单片机八音盒设计知识讲解

单片机八音盒设计

黑龙江工业学院

单片机综合实训报告

院系：电气与信息工程系

专业班级：电气工程及自动化本（三）姓名：陈强

学号：04991303037

指导教师：魏喜雯

报告成绩：

1、设计目的

（1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、芯片选择、模块化编程等多项知识。

（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计系统能够真正使用。

（3）把原理和实践相结合，充分发挥个人和团体的合作能力，并在实践中得到锻炼。

（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（5）利用AT89C51单片机结合内部定时器设计一个八音盒，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律。

2、设计任务要求

本设计利用AT89C51单片机结合内部定时器设计一个八音盒，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律。本设计可以学习AT89C51定时器程设计，按键扫描及歌曲旋律简单直觉式输入法的设计方法。

其基本功能为：

（1）使用数码显示管来显示目前演奏的歌曲编号；

（2）具有8个按键操作来选择演奏哪一首歌曲；

（3）内建8首歌曲旋律，按下单键可以演奏歌曲。

3、设计方案选取与论证

（1）选用Keil软件和Protues软件，选用AT89C51单片机，它有4kB内部ROM,2个定时/计数器，5个中断源。

（2）通过中断实现歌曲的播放和暂停。

（3）通过定时实现LED闪烁和音乐频率的变化。

（4）通过按键实现歌曲的选择。

3.1八音盒的发音原理

一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。另外，音符的频率有所不同。基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。音符的发音主要靠不同的音频脉冲。利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，然后控制P3.7引脚的输出音乐。只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。

3.2音符频率的产生

3.2.1音符及定时器初始值：

μ。定时器/计数例如：中音1（do）的音频=523HZ,周期T=1/523s=1912s

μ=956sμ。定时器956sμ的计数值=定时时间器0的定时时间为：T/2=1912/2s

μ/1sμ=956(时钟频率=12MHZ)。装入T0计数器初值为65536-/机器周期=956s

956=64580。

将64580装入T0寄存器中，启动T0工作后，每计数956次时将产生溢出中断，进入中断服务时，每次对P3.0引脚的输出值进行取反，就可得到中音DO（523HZ）的音符音频。将51单片机内部定时器工作在计数器模式1下，改变计数初值TH0,TL0以产生不同的频率。下表2-1是C调各音符频率与计数初值T的对照表：

表2-1 C调各音符频率与计数初值T的对照表

3.2.2音符、音符编码及定时器初始值：

为了产生音符，必须求出音符低音5—高音5的计数初值。例如C调的低1DO的THTL=65536-50000/262=63627，中音DO的THTL=65536-

500000/523=64580,高音DO的THTL=65536-500000/1042=65056。为了方便写谱，对其进行简单的编码，在编程时，根据音符编码查找对应的计数初值。比如说音乐是C调的，那么出现低音的5SO，直接将代码写为1；出现低音6LA,直接写一个2的代码；出现低音7SI，直接写一个3代码。

表2-2 音符编码表

3.2.3节拍频率的产生、节拍的产生与编码：

音乐中的节拍用延时时间产生。例如，1拍=0.4s，1/4拍=0.1s，以此类推。假设1/4拍执行一次延时程序，则1/2拍就执行两次延时程序，所以只要求出1/4拍的延时时间，其余节拍就是它的倍数。为了方便，将节拍数也进行了编码，并且计算了乐谱节拍编程时的延时时间，如表2-3和表2-4所示。

表2-3 节拍数编码表

表2-4 乐谱节拍编程时的时间延时表

音符编码和节拍编码完成后，在编程时，每个音符占一个字节，高四位是音符编码，低四位是节拍编码。

4、硬件电路设计

4.1 总体设计框图

本设计中用到了AT89C51单片机，8个开关，扬声器，数码管等硬件电路常用元器件。

4.2 晶振与复位电路

晶振电路为系统提供基本的时钟频率信号，它结合单片机内部电路产生所需的时钟频率。

复位电路由单片机XTAL1、 XTAL2引脚外接晶振（12MHz）及起振电容

C1、C2（均为30pf）组成。当复位按钮按下时，内存和相关的寄存器，计数器，计时器所具有状态表示的器件全部被复位，回到初始状态。（如下图所

示）

4.3 按键输入电路

按键输入电路由8个开关组成， P1口作为输入控制按键。

4.4 输出显示电路

用P0.0~P0.7作为数码管的D0~D7的控制信号。由于P0口作为输出，应加上拉电阻。用P2.0口控制发光二极管以及扬声器。

5 、仿真过程及仿真结果

6、心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。

对于我们这些工科学生来说，这是一次考验。怎么才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的业余更接近专业？怎样让自己的计划更具有序性，而不会忙无一用？这都是我们所要考虑和努力的。这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会