yīng)用仿真軟件Proteus仿真。 總之，調(diào)試過程是一個(gè)軟硬件相結(jié)合調(diào)試的過程，硬件電路是根底，軟件是檢測(cè)硬件電路和實(shí)現(xiàn)其功能的關(guān)鍵。 在調(diào)試過程中，首先必須明確調(diào)試順序。例如：本設(shè)計(jì)是在單片機(jī)系統(tǒng)根底上建立起來(lái)的，所以必須先確定單片機(jī)根底電路能否正常工作。為了正確播放音樂，接下來(lái)還要確定音頻功放電路能否正常工作。硬件調(diào)試的過程，

33、也是軟件調(diào)試的過程。5.1 硬件調(diào)試5.1.1 單片機(jī)根底電路調(diào)試 單片機(jī)根底電路包括電源、單片機(jī)、外部時(shí)鐘震蕩電路、復(fù)位電路和外部接口電路。調(diào)試過程需要注意以下幾點(diǎn)： 1. 檢查電源是否完好。 2. 單片機(jī)電源要連接正確，并且保證AT89S52的31號(hào)引腳接高電平。AT89S52的31號(hào)引腳是外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)端，當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，單片時(shí)機(jī)一直從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)取指令。 3. 如果使用P0口做I/O口，要接上拉電阻。 4. 使用萬(wàn)用表排查電路中是否存在斷路或者短路情況。筆者在制作外部接口電路時(shí)使用的是排針，焊接時(shí)容易出現(xiàn)管腳之間短路，所以在上電以前必須先排查電路。 5. 編輯一個(gè)使一組

34、發(fā)光二極管循環(huán)點(diǎn)亮的程序并燒錄到單片機(jī)內(nèi)，上電運(yùn)行，檢查單片機(jī)是否正常工作，復(fù)位電路是否正確。5.2 軟件調(diào)試 在硬件調(diào)試完畢的根底上，需要進(jìn)一步完善程序，也就是進(jìn)入軟件調(diào)試階段。對(duì)于系統(tǒng)程序，在keil軟件中利用C語(yǔ)言調(diào)試程序，改正語(yǔ)法與程序錯(cuò)誤。以到達(dá)自己硬件設(shè)計(jì)時(shí)的效果和功能。結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)采用了MSC-51系列單片機(jī)AT89S52為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)音樂發(fā)聲器，實(shí)現(xiàn)了播放音樂的功能，系統(tǒng)缺乏之處在于不能控制播放音樂的前進(jìn)和后退，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題的全面鍛煉。使我在單片機(jī)的根本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都

35、能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的根底。在單片機(jī)音樂發(fā)聲器的制作過程中，在設(shè)計(jì)中因?yàn)橄迚弘娐肪植砍霈F(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致電壓過高將喇叭燒毀。最后用蜂鳴器替代喇叭做揚(yáng)聲器，效果不夠理想。說明動(dòng)手能里還有缺乏，仍然有待提高。致 謝 在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師的熱情關(guān)心和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了老師的悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。 在論文的

36、寫作過程中，也得到了許多同學(xué)的支持和幫助，給予了我很多珍貴的意見，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我的良師益友。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出珍貴意見的各位老師表示衷心地感謝！參考文獻(xiàn)1 向繼文.基于AT89C51的電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.機(jī)電產(chǎn)片開發(fā)與創(chuàng)新.2007(2)：60-65.2 劉皖. FPGA設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京.清華大學(xué)出版社.2006.80-110.3 馮育長(zhǎng).單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析M.西安.西安電子科技大學(xué)出版社.2007：69-78.4 何力民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編5M.北京.北京航空航天大學(xué)出版社.1997：84-99.5 潘永雄.新編單片機(jī)原

37、理與應(yīng)用M.西安.西安電子科技大學(xué)出版社.2003.103-111.6 李及.趙利民.MCS-51系列單片機(jī)原理與應(yīng)用M.長(zhǎng)春.吉林科學(xué)技術(shù)出版社.1995：33-50.7 彭小軍.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘J.新余學(xué)報(bào).2004(2)：31-38.8 劉坤.宋戈.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用開發(fā)技術(shù)大全.北京.人民郵電出版社.2021.485-500.9 戴佳.戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講M.北京.電子工業(yè)出版社.2006.126-152.10 付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)M.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2004.15-23.11 劉軍.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.上海.華東理工大學(xué)出版社.200

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39、me;unsigned char keytmp;/*歌曲數(shù)據(jù)表，每三個(gè)數(shù)的第一個(gè)是樂譜碼，第三個(gè)是節(jié)拍碼*/code unsigned char table=6,2,3, 5,2,1, 3,2,2, 5,2,2, 1,3,2, 6,2,1, 5,2,1, 6,2 4, 3,2,2, 5,2,1, 6,2,1, 5,2,2, 3,2,2, 1,2,1, 6,1,1, 5,2,1, 3,2,1, 2,2,4, 2,2,3, 3,2,1, 5,2,2, 5,2,1, 6,2,1, 3,2,2, 2,2,2, 1,2,4, 5,2,3, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,1, 6,1,1, 1,2,1, 5,1,6, 0,0,0;/*音符計(jì)數(shù)表高八位*/Code unsigned char TH0=0 xF2,0 xF3,0 xF5,0 xF5,0 xF6,0 xF7,0 xF8,0 xF9,0 xF9,0 xFA,0 xFA,0 xFB,0 xFB,0 xFC,0 xFC,0 xFC,0