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基于单片机的MP3播放器设计基于单片机的MP3播放器设计随着科技的发展，单片机技术已经广泛应用于各个领域。
本文将介绍基于单片机的MP3播放器设计，让读者了解如何利用单片机实现MP3音频文件的播放。
一、文章类型本文属于技术文档，旨在为读者介绍基于单片机的MP3播放器设计的原理、步骤和实现方法。
二、目标读者本文的目标读者为对单片机技术和MP3音频播放感兴趣的工程师、技术人员和爱好者。
三、文章结构1、引言：介绍基于单片机的MP3播放器设计的基本概念和背景知识。
2、系统架构：阐述基于单片机的MP3播放器的整体架构和硬件组成。
3、硬件选择：详细介绍实现该系统所需的硬件设备及其功能。
4、软件设计：说明软件编程方案和程序流程图。
5、实现细节：详细描述实现MP3播放的各个步骤和技术细节。
6、测试与验证：对设计的MP3播放器进行测试，验证其功能和性能。
7、结论：总结本文的设计成果和贡献，提出未来改进的方向。
四、正文1、引言基于单片机的MP3播放器设计是指利用单片机作为主控制器，实现MP3音频文件的解码和播放。
单片机具有体积小、价格低、易于编程等优点，因此被广泛应用于各种嵌入式系统中。
通过设计基于单片机的MP3播放器，可以实现对音乐播放的灵活控制，提高音频产品的智能化水平。
2、系统架构基于单片机的MP3播放器系统主要由音频解码芯片、存储芯片、单片机控制器、音频放大器和扬声器等组成。
其中，音频解码芯片负责将存储在存储芯片中的MP3文件解码成模拟信号，单片机控制器负责控制音频解码和播放过程，音频放大器将模拟信号放大后驱动扬声器播放音乐。
3、硬件选择（1）音频解码芯片：采用常见的解码芯片如WM8751，支持MP3、WAV等多种音频格式解码。
（2）存储芯片：选用具有非易失性存储功能的芯片，如EEPROM或Flash存储器，用于存储MP3文件。
（3）单片机控制器：采用具有丰富I/O端口和内嵌Flash存储器的单片机，如STM32F103C8T6。
基于单⽚机的简易MP31 项⽬概述和要求1.1 项⽬开发背景随着电⼦科技的飞速发展，电⼦技术正在逐渐改善着⼈们的学习、⽣活、⼯作,因此开发本系统希望能够给⼈们多带来⼀点⽣活上的乐趣。
基于当前市场上的玩具市场需求量⼤，其中电⼦琴就是⼀个很好的应⽤⽅⾯。
单⽚机技术使我们可以利⽤软硬件实现电⼦琴的功能，从⽽实现电⼦琴的微型化，可以⽤作玩具琴、⾳乐转盘以及⾳乐童车等等。
并且可以进⾏⼀定的功能扩展。
鉴于传统电⼦琴可以⽤键盘上的“1”到“A”键演奏从低So到⾼DO等11个⾳，从⽽可以⽤来弹奏喜欢的乐曲。
该设计将⼗⼀个琴键改成16个，使电⼦琴的功能更加完美。
不但可以实现对乐曲的演奏，同时还具有存储⾳乐、播放歌曲以及显⽰按键的功能。
使该设计功能更加完善。
1.2 项⽬⽬的利⽤AT89C51单⽚机⾃带资源，设计⼀款能实现弹奏和带存储功能的电⼦琴。
（1）能够对电⼦电路、电⼦元器件、印制电路板等⽅⾯的知识有进⼀步的认识，独⽴对其进⾏测试与检查。
（2）熟悉8051单⽚机的内部结构和功能，合理使⽤其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计⼯作。
（3）为实现预期功能，能够对系统进⾏快速的调试，并能够对出现的功能故障进⾏分析，及时修改相关软硬件。
（4）对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使⽤技能等⽅⾯得到较全⾯的锻炼和提⾼。
1.3设计要求①设计出15个⾳符，随意弹奏，按“0”键为⾳乐休⽌符，不发声，⽤它时间的长短表⽰休⽌时间的长短。
②⽤功能键转换成歌曲演奏，可播放预存的⾳乐。
③可存储现场弹奏的⾳乐。
[扩充功能]：④采⽤LCD显⽰信息，开机时有欢迎提⽰符，播放时显⽰歌曲序号（或名称）。
⑤显⽰乐曲播放时间或剩余时间。
2 系统硬件设计2.1电⼦琴原理在介绍总体⽅案之前，先简单介绍⼀下电⼦琴的发⽣原理以及如何改变⾳⾊的基本原理：声⾳的频谱范围约在⼏⼗到⼏千赫兹, 若能利⽤程序来控制单⽚机某个⼝线不断输出“⾼”“低”电平, 则在该⼝线上就能产⽣⼀定频率的⽅波, 将该⽅波接上喇叭就能发出⼀定频率的声⾳, 若再利⽤程序控制“⾼”“低”电平的持续时间, 就能改变输出波形的频率从⽽改变⾳调。
基于STM32单片机的MP3播放器设计基于STM32单片机的MP3播放器设计摘要众所周知，越来越多的人对MP3的追求逐渐下降，MP3的功能并没有像酷狗一样显示歌词等那么方便。
通过对STM32F103C8T6单片机MP3播放器的研究设计，来提升整个系统的功能。
系统运行的原理是利用数据卡存储歌曲歌词在，然后通过LCD1602显示屏根据个人的选择进行播放和显示。
整个屏幕类似酷狗界面，可以进行歌曲的各种模式的设置，具有很强的画面感，为了贴近生活需求，采用触屏的模式来操作。
系统的编程主要是利用上C语言，根据自身的需求可以进行不同功能款式的设计，整个电路的设计是相对比较简单的，MP3体积小容易携带，加上能够进行触屏影像，会更受到广大消费者的喜爱。
关键词：MP3播放器；STM32F103C8T6；VS1003；SD卡MP3 player design based on STM32 micro-controllerABSTRSCTThis paper introduces the design method of MP3 player based on stm32f103c8t6 in detail. The system realizes the decoding and playing of MP3 files stored in SD card, and displays the name of playing songs, the remaining time of playing songs and the corresponding words of songs on LCD1602 display screen. Through the graphic interactive user chart on LCD1602 display screen, it can also realize the fast forward of songs Fast rewind, pause and change cycle mode can basically realize an MP3 player with touch screen function. The software is programmed with C language and modular design idea is adopted. The hardware circuit of the system is simple, and the subprogram is universal, which fully meets the design requirements.Key words: MP3 player; stm32f103c8t6; VS1003; SD card目录摘要 (3)abstract (4)目录 (5)1 绪论 (6)1.1 课题研究背景 (6)1.2 国内外研究现状 (6)1.3 课题设计内容 (6)2 系统的总体设计 (8)2.1 系统核心硬件的选择 (8)2.1.1 主控芯片的选择 (8)2.1.2 显示模块的选择 (8)2.1.3 数据存储芯片的选择 (9)2.1.4 按键模块的选择 (9)2.1.5 MP3解码方案 (9)2.1.6 MP3储存介质方案 (9)2.2 系统总体方案 (10)3 硬件介绍和设计 (11)3.1 单片机及最小系统 (11)3.2 LCD1602液晶显示模块 (14)3.3 按键电路设计 (16)3.4 MP3串口控语音模块 (17)3.5 LM386功放模块 (19)3.6 VS1003解码电路设计 (20)3.7 电源模块 (21)4 系统软件的设计 (23)4.1 系统程序工作分析 (23)4.2 主流程图设计 (24)4.3 显示子流程图设计 (25)4.4 音乐播放功能的设计 (25)4.5 详细代码结构 (27)5 系统调试 (31)5.1 硬件的焊接 (31)5.2 系统硬件调试 (32)5.3 系统软件调试 (32)5.4 附录 (33)结论 (33)参考文献 (35)致谢 (36)1 绪论1.1 课题研究背景随着科技的进步，每个家庭都拥有者许多家电产品和电子产品。
目录1引言 (1)2硬件设计 (2)2.1硬件电路的设计框图 (2)2.2硬件电路设计模块的选定 (2)2.2.1中心模块 (2)2.2.2播放模块 (3)2.2.3显示模块 (4)2.2.4电子琴模块 (4)2.3各硬件电路的具体设计 (5)2.3.1 AT89S52控制模块的设计 (5)2.3.2按键模块的设计 (6)2.3.3扬声器播放模块的设计 (7)2.3.4 LCD显示电路的设计 (7)2.3.5彩灯伴奏电路的设计 (8)3软件设计 (9)3.1单片机发声的基本原理 (9)3.2设计的相关音乐说明 (9)3.3切换原理 (10)3.4音乐播放器软件程序设计 (10)3.4.1按键扫描子程序设计 (10)3.4.2 1ms延时程序设计 (14)3.4.3 LCD显示子程序设计 (15)3.4.4函数初始化子程序设计 (16)3.4.5系统主程序设计 (17)4结论 (19)参考文献 (20)附录一硬件原理图 (21)附录二软件主程序 (22)致谢............................................................................................................... 错误!未定义书签。
摘要目前流行的MP3播放器的音质已相当好，但略感遗憾的是除了选择歌曲和显示歌名外，绝大部分播放器没有诸如随意弹奏乐曲、乐曲节奏跳动等功能。
而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。
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。
本设计是采用单片机为核心设计的数字音乐播放器。
本设计在实现音乐的播放及歌曲名显示等基本功能的基础上进行了扩展，添加了彩灯伴奏、按键弹奏、显示音乐节拍等功能。
本论文给出了系统方案的建立、硬件电路的详细设计及软件的程序实现。
- --基于单片机的MP3播放器设计音频信号数字化后所面临的一个不容忽视的问题是：巨大的数据量给存储和传输带来的压力。
因此音频压缩技术在广播专业领域、网络传输及多媒体使用中受到广泛关注，成为音频信号处理的关键技术之一。
MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组，在1992年底制定了第一个世界范围的Hi-Fi(High-Fidelity)质量的音频编码标准MPEG-1。
MPEG-1分为三种不同的方式，称为Layer1、Layer2和Layer3。
序号越高，复杂性越大，但是可提供更好的编码效率，特别是在低比特率时。
MP3就是MPEG-1 Layer3，是基于感知编码的算法，目前在CD音质的声音压缩方面，是一种通用的方法。
使用MP3标准对于音频数据编码既可以获得较大的音频数据压缩比，又可以得到较好的音乐回放质量。
MP3的解码器结构复杂，涉及到大量的数学计算，对处理器和内存的要求相当高。
目前，AT89C51处理器以其高性价比，丰富的外设资源，越来越受到各种嵌入式研发人员的青睐[5-7]。
基于以上背景，我在此次设计中提出了AT89C51SND1C微处理器的软件解码方案，在降低硬件成本的基础上保证高质量的播放效果。
1.2.2 课题研究的意义MP3音频播放器的最合理工作速度为30Mips，而一个典型的视频媒体播放器的理想速度则为175Mips，所以提高MP3的工作速度，以及改善MP3的音质是最关键的，也是亟待解决的问题。
MP3是一种典型的嵌入式设备，而现在市场上比较常见的是闪存式MP3。
由于闪存式MP3的容量限制，使它存储歌曲数目较少，在功能上也很难实现多样化。
而硬盘式MP3的多功能及大容量，也必将受到不少消费者的喜爱。
另外一个原因是近年来，嵌入式系统和单片机开发的有机结合，已广泛被使用于网络通信、工业控制、机顶盒、PDA等诸多领域[8]。
本文提出了一种基于单片机的MP3播放本课题来源于生产实践器的设计方案，这就进一步的体现了该设计的灵活性。
基于STM32MP3播放器设计STM32MP3播放器是一种基于STM32单片机搭建的MP3音频播放设备，具有播放音频文件、调节音量、选择曲目等功能。
其基本原理是通过STM32单片机的内部ADC/DAC模块与外部音频解码器进行数据传输和处理，实现音频播放的功能。
首先，STM32MP3播放器的硬件设计主要包括以下几个部分：STM32单片机、音频解码芯片、外部存储器、显示屏、按键和音频输出设备。
STM32单片机作为控制中心，负责控制整个播放器的各个元件以及与用户的交互。
音频解码芯片负责解码音频文件，将数字信号转换为模拟声音输出。
外部存储器用于存储音频文件，通常是SD卡或者闪存。
显示屏用于显示播放器的状态和当前播放的曲目信息。
按键用于控制播放器的各项功能，如暂停/播放、切换上一首/下一首等。
音频输出设备可以是耳机、扬声器等。
其次，STM32MP3播放器的软件设计主要包括存储设备读写控制、音频解码控制、用户交互控制等功能。
首先，存储设备读写控制部分负责从外部存储器读取音频文件，并将音频数据传输给音频解码芯片进行解码。
其次，音频解码控制部分负责控制音频解码芯片的工作，包括选择解码算法、设置音频参数、调节音量等。
最后，用户交互控制部分负责响应用户的操作，如按键事件处理、显示屏信息更新等。
对于STM32MP3播放器的设计流程，可以分为硬件设计和软件设计两个阶段。
首先，根据实际需求确定硬件设计方案，包括选择STM32单片机型号、音频解码芯片、外部存储器、显示屏、按键和音频输出设备等，并进行硬件电路的设计与布局。
随后，进行软件设计，包括编写驱动程序、实现音频解码算法、处理用户交互操作等。
在实际的设计过程中，需要根据硬件平台和技术条件进行优化，以保证播放器的音质和性能。
例如，可以通过选择合适的音频解码算法，优化解码性能，提高音频质量。
同时，还可以通过采用高性能的存储设备和使用缓存技术来提高音频文件的读取速度，减少卡顿现象。
摘要在我们的日常生活中，人们会面对许多来自周围环境的压力，而听音乐已经成为普通大众放松自己的方式，MP3播放器则是听音乐必不可少的工具。
以前的音乐播放器有功能单一、系统流畅度低、输出音质差、无法扩展容量、与电脑交换数据时传输缓慢等缺点。
为了提高MP3播放器的质量，满足各类人群需求，特此设计了一个基于单片机的MP3播放器。
本课题主要研究基于单片机的MP3设计，设计以STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，同时结合音频解码芯片VS1003、功率放大器、存储电路、SD卡读写模块等外部电路组成音乐播放系统。
能够完成对存储器识别和数据读取，将在存储器中读取的MP3文件或其他音频文件解码并播放流畅的音乐。
关键词：MP3播放器；STC12C5A60S2单片机；VS1003解码器AbstractIn our daily life, people face a lot of pressure from the surrounding environment, and listening to music has become a way of the general public to relax,the MP3 player is the tool to listening music. Once upon a time the music player has a single function, low system fluency, output quality is poor, cannot expand capacity, exchange data transmission shortcomings such as slow with computers. In order to improve the quality of the MP3 player, meet the needs of all kinds of people, we designed a MP3 player based on single chip microcomputer.This topic finishes the software design of the music player based on the 51 microcontroller，In combination with audio decoding chip VS1003,power amplifier,storage circuit and the SD card reader module composition a music playback system. The system is able to complete the recognition and data memory read,read the files in the memory and play music fluently.Keywords:MP3 player; STC12C5A60S2 MCU; VS1003 decoder目录1 绪论 (1)课题背景 (1)课题意义 (2)课题研究内容 (2)2 主要元器件介绍 (3)STC12C5A60S2单片机简介 (3)VS1003(MP3/WMA音频编解码器) (3)VS1003概述 (3)VS1003特性 (4)VS1003芯片LQFP-48和BGA-49Ball封装的引脚分配 (4)SD卡读写模块 (6)SD卡读写模块概述 (6)技术规格 (6)引脚分配 (7)3 系统硬件设计 (9)系统硬件设计综述 (9)按键控制电路 (9)SD卡电路 (10)VS1003电路 (10)4 系统软件设计 (12)编程软件介绍 (12)Keil软件介绍 (12)Keil使用方法 (12)程序语言介绍 (15)C语言 (15)语言特点 (15)C语言与汇编语言对比 (16)系统软件设计综述 (17)VS1003模块的MP3文件播放程序设计 (20)系统性能分析 (21)5硬件测试 (22)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录A 英文原文 (25)附录B 汉语翻译 (27)附录C 源程序 (28)附录D 元件清单 (44)附录E 电路图 (45)附录F 实物图 (47)1 绪论课题背景德国人Brandenburg在20世纪80年代进入顶尖的研究机构Fraunhofer Institute for Integrated Circuit，组成了MP3研发小组，并开始着手研发MP3。
图书分类号：密级：毕业设计(论文) 基于单片机的MP3播放器设计学生汤明学院名称信电工程学院专业名称电子信息工程指导教师豹2012年5月10日摘要因为单片机编写的MP3播放器具有执行效率高、频率输出稳定、易于修改、高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等,使单片机近几年得到迅猛发展和大围推广,广泛应用于工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、及通讯设备、日常消费类产品、玩具等[1]。
利用单片机设计的MP3播放器具有硬件电路简单，软件运行可靠等特点。
本文介绍了一种以 AT89S52 单片机为控制核心的MP3。
该设计采用2*16个点阵液晶模块LCD1602作为显示界面，蜂鸣器作为发声元件，并利用定时器进行中断控制。
本文分析了基于单片机的MP3播放器的工作原理，详细介绍了MP3播放器的功能及其硬件设计和软件设计的方法，给出了基于MCS-51单片机的MP3播放器的具体实现方案并重点讲述了其硬件实现与软件编写，实现了单片机MP3播放器对音乐的演奏。
关键词：MP3播放器；AT89S52；LCD1602目录摘要 (I)1绪论 (1)2设计综述 (2)2.1单片机工作原理 (2)2.1.1 单片机概述 (2)2.1.2 单片机的应用领域及发展趋势 (2)2.2 单片机产生音调的方法 (3)2.3 KEIL开发系统 (4)2.4 PROTEUS的操作 (8)3硬件设计 (9)3.1总体方案设计 (9)3.2 单片机最小系统电路 (9)3.2.1 AT89S52芯片性能介绍 (9)3.2.2 电源电路 (13)3.2.3 时钟振荡电路 (13)3.3 键盘扫描模块 (14)3.4 显示模块 (15)3.5 播放模块 (16)4 系统软件设计 (18)4.1编程原理及流程图 (18)5 调试与仿真结果 (22)5.1 软件调试 (22)5.1.1 测试LED显示模块 (22)5.1.2 测试键盘控制模块 (23)5.1.3 测试P3.0口输出 (23)5.2 调试中遇到的问题及解决 (24)5.3 仿真结果 (25)结束语 (26)致 (27)参考文献 (28)附录 (28)附录1 源程序 (29)1绪论几千年来，各种乐器的发声无一不是依靠琴弦、簧片、哨片引起管柱振动而作为声源的。
基于51单片机的MP3音乐播放器设计1．1 系统功能简介本设计主要完成U盘的识别和数据的读取，并将U盘中读取的MP3文件解码播放出流畅的音乐，完成．MP3播放器的存储与解码的分离。
系统功能主要包括读取U盘数据和MP3解码播放2部分。
实现设计功能需要USB接口芯片、MP3解码芯片、主控制器和其他外围电路。
考略难易程度和实际实现程度，这里的MP3只提供从u盘的根目录读取MP3格式的文件（不包括wma，wmv，midi格式），而且u盘的文件格式必须为FAT32。
再者，考略到单片机的运行速度较慢，如果文件的采样频率额过高，可能会造成播放断断续续，因此读取的MP3文件的采样频率事先转化为频率64kps，这样可以获得较好的音质。
2.主要芯片的选取2.1．单片机的选取由于解码和播放有很高的速度要求，且需要单片机有较大的ROM和RAM，这里我们选取了STC12C5A60S2。
STC12C5A60S2是新一代51单片机，是传统51单片机的升级换代产品，可实现“1个时钟/机器周期”，在同等晶振下运行速度可以达到传统单片机的12倍。
在这里，我们采用22.1184M.2.2．USB总线接口芯片的选取通过比较部分参数，我们选择南京沁恒电子生产的一款USB通用接口芯片CH375。
CH375是一个USB总线的通用接口芯片，CH375芯片支持HOST主机方式和DEVICE设备方式，在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及终端输出，可以方便地挂接到单片机等控制器的系统总线上。
最重要的是，该芯片内置固件处理海量存储设备的专用通讯协议，可以使我们的编程难度大大减小。
内部集成了PLL倍频器、主从USB接口、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。
2.3．音频解码芯片的选取音频解码芯片选择芬兰VLSI公司生产的VSl003。
VSl003具有MP3／wMA／MIDI解码和ADPCM编码功能，他内部包含一个高性能、低功耗的DSP处理核(VSD 一SP)，为用户应用提供5KB的指令RAM和0.5kb的数据RAM。
基于单片机的MP3播放器设计随着科技的不断进步，单片机技术的出现为现代电子产品设计带来了巨大的变革。
如今，人们可以借助单片机将各种不同的功能集成到单一的设备中，实现复杂的功能。
MP3播放器是现代生活中常见的电子设备，能够提供高质量的音频播放功能。
本文将探讨如何基于单片机设计一个MP3播放器。
一、硬件设计1、单片机选择：首先需要选择合适的单片机作为主控芯片。
考虑到性能和价格因素，可以选择如STM32单片机作为核心控制器。
2、存储模块：为了存储音频文件，需要使用存储芯片或者SD卡等存储设备。
例如，可以使用SPI接口的EEPROM芯片来存储音频数据。
3、音频解码模块：该模块负责将存储的音频数据转换成模拟信号，然后通过音频放大器驱动耳机播放。
常见的音频解码芯片有炬力2588和炬力2589。
4、显示模块：为了方便用户操作和显示信息，可以选择LCD显示屏作为显示模块。
它可以通过SPI或者并行接口与单片机通信。
5、按键模块：为了实现用户输入功能，可以设计一个按键模块。
它可以通过GPIO接口与单片机通信。
二、软件设计1、系统初始化：在系统上电后，需要先进行系统初始化，包括设置单片机的时钟频率、配置IO口、初始化存储模块、音频解码模块和显示模块等。
2、音频文件读取：通过存储模块读取存储的音频文件数据，然后通过音频解码模块将数据转换成模拟信号，最后通过音频放大器驱动耳机播放。
3、用户操作：通过按键模块实现用户操作，如播放/暂停、上一曲/下一曲、音量调节等。
同时，在显示模块上显示当前播放状态、播放进度等信息。
4、文件管理：可以实现文件浏览、搜索、删除等功能，方便用户管理音频文件。
5、系统测试与调试：在完成硬件和软件设计后，需要进行系统测试和调试，确保系统能够正常工作。
三、注意事项1、在硬件设计过程中，需要考虑电源供电稳定性、信号干扰等问题，避免对音质产生影响。
2、在软件设计过程中，需要考虑程序结构、代码优化等问题，提高程序效率和稳定性。
1 项目概述和要求1.1 项目开发背景随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作,因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。
基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。
单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。
并且可以进行一定的功能扩展。
鉴于传统电子琴可以用键盘上的“1”到“A”键演奏从低So到高DO等11个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。
该设计将十一个琴键改成16个，使电子琴的功能更加完美。
不但可以实现对乐曲的演奏，同时还具有存储音乐、播放歌曲以及显示按键的功能。
使该设计功能更加完善。
1.2 项目目的利用AT89C51单片机自带资源，设计一款能实现弹奏和带存储功能的电子琴。
（1）能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识，独立对其进行测试与检查。
（2）熟悉8051单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计工作。
（3）为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障进行分析，及时修改相关软硬件。
（4）对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
1.3设计要求①设计出15个音符，随意弹奏，按“0”键为音乐休止符，不发声，用它时间的长短表示休止时间的长短。
②用功能键转换成歌曲演奏，可播放预存的音乐。
③可存储现场弹奏的音乐。
[扩充功能]：④采用LCD显示信息，开机时有欢迎提示符，播放时显示歌曲序号（或名称）。
⑤显示乐曲播放时间或剩余时间。
2 系统硬件设计2.1电子琴原理在介绍总体方案之前，先简单介绍一下电子琴的发生原理以及如何改变音色的基本原理：声音的频谱范围约在几十到几千赫兹, 若能利用程序来控制单片机某个口线不断输出“高”“低”电平, 则在该口线上就能产生一定频率的方波, 将该方波接上喇叭就能发出一定频率的声音, 若再利用程序控制“高”“低”电平的持续时间, 就能改变输出波形的频率从而改变音调。
乐曲中, 每一音符对应着确定的频率, 下表给出各音符频率。
如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样, 那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符的声音[1]。
本系统就是根据此原理设计, 对于单片机来说要产生一定频率的方波大致是先将某口线输出高电平然后延时一段时间再输出低电平, 如此循环的输出就会产生一定频率的方波, 通过改变延时的时间就可以改变输出方波的频率。
单片机内部有两个位的定时计数器T1和T0, 单片机的定时计数器实际上是个计数装置它既可以对单片机的内部晶振驱动时钟计数也可以对外部输入的脉冲计数, 对内部晶振计数时称为定时器, 对外部时钟计数时称为计数器。
当对单片机的内部晶振驱动时钟计数时,每个机器周期定时计数器的计数值就加, 当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的尸比对外部输入的时钟信号计数时, 外部时钟的每个时钟上升沿定时计数器的计数值就加, 当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机。
因此, 如果知道单片机的机器周期或者外部输入时钟信号的周期单片机就可以根据定时器的计数值计算出定时的时间。
用此方法定时十分准确, 想得到多大的延时时间就可以给定时器赋一定的计数初值, 定时器从预先设置的计数初值开始不断增当增加到计数最大值时计数完毕, 调整计数初值的大小就可以调整定时器定时的时间, 从而达到准确的延时。
2.2系统结构本系统主要由四部分组成：（1）键盘：控制系统和演奏音乐（2）扬声器：发声（3）LED：显示欢迎界面，显示操作，显示演奏音乐歌词（后期开发计划）（4）AT89C51：系统控制中心 系统结构图如图2-1所示。
图2-1 系统结构图2.3 硬件部分总体方案51单片机P0口通过8155扩展，连接4*8的矩阵键盘，作为琴键键盘和相应的功能控制键；并P2口一起，与EPROM 连接；P0口则接通不通音色的滤波电路，通过程序控制P0口，选通不通的琴声音色滤波电路，使电子琴发出不同音色的声音。
硬件电路包括中心控制模块、播放模块、按键控制模块三大模块。
其电路图如图2-2所示：振荡器分频器电源键 盘放大器扬声器12345Title NumSize B Date:26-M File :D:\PrV c c40E A31R S T9G N D20X 119X 218P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732ALE 30PSEN29P2.7/A1528P2.6/A1427P2.5/A1326P2.4/A1225P2.3/A1124P2.2/A1023P2.1/A922P2.0/A821U1AT89S51R110K R210KR310KY112MHzC730pF C630pF12345678P1HEADER 8S1SW -PBS2SW -PBS3SW -PBS4SW -PBS5SW -PB S6SW -PB S7SW -PB S8SW -PB S9SW -PB S10SW -PB S11SW -PB S12SW -PB S13SW -PB S14SW -PB S15SW -PB S16SW -PB C110uFVCCVcc 6IN+3IN-2BYPASS 7V OUT 5GAIN 1GAIN 8GND4U2LM386C210uF C30.1uF VCCC410uF R410K C50.1uFLS1扬声器CR4CR3CR2CR1BR4BR3BR2BR1C R 4C R 3C R 2C R 1B R 4B R 3B R 2B R 1ag d efbc d p a7b 6c 4d 2e 1f 9G N D3G N D8g 10dp 5U3DP Y7_SEG_DPR4220图2-2 电子琴电路图2.4元件清单1） AT89C51AT89C51是一种带4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM —Flash 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[2]。
AT89C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。
本次设计中中心控制模块是采用AT89C51单片机来控制整个系统。
其中P1口作为输入口，连接蜂鸣器驱动电路，而P2口连接按键控制电路，从而实现播放音乐的功能。
2） LCD1602LCD1062 在本次中主要用于显示，有如下特点：显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。
因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。
数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。
体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。
功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多[3]。
其硬件原理图如图2-3所示。
图2-3 LCD1062 硬件原理图3）4X4行列式键盘识别及显示键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生4个基本功能。
（1）去抖动：每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。
抖动的持续时间与键的质量相关，一般为5～20mm。
所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开状态才能保证识别正确无误。
去抖问题可通过软件延时或硬件电路解决。
（2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的按键按下时产生的问题。
常用的方法有双键锁定和N键轮回两种方法。
双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。
N键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。
（3）被按键识别：如何识别被按键是接口解决的主要问题，一般可通过软硬结合的方法完成。
常用的方法有行扫描法和线反转法两种。
行扫描法的基本思想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键，为此，需要设置入口、输出口一个，该方法在微机系统中被广泛使用。
线反转法的基本思想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为此需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。
（4）键码产生：为了从键的行列坐标编码得到反映键功能的键码，一般在内存区中建立一个键盘编码表，通过查表获得被按键的键码[4]。
用AT89S51的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；在数码管上显示每个按键的“0－F”序号。
4）speaker蜂鸣器5）三极管3软件设计本软件设计关键是要实现一种由单片机控制的简单音乐发生器，它由16个音节组成的的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。
3.1单片机实现音乐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的频率，这样就可以利用不同频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。
（1）节拍设计除了音符以外，节拍也是音乐的关键组成部分。
节拍实际上就是音持续时间的长短，在单片机系统中可以用延时来实现，如果1/4拍的延时是0.4秒，则1拍的延时是1.6秒，只要知道1/4拍的延时时间，其余的节拍延时时间就是它的陪数。
如果单片机要自己播放音乐，那么必须在程序设计中考虑到节拍的设置，由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的，所以节拍由用户掌握，不由程序控制。
对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。
音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）具体如表3-1：表3-1 音乐节拍表曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125ms 调4/462ms调3/4187ms 调3/494ms调2/4250ms 调2/4125ms（2）音频脉冲实现了解音乐的一些基本知识后可知，产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐，对于单片机而言，产生不同频率有脉冲非常方便，可以利用它的定时/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。
