單片機音樂播放器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

題目音樂播放器院系機電工程系專業(yè)電器自動化班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師2014年9月10日本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計文本和成果，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行研究所取得的成果。成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，本畢業(yè)設(shè)計不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表過的作品和成果。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計者簽名：目錄摘要......................................................1引言......................................................2設(shè)計綜述............................................31.1單片機產(chǎn)生音調(diào)的基本原理........................................31.2設(shè)計內(nèi)容與目標(biāo)..................................................3音樂播發(fā)器的功能和組成..............................42.1音樂播放器的功能................................................42.2音樂播放器的組成................................................42.3單片機引腳圖....................................................4系統(tǒng)總體設(shè)計.............................................63.1音樂播放器的工作原理............................................63.2音階對應(yīng)頻率計數(shù)初值的計算......................................73.3硬件原理圖.....................................................73.4晶振時間電路設(shè)計...............................................73.5軟件設(shè)計......................................................8樂曲幾單片機程序...................................104.1樂曲...........................................................104.2程序設(shè)計.......................................................10總結(jié).....................................................16參考文獻.................................................17致謝.....................................................18摘要本文的主要內(nèi)容是用AT89S52單片機為核心控制元件，設(shè)計一個音樂播放器。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠,性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高,應(yīng)用性強；軟件程序適應(yīng)范圍廣，對于不同的音樂只需要改變相應(yīng)的定時常數(shù)即可。關(guān)鍵詞：AT89S52；音樂播放器引言近十幾年來，單片機作為微計算機一個很重要的分支，應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，已經(jīng)對人類社會產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。單片機在生產(chǎn)過程控制、自動檢測、數(shù)據(jù)采集及處理、科技計算、商業(yè)管理及辦公室自動化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機具有體積小、重量輕、耗能省、價格低可靠性和通用靈活性等特點，尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的MCS—51系列單片機，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、易于使用等優(yōu)點，在我國已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。由于MCS—51單片機易于學(xué)習(xí)、掌握、性能價格比高，另外以MCS—51單片機的基本內(nèi)核為核心的各種擴展型、增強型的單片機不斷推出，所以在今后若干年內(nèi)，MCS—51系列單片機仍是我國在單片機應(yīng)用領(lǐng)域中首選機型。單片機技術(shù)在自動控制領(lǐng)域中有著十分廣泛的應(yīng)用。如汽車、航空、電話、傳真、視頻等，很多行業(yè)設(shè)計自動控制情況下，通常會涉及單片機技術(shù)。本文的主要內(nèi)容是用AT89S52單片機為核心控制元件，設(shè)計一個音樂播放器，以單片機作為主控核心、揚聲器等模塊組成。利用單片機產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意編寫需要的程序，播放出音樂。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合.我們可以利用單片機的定時/計數(shù)器T1來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。據(jù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查公司JupiterMediaMetrix的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示使用音樂播放器(不論是離線播放器還是網(wǎng)絡(luò)播放器)的家庭用戶從2000年1月的3320萬猛增到2001年1月的4170萬。在工作中使用音樂播放器的專業(yè)用戶數(shù)量也較去年同期上升了34.9%從2000年1月的1160萬增加到2001年1月的1570萬。以單片機為基礎(chǔ)的本設(shè)計成本低效果好值得推廣。而如車載音樂播放器、能夠播放流式音樂的播放器更是我們要深入的領(lǐng)域。第1章設(shè)計綜述1.1單片機產(chǎn)生音調(diào)的基本原理聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單處機某個口線的高電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制高、低電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)。音符的節(jié)拍我們可以用定時器T1來控制，送入不同的初值，就可以產(chǎn)生不同的定時時間。便如某歌曲的節(jié)奏為每分鐘100拍，即一拍為0.6秒。但是，由于T1的最大定時時間只能為130毫秒，因此不可能直接用改變T1的時間初值來實現(xiàn)不同節(jié)拍。我們可以用T1來產(chǎn)生10毫秒的時間基準(zhǔn)，然后設(shè)置一個中斷計數(shù)器，通過判別中斷計數(shù)器的值來控制節(jié)拍時間的長短。我們將每一音符的時間常數(shù)和其相應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個表，然后由查表程序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實現(xiàn)演奏效果。此外，結(jié)束符和休止符可以分別用代碼00H和FFH來表示，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。為了產(chǎn)生手彈的節(jié)奏感，在某些音符（例如兩個相同音符）音插入一個時間單位的頻率略有不同的音符[4]。1.2設(shè)計內(nèi)容與目標(biāo)本次項目所研究的是以單片機來實現(xiàn)對音樂的播放功能，通過最簡單的元件組合實現(xiàn)應(yīng)有的音樂播放效果，從而通過此項目的研究學(xué)習(xí)能夠?qū)纹瑱C的工作原理及其應(yīng)用具有一定的了解和認(rèn)知。本次項目中所介紹的單片機是人們常用的AT89C52單片機，經(jīng)過這次項目的研究分析，對AT89C52單片機的結(jié)構(gòu)、程序編寫、端口及其各端口的作用等都有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂茟?yīng)用。第2章音樂播放器的功能和組成2.1音樂播放器的功能演奏一首樂曲，有個按鍵，按下時奏曲，再按一下時停止演奏。曲子播完自動停止。2.2音樂播放器的組成根據(jù)系統(tǒng)音樂播放器的功能要求，一個完整的音樂播放器電路相當(dāng)于一個簡單的單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)由按鍵開關(guān)、單片機、揚聲器控制電路3個方面構(gòu)成。52單片機。52單片機為整個系統(tǒng)的核心部分，是帶動整個系統(tǒng)工作的重要部件。鍵盤輸入。鍵盤輸入用來控制輸入指令，發(fā)出指令至單片機，使單片機按照指令工作。揚聲器。揚聲器作為輸出部分按照鍵盤給單片機的指令發(fā)出樂曲。2.3單片機的引腳圖第3章系統(tǒng)總體設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的功能與組成，進行系統(tǒng)分析，系統(tǒng)除CPU核心部分外還需要與鍵盤連接以接收輸入指令，通過連接揚聲器使其發(fā)出音樂。3.1音樂播放器的工作原理聲音的頻譜范圍約再幾十到幾千赫茲，利用程序控制單片機某I/O口產(chǎn)生一定頻率地矩形波，經(jīng)放大后接上揚聲器就能發(fā)出一定頻率地聲音。要奏出一首曲子，還必須準(zhǔn)確地控制樂曲節(jié)奏，即音符地持續(xù)時間，常用節(jié)拍來表示。音符的節(jié)拍可用定時器來控制。因此，我們可以編制代碼，規(guī)定每個音符使用1個字節(jié)，字節(jié)高4位為音符碼代表音符的高低；低4位為節(jié)拍碼代表音符的節(jié)拍在我們所設(shè)計的音樂播放器中，是通過單片機的定時器，產(chǎn)生不同頻率的方潑信號，而沒有調(diào)整振蕩波形，因此音樂播放器發(fā)出的聲音，是矩形波產(chǎn)生的音響，純粹的矩形波聲音類似于單簧管的音色。一首樂曲演奏的原理是：一首樂曲是由音階和節(jié)拍兩大要素構(gòu)成，不同音階分別對應(yīng)不同的頻率，發(fā)出不同的音調(diào)，而節(jié)拍則控制發(fā)出音調(diào)時間的長短；若將樂曲的音調(diào)連續(xù)發(fā)出，并使其按相應(yīng)的節(jié)拍變化，即可演奏一首樂曲。根據(jù)這一特點，我們采用單片機輔以相應(yīng)的接口來設(shè)計音樂播放器。3.2音階對應(yīng)頻率計數(shù)初值的計算1.設(shè)定TCi定時、模式1，16位計數(shù)器。2.設(shè)單片機晶振頻率為f、則機器周期T=12/f,待發(fā)音符頻率fx、半周期T=1/（2*fx）3.TCi計數(shù)初值X=216–N=216–Tx/Tcy=216–(1/（2*fx）)/(12/f)=2n–fosc/(24*fx)4.THi=(216–f/(24*fx))/256TLi=(216–fosc/(24*fx))-（(216–fosc/(24*fx))/256）*2563.3硬件原理圖3.4晶振時間電路設(shè)計晶振電路由兩個30pF的電容和一個6Mhz的晶體振蕩器組成。節(jié)點1與單片機的XTAL2相連接，節(jié)點2與單片機的XTAL1相連接，從而為單片機提供時間信號，為音樂的播放節(jié)拍控制提供基本時間單位：當(dāng)晶體振蕩頻率為6.MHz,定時器工作在方式1下時，若各音階相對應(yīng)的定時器計數(shù)初值為X，則可根據(jù)下式計算X：圖3.4晶振電路3.5軟件設(shè)計3.5.1單片機音階代碼實現(xiàn)音調(diào)的高低用音階表示，不同的音階對應(yīng)不同的頻率。因此，不同頻率的方波就可以產(chǎn)生音階，音階與頻率的關(guān)系見表3.5.1。由于頻率的倒數(shù)是周期，因此可由單片機中的定時控制方波周期，當(dāng)定時器計數(shù)溢出時產(chǎn)生中斷。將與揚聲器連接的P1.7取反后就可得到方波的周期，從而達到了控制頻率，即音階的目的。音名頻率/Hz音名頻率/Hz音名頻率/Hz低音1262中音1523高音11047低音2294中音2587高音21175低音3330中音3659高音31319低音4349中音4699高音41397低音5392中音5784高音51569低音6440中音6880高音61760低音7494中音7988高音71976表3.5.1音階與頻率的關(guān)系3.5.2單片機產(chǎn)生不同頻率脈沖信號的原理：（1）要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時間，利用定時器計時這個半周期的時間，每當(dāng)計時到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計時此半周期的時間再對I/O反相，就可以在I/O腳上得到此頻率的脈沖。（2）利用8051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)生不同頻率的方法如下：（3）例如頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令計數(shù)器計時956us/1us=956，在每次技術(shù)956次時將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。 計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下： N=Fi2Fr N：計算值； Fi：內(nèi)部計時一次為1us，故其頻率為1MHz；（4）其計數(shù)值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi2Fr例如：設(shè)K=65536，F(xiàn)=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=65059音名計數(shù)初值音名計數(shù)初值音名計數(shù)初值低音1F894H中音1FC4AH高音1FE2AH低音2F95CH中音2FCAEH高音2FE5CH低音3FA1AH中音3FD08H高音3FE84H低音4FA6AH中音4FD30H高音4FE98H低音5FB00H中音5FD80H高音5FEC0H低音6FB8CH中音6FDC6H高音6FEE8H低音7FC0EH中音7FE02H高音7FF06H3.5.2音名與計數(shù)初值表第4章樂曲及單片機程序4.1樂曲下面以歌曲《軍港之夜》的設(shè)計為例，講述歌曲在單片機中的實現(xiàn)，曲譜如下圖所示4.2程序設(shè)計。1.音階和節(jié)拍可分別用延時函數(shù)或定時器中斷方法實現(xiàn)2.本例音階用延時函數(shù)，節(jié)拍用T1定時中斷3.程序ORG 0000H ;（1）程序從0000H開始 LJMP MAIN ;（2）調(diào)主程序 ORG 001BH ;（3）定時器T1中斷入口 AJMP TIME1 ;（4）定時器T1中斷 ORG030H ;（5）主程序從030H開始 ;以下是主程序MAIN: MOVTMOD,#10H ;（6）定時器T1方式1 SETBEA ;（7）中斷總允許 SETBET1 ;（8）允許定時器T1中斷 MOVDPTR,#TAB ;（9）表格首地址LOOP: CLRA ;（10）A清0 MOVCA,@A+DPTR ;（11）查音名高8位計數(shù)初值 MOVR1,A ;（12）將高8位計數(shù)初值存在R1中 INCDPTR ;（13）DPTR加1,以便查找音名低8位計數(shù)初值 CLRA ;（14）A清0 MOVCA,@A+DPTR ;（15）查音名低8位計數(shù)初值 MOVR0,A ;（16）將低8位計數(shù)初值存在R0中 ORLA,R1 ;（17）低8位與高8位相或后送A，和下條指令配合用來判斷是否是休止符 JZXZF ;（18）若A的值（低8位與高8位相或的值）為0,則認(rèn)為是休止符,轉(zhuǎn)XZF MOVA,R0 ;（19）將低8位計數(shù)初值送A ANLA,R1 ;（20）低8位與高8位相與后送A，和下條指令配合用來判斷樂曲是否結(jié)束 CJNEA,#0FFH,NEXT ;（21）若A的值與0FFH不等,轉(zhuǎn)NEXT SJMPMAIN ;（22）若A與0FFH相等,表示樂曲結(jié)束,再從頭開始演奏NEXT: MOVTH1,R1 ;（23）將音名計數(shù)初值高8位裝入TH1 MOVTL1,R0 ;（24）將音名計數(shù)初值低8位裝入TL1 SETBTR1 ;（25）啟動定時器T1 SJMPNEXT1 ;（26）轉(zhuǎn)NEXT1,準(zhǔn)備查找延遲常數(shù)(調(diào)用延時子程序的次數(shù))XZF: CLRTR1 ;（27）關(guān)閉定時器,停止發(fā)音,使音符休止NEXT1: CLRA ;（28）A清0 INCDPTR ;（29）DPTR加1,指向延遲常數(shù) MOVCA,@A+DPTR ;（30）查延遲常數(shù) MOVR2,A ;（31）將延遲常數(shù)存在R2中 SETBTR1 ;（32）因休止時關(guān)閉了定時器T1，因此，需重新啟動LOOP1: LCALLD130 ;（33）調(diào)用130ms延時子程序 DJNZR2,LOOP1 ;（34）控制調(diào)用延時子程序的次數(shù) INCDPTR ;（35）DPTR加1,指向下一音名的計數(shù)初值 AJMPLOOP ;（36）處理下一個音名 ;以下是130ms延時子程序D130: MOVR5,#160 ;（37）立即數(shù)160送R5D2: MOVR4,#200 ;（38）立即數(shù)200送R4D1: NOP ;（39）空指令 NOP ;（40）空指令 DJNZR4,D1 ;（41）R4不等0則跳轉(zhuǎn)到D1 DJNZR5,D2 ;（42）R5不等0則跳轉(zhuǎn)到D2 RET ;（43）子程序返回 ;以下是定時器T1中斷服務(wù)程序TIME1:MOVTH1,R1 ;（44）TH1重裝定時初值 MOVTL1,R0 ;（45）TL1重裝定時初值 CPLP3.7 ;（46）P3.7是音頻輸出端 RETI ;（47）中斷返回 ;以下是梁祝片段每個音名計數(shù)初值和調(diào)用延遲次數(shù)表格TAB:DB0FAH,15H,08HDB0FBH,05H,06HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,44H,04H DB0FCH,0ACH,02H DB0FBH,8CH,02H DB0FCH,44H,02H DB0FBH,05H,04H DB0FDH,82H,04H DB0FEH,22H,04H DB0FDH,0C8H,02H DB0FDH,82H,02H DB0FDH,09H,02HDB0FDH,82H,02HDB0FCH,0ACH,10HDB0FBH,8CH,01HDB0FCH,0ACH,06HDB0FDH,08H,04HDB0FEH,2AH,06HDB0FDH,08H,02HDB0FDH,0C6H,06HDB0FDH,08H,02HDB0FDH,80H,10HDB0FBH,8CH,01HDB0FBH,8CH,06HDB0FAH,1AH,02HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,0EH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,02HDB0FDH,08H,10HDB0FDH,80H,04HDB0FDH,08H,06HDB0FDH,08H,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FBH,00H,04HDB0FBH,8CH,10HDB0FBH,8CH,01HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FCH,0AEH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FBH,8CH,04HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FCH,0AEH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FBH,8CH,04HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,02HDB0FDH,80H,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FDH,08H,02HDB0FDH,80H,02HDB0FDH,08H,10HDB0FBH,8CH,01HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FCH,0AEH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FBH,8CH,04HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FCH,0AEH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FBH,8CH,04HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,02HDB0FDH,08H,06HDB0FDH,80H,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FDH,80H,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FDH,08H,02HDB0FDH,80H,02HDB0FDH,08H,10HDB0FBH,8CH,01HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FCH,0AEH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FBH,8CH,04HDB0FBH,8CH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FCH,0AEH,02HDB0FCH,4AH,02HDB0FBH,8CH,04HDB0FCH,4AH,02HDB0FCH,0AEH,02HDB0FDH,08H,06HDB0FDH,80H,02HDB0FCH,0AEH,04HDB0FDH,08H,04HDB0FDH,80H,10HDB0FBH,8CH,01HDB0FDH,0C6H,08HDB0FFH,0FFH ;（79）樂曲結(jié)束END ;（80）程序結(jié)束總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當(dāng)今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)