基于51单片机音乐播放器的设计(共19页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本科毕业论文(设计)题目： 基于51单片机音乐播放器的设计 学院： 班级： 姓名： 指导教师： 王振义 职称： 副教授 完成日期： 2015 年 5 月 20 日基于51单片机音乐播放器设计摘 要：在当今这个繁杂的社会，随着生活节奏的加快，人们从事长期的工作和面对学习过大的压力导致我们处于紧绷的状态，因此音乐对于调节压力不言而喻的十分重要。校园里的上下课的铃声，广场中爷爷奶奶伴随着音乐进行锻炼身体。此设备为人们目前压力过大的生活带来了乐趣。本文是利用51单片机原理设计音乐演奏的硬件电路，并运用C语言进行程序部分的设计。经过51单片机来产生频率不同的波，这些波经过单片

2、机输出和放大电路的放大驱使喇叭发出不一样的音调，延迟系统有可控制音符发音长短。把音乐转化成可以从发音设备中发出的悦耳动听的音乐。 关键字 ：单片机；音乐播放器；C语言 Design based on 51 SCM music player Abstract：In todays complex society, with the accelerating rhythm of life, the people in the long-term work and face learning too much pressure lead to us is in a state of tension,

3、so the music is very important for regulating pressure self-evident.The ringing of a campus of adding and dropping classes, grandma and grandpa accompanied by music in the square to exercise.This device at present stress for people brought joy of life. This paper is the use of 51 single chip microco

4、mputer hardware circuit design of music playing, and part using C language program design.After 51 single chip microcomputer to produce different frequency of wave, the wave through single chip microcomputer output and amplifying circuit amplifier drives the horn a different tone, length of the dela

5、y system with control pronunciation notes.Can put the music into sweet music from pronunciation in the device. Keywords : Single-chip processor; Music player; C programming language 目 录 2.1.3并行输入/输出口电路结构5 2.1.4时钟电路673.2原理图83.3 焊接实物图9 4软件程序设计0222337 48 专心-专注-专业1、引 言单片机又被人家称为微控制器，是一种大规模构成的电路模块，其特点是功能实

6、用、体积又小、性能优秀、价格优惠，适用大多数人群。其中51单片机特点更突出的，并且大范围的应用于工业测试和工业控制之中。51系列也是大多数国内企业喜欢生产的一种，它一定会在今后占有大量的人群供给量。51单片机广泛用于学校做实验，还是我们大学生实验课上喜爱的一种单片机。51单片机它从根本上更换了我们以往的设计的思想和设计的方法。以前必须用模电或数电知识实现的功能，如今已能用单片机和软件技术来达到我们目标。随着时间的流逝，我们更加的追求享受方面的生活，音乐更是我们追求巅峰。传统音乐盒我们父辈都有，多是体积很重，发音质量不好，在工厂里不好批量生产。我在这论文中设计的音乐盒，是基于51单片机设计制作的

7、,经过多次的软件测试来实现发出美丽好听的音乐节拍。和以前很重的音乐盒相比更小巧玲玲，音质更美丽可口。用户我们可以按自己的爱好需求的音乐将其转化成程序码存在单片机的程序存储器中。我们可以把单片机生成不一样的频率波音用音频功率放大器将其声音信号放大，再经过喇叭播放一段连续音乐。这设计经过我很多次尝试验证，发音的效果很好。2、51单片机的结构与原理串行通信接口全双工 1个ROMTXD RXD中断系统并行通信接口48bit定时/计数器 n16bitRAM时 钟电 路CPU总线控制2.1 51单片机的基本结构 2.1.1 51单片机的基本组成及主要性能串行通信接口全双工 1个ROMTXD RXD中断系统

8、并行通信接口48bit定时/计数器 n16bitRAM时 钟电 路CPU总线控制 图 2-1 51单片机基本组成中央处理器即CPU：是51的大脑，他控制其他各个组成元素协调工作，CPU（大脑）能够处理8位二进制数或者代码。CPU是单片机的最重要的成员，并且他里面还有运算功能、控制功能以及寄存器的功能等若干部件的功能。内部数据存储器即RAM：51单片机芯片有很多的单元组成，而单元又被专用寄存器行使控制。51单片机前面若干单元可供用户使用，我们用他来存储可读写的部分。所以通常所说的内部数据存储器就是指前前面的若干单元。51单片机入口地址从00H到FFH（一共有256B）。他是一个有许多功能的可以存

9、储数据的结构，但数据存储可以在栈和堆中，又可以在方法区中的位地址和常量池中。内部程序存储器即ROM： 51的单片机内部ROM的字节为4KB和8KB，用在存放烧入的程序和用户原始数据等基本计算机数据。定时器/计数器 ：51单片机共有双个16位的定时器和计数器，从而可以实现定时功能和计数功能，并以其定时和计数产生的结果作用在播放音乐上。定时是是用来确定各个时间段的，可以当用作计数器用，并且在脉冲上进行计数的操作。并行通信接口 ：51单片机用于数据的输入和输出功能的接口。串行通信接口 ：51单片机有一个能够编程的插口，这个插口必须接外部设备或电脑。我们可以看到单片机和其它设备在数据传送的时候必须用到

10、。这个插口是双排的，它的功能第一可以用作接收信号，第二可以作为移位器用。RXD（ P3.0）脚为接收端口，TXD（P3.1）脚为发送端口。中断系统 ：51单片机有中断系统，我们可以用他中断程序。51系列是有5个中断源，分别是外中断（2个），定时中断（2个），串行中断（1个），所有的中断从不同的顺序开始执行。时钟电路：单片机的芯片的内部是有时钟电路的。时钟电路可以生产我们可以看到的时钟脉冲序列。系统默许的晶振频率肯定是6 MHz到12 MHz。2.1.2 8051单片机的外部引脚说明8051是准确的40引脚集成电子芯片，引脚如图2-2所示。图 2-2 89c51引脚P0口有二个功能： （1）外部

11、扩展存储器时，当作数据输入总线。 （2）外部不作扩展时，是用作I/O供使时，无上拉电阻，当P0用作I/O时有上拉电阻。P1口只能做I/O口使用：内部是有上拉电阻的，P1口接在外部的接受器件上，接受数据。P2口有一个功能： 扩展外部存储器时，P2也可作为地址总线使用。P3口有两个功能： 既可认作为I/O使有且无拉电阻的，又有些许不同的其他的特殊功能. VCC：电源+5V输入 VSS：GND接地ALE/PROG：地址可以控制信号，当我们在扩展系统时，ALE可以在锁存器吧内容封装起来，低位地址在不同的区间数据进行隔离的效果。PORG：我们说是编程脉冲的输入端，51单片机内部结构的程序存储器烧入程序和

12、这个接口息息相关。PSEN：外部读入动作： （1）当内部程序存储器读取时:PSEN是不反应的； （2）当外部程序存储器读取时:每个机器周期只动作2次 （3）当外部数据存储器读取时:PSEN脉冲不会输出，没作用效果； （4）当外接程序存储器读取时:与程序存储器的OE脚相接。EA/VPP 访问和程序存储器控制信号 ： （1）接高电平时： 读取内部程序。 （2）扩展外部ROM：即读取外部程序存储器进来 （3）读取外部ROM：读取外部程序。XTAL1和XTAL2：它外面接的是晶振引脚。我们在使用外部时钟的时侯，可以接一个外部的时钟脉冲信号。2.1.3并行输入/输出口电路结构51单片机共有双排输入/输出

13、口为P0p4。低的位地址和数据由P0这个口传送的，高的位地址是由P2这个口传送的。因此在无片外扩展存储器的系统中，输入/输出口的为双排的输入/输出端口。2.1.4 时钟电路由多片单片机共同构成的系统中，外部时钟电路是导入外部脉冲信号的硬件电路。导入信号脉冲时，应注意不要接超过规定范围的直流电压，并且应该和时钟脉冲相同步。如下图。图 2-4 时钟源接法2.2 51单片机CPU结构分析2.2.1 运算器 (1)算术和逻辑运算。一个字节符号byte由是8位二进制组成，半个字节就是4位二进制组成。(2)加、减、乘、除、+、-、%取余等算术运算。(3)与、或、异或、同或、求反等逻辑运算。(4)位运算。2

14、.2.2 控制器 程序计数器:当我们要执行程序时就要从ROM中的读出来程序字节，然后让CPU去帮我们执行，而程序计数器就可以记录数字，让我们知道程序执行到哪里了，标记起来让程序员更容易的调试程序，更简单。所以程序计数器是用来指示的。指令寄存器：寄存器可以记录我们的具体操作信息，保留我们上一次的操作指令，让我们在输入程序时可以不至于因为断电而失去相关信息。定时与控制：这个可以让我们了解程序的执行方向，程序要往哪执行，是控制器的核心部件。协调各部件的工作过程。2.3 51单片机的存储器 2.3.1 数据存储器(RAM) 51单片机内部RAM的128或256个字节为用户数据存储，当我们用户访问RAM

15、时，单片机可以从内部读出以存储的信息供我们使用，它内部的程序可以控制外部设备操作的执行。我们在控制台输入MOV操作时单片机开始执行命令。51单片机的地址空间用于存储数据的空间空间是从低0-128字节；从上面看得出，低0-128字节才是真正的数据存储器。2.3.2 程序存储器(ROM) 51单片机的ROM是我们用户用来存储外部烧进去单片机内部的程序，它可以是用于存放我们要用的程序、数据和表格等资料和操作指令。如果单片机没有内部的ROM，则我们就相当于一个人只有外表而没有思想和灵魂一样。当ROM工作时，CPU从外部程序存储卡慢慢地读取程序。而内部有ROM的单片机，通常运行时，CPU先从内部直接的将

16、程序读取出来，然后再从外部读取程序。 3、 硬件电路设计3.1 总体设计框图 80c51单片机扬声器歌曲控制按钮电源复位晶振时钟图 3-1 总设计图3.2 原理图3-2 原理图3.3 焊接实物图 3-3 焊接实物图3.4 时钟电路 图 3-4 时钟电路 3.5 音频发生及放大电路图 3-5音频发生及放大电路利用STC89C51的I/O口产生一定频率的方波脉冲，通过放大设计的电路让喇叭发出超大功率且不同的音调从而演凑乐曲。4、软件程序设计 4.1单片机发声原理一般来说，单片机不包含相应幅度的谐振频率。单片机的演奏是由音乐的单音频率实现的。因而单片机的演奏是比较简单的（只需能清楚“音调”和“节拍”

17、）。音调代表我们发出声音的的音响频率幅度大小，而节拍是控制发声间隔时间及每个音调的的时间多长，让我们听到的音乐更加有动听感。从一首歌曲中确定了音符的频率后，我们就可以设置出相应的程序，让它产生我们可以听到的音乐。而要达到这一步我们必须用到单片机的定时中断结构，通过我们编写的中断程序，控制电路的发声电路的电压的大小，发音电路让扬声器发出我们可以听到的有间隔声音，这不同的时间的间隔就代表了节拍，所以我们事先想好要编入进单片机的歌曲，让后让音乐学院的同学指导我们这个歌曲的各个音符之间的节拍是多少，让我们编入程序，从而构成一首完整的音乐。音调是由歌曲相应的的频率直接决定的。相比于某一强度的纯歌曲而言，

18、歌曲的响度是有我们自己的喉咙发音的大小，是人的因素可以控制的。就相当于我们听MP3时把音乐调高一样。而音调不同于响度，音调可以由于不同的发音乐器的不同而不同，同一种发音乐器也可以因为他的物质结构不同而产生不同的音调。以标准高音A的频率F=440HZ，其对应的周期为：T=1/F=1/440=2272us则t=T/2=2272/2=1136us。而降低，3000赫兹以上高频声音的音调随响度的增大而升高。在音乐课中我们学习了音符，它们之间相差的频率间隔，学术上称它为八度音。一个八度音等于一十二个t（即半音阶）这是由于我们的人耳的听觉效果不同产生的。我们只要知道这12个音符各个的音高，就可以确定其基本

19、频率，也就是说，我们可以得到其他相邻的音符的音调频率的值是多少。开始初始化堆栈初始化音乐输出口及按钮 暂停/播放键是否按下上一曲键是否按下，并且在开机后有一次按下暂停/播放键根据当前状态播放相应歌曲的某个音符按键处理是否下一曲键是否按下，并且在开机后有一次按下暂停/播放键按键处理是 否按键处理是 否开机后是否按下过暂停/播放键是 按键处理否4.2 程序流程图4.3 程序代码下面是程序代码，其中的全局变量RATE代表音符频率表，如下： RATE和RATEL中分别为数据的高8位和第8位，分别用来初始化TH0、TL0。音乐的音拍。5 调试与故障分析 5.1 软件程序调试 本次设计的软件部分由音乐播放

20、程序组成。调试过程：关于音乐播放程序的调试，我利用笔记本上的调试软件进行源程序的调试。故本人将单片机的P1.0处接了一个示波器，这样便可通过这样的方式调试音乐播放的程序设计在音频及定时器的设计是否合理，但是我取得的效果不是很理想，没有得到想要的结果。即程序在运行的时候，没有看见示波器上有不同形状的波形接连出现，如果频率变换得很快，就无法在显示器显示的是所需要的频率，更没有办法去分别音频变换的节奏是否正确。因此这个方法并不适用。接着，在老师的指导下，本人制作了一个简单的由单片机和其他器件构成的十分简单的播放器电路，并且自己设计了个放大电路。我自己亲自在实验板上焊接电路，电路中器件由单片机89C5

21、1和按钮、晶振等外围电路组成，再外接一个蜂鸣器。将程序烧写入单片机中的这部分也是老师帮忙下写入的，这样我就成功的设计出能听出声音和音乐节拍的播放器。5.2 硬件电路调试 本次设计的硬件电路主要由单片机89C51、万用板、小喇叭、lm386芯片、晶振、组成，在调试电路的过程中我遇到下列一些问题。问题一：单片机无法正常烧写我编写程序。调试步骤： （1）仔细检查单片机和串口电路是否连接错、是否松动。 （2）仔细检查焊接电路是否有虚焊和漏焊的情况。问题二：下载音频C程序后无法播放音乐。调试步骤：（1）,.仔细检查电源是漏接入电路中。（2）.利用示波器调试单片机的输出端是否产生脉冲，如果发现示波器输出的

22、图形不是无规则方波或输出一条直线，则说明单片机非正常工作。（3）.利用示波器测试音频放大电路输出端是否有信号输出，如果发现示波器输出的图形不是无规则的方波或输出一条直线，则说明音频放大电路非正常工作，或者是蜂鸣器虚焊。 故障问题：测试时发现扬声器烧坏了，发不出声音。 解决问题：重新买一个无源蜂鸣器，即可正常播放音乐。6、总结与展望 经过这次毕业设计，我从中获得许多各个方面能力的发挥。总结有以下几点：（1）通过本次毕业设计，我以自己的能力设计出基于单片机的播放器，发挥了四年的学习成果到本次设计中。同时，在老师严格的指导下，我也认识到自单片机的C程序导入和定时计数的原理以及电路原理图的设计。发现自

23、己所学理论知识有所欠缺。（2）熟悉的掌握了单片机的知识。尽管我们没有开设单片机这门课程，但通过此次毕设，我对单片机的基本原理、内部结构、各引脚功能、定时器等结构产生了深刻的理解和认识。并且，能够用单片机设计一个简单功能的作品。（3）通过本次设计，我熟悉的掌握了电路各类作品的设计。本次设计我独立完成硬件部分的焊接和原理图图纸的制作，并且独立完成调试过程。（4）培养了我独立学习及上网收索各种资料的特长。在毕设阶段过程中，我面对了各种坎坷，于是我通过上网查找和图书馆借阅资料的方式，或是通过与任课老师、相关专业的同学交流向他们不耻下问。从中我懂得了要虚心采纳别人宝贵的建议，而且还懂得不断学习的重要性。

24、7、参考文献1 郑郁正.单片机原理及应用.四川大学出版社，20032 谭浩强.C程序设计（第二版）.清华大学出版社，19993 王晓君.安国臣等. MCS51及兼容单片机原理与选型. 北京-电子工业出版社, 20035 李建忠.单片机原理及应用M.西安:西安电子科技大学出版社,20026 沈庆阳.单片机实践与应用M.北京:清华大学出版社,20027 张义和，陈敌北。例说8051。北京：人民邮电出版社，20068 张洪润，张亚凡。单片机原理及应用。清华大学出版社，20049 AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999.dec10Yang. Y.,

25、 Yi. J., Woo, Y.Y., and Kim. B.: Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique, 200111 Vizimuller, P.: RF design guide-systems, circuits, and equations ， 19958、致 谢通过四年的学习，我很高兴有一个完美的大学学习环境。在最后毕业之际，学校让我们毕业生运用四年学得知识，充分的发挥到我们学术论文上，我们可以再次回顾以往学得知识，巩固自己全方面的知识，让我们在以后的工作中更加的不会遗忘以往的知识，更加好的利用知识到工作中。最后感谢我们的论文指导老师王振义，他孜孜不悔的指导我写好一篇不错的论文。在写论文的过程中我多次去学校的实验室找老师，老师都会耐心的手把手教导我该怎么做，特别是在把c程序烧进单片机的时候，这部分我大一没学好，幸亏有指导老师一步一步教我。也很感谢学校给我们每个毕业生得这一次难得的机会，让我们能顺利的完成毕业。