1、音乐倒数计数器下载信息工程学院课程设计（论文） 黄河科技学院 课程设计报告书 题目: 音乐倒数计数器 课 程：单片机课程设计 专 业：数控技术 班 级：学 号： 学生姓名： 指导教师： 何春霞 年 01 月1 2013 6 日 信息工程学院课程设计（论文） 摘 要 本设计是基于AT89C52单片机的音乐倒数计数器，根据单片机技术原理，通过硬件电路设计与软件设计，制作出的音乐倒数计数器能稳定运行，并能正常播放音乐。该设计硬件部分主要包括按键电路、复位电路、LCD显示电路以及蜂鸣器组成，其中K1键作为第二功能键加入外部中断0，用以切换时间选择模式。计数值为零时，通过定时器T1调节音频，是蜂鸣器发出
2、不同的音调。本设计利用Keil uVision4作为编程软件进行源程序设计及调试，同时使用PROTEUS7.7进行硬件电路的搭建仿真。 关键字： 单片机 音乐 计数器 proteus 蜂鸣器 2 信息工程学院课程设计（论文） 目 录 1 任务提出与方案论证. 7 1.1 采用555定时器. 7 1.2 采用单片机控制. 7 2 总体设计. 8 2.1 系统硬件设计. 8 2.2 系统软件设计. 8 3 详细设计及仿真. 9 3.1硬件电路详细设计 . 9 3.2软件详细设计 . 12 3.3 系统仿真.14 4 总结. 16 参考文献. 17 附录.18 3 信息工程学院课程设计（论文） 1
3、任务提出与方案论证 21世纪电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，而作为创新的倒数计数器更是在普通家庭中广泛应用。 1.1 采用555定时器 555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器的功能主要由两个电压比较器决定。两个电压比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在 电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3.若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出
4、端OUT=1.如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。 本方案由于555定时器回差太小、且不能调整、功能上有所欠缺等缺点不宜选择。 1.2 采用单片机控制 单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处，其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。而LED显示器具有体积小、重量轻、工作电压低、功耗极低、稳定可靠、成本低、控制驱动方便、接口简单易用、模块化结构紧凑等特点，同时外接的继电
5、器可以完成对大电流的控制，功能更加全面。 这个方案价格便宜，编程简单，专用性强，功能可随着单片机的选择而调整，比较适合本设计 综上所述，方案1.2有很大的优势，可以利用单片机和LCD显示器来实现定时倒数，通过蜂鸣器来发出音乐。 4 信息工程学院课程设计（论文） 2 总体设计 2.1 系统硬件设计 以AT89C52单片机作为主控制器，外加按键电路、复位电路、LCD显示电路和蜂鸣器构成。 其系统框图如下： 2.2 系统软件设计 本设计将各个功能部分分别封装为函数，故在主函数只需进行相关的初始化即可。在主函数的大循环中设置播放音乐的标志位FLAG_M,在while(1)不断检测FLAG_M是否为真，
6、若为真，表示定时时间已到，播放预先设置的音乐-千年之恋。 其主函数框图如下： 5 信息工程学院课程设计（论文） 3 详细设计及仿真 在本设计中利用了单片机的两个外部中断，以及定时器T0/T1，使得电路在运行的过程中更加灵敏及稳定。软件的设计上将各功能封装成函数，便于调用和调试。最后用proteus7.7搭建电路仿真，系统能正常运行。 3.1硬件电路详细设计 3.1.1 AT89C52单片机 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失
7、性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 如图1所示： 图1 3.1.2 LCD1602液晶显示电路设计与原理 工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是 6 信息工程学院课程设计（论文） 背光电源。VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的
8、大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 Proteus7.7中的1602液晶只有14个引脚，少了背光电源的两根引脚，完全兼容。 本设计中，液晶的数据口与单片机的P0口相连。 如图2所示： 图2 3.1.3 复位电路 当MCS -5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。当单片机已在运行当
9、中时，按下复位键后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。 如图3所示： 3.1.4 按键电路 图3 题目中要求通过按键来设置定时的时间，并且能为160间的任意时间，根据要求以K1作为第二功能选择位，来更改时间设置的模式。不按K1时，按下K2、K3、K4分别为定时5分钟，10分钟，20分钟；按下K1后，初 7 信息工程学院课程设计（论文） 始为30分钟（为方便上下调节选择30为初始值），然后再按K2为加1分钟，按K3为减1分钟，按K4为设置完成。 为了系统能更加灵敏的工作，加按键均加入了中断若有按键按下，系统能立即反应，并执行相应中断服务子程序。 K1连接外部中断0
10、，K2,K3,K4通过一个三输入与门连接至外部中断1，并分别连接PI.0，PI.1，PI.2口，供中断服务子程序查询。 如图4所示： 3.1.5 蜂鸣器 图4 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示。 单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。本设计选择利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行
11、驱动。 利用I/O 定时翻转电平来产生驱动波形的方式必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。比如为2500Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为400s，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O 口每200s 翻转一次电平就可以产生一个频率为2500Hz，占空比为1/2duty 的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。 由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。 如图5所示： 8 信息工程学院课程设计（论文） 图5 3.2 软件详细设计 在本程序
12、中设置了两个标志位FLAG_M,FLAG，分别作为音乐播放标志位和时间设置模式选择标志位。 若FLAG=1，再由外部触发检测K2K4的状态， if(K2=0) TIME_M+; LCD_display(TIME_M,0); if(K3=0) TIME_M-;LCD_display(TIME_M,0); if(K4=0) FLAG=0; LCD_display(TIME_M,0); TIME_M为所定时的时间 若FLAG=0，if(K2=0)temp=5;LCD_display(5,0); if(K3=0)temp=10;LCD_display(10,0); if(K4=0)temp=20;LC
13、D_display(20,0); TIME_M=temp; 本程序设计关键以及难点在于实现音乐的播放，以下详细解释用程序实现播放音乐的过程。 3.2.1 音调、节拍以及编码的确定方法 一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。 3.2.2音调的确定 不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来
14、米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，CD、DE、FG、GA、AB两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；EF、BC 9 信息工程学院课程设计（论文） 两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上号或者b号的叫变化音。叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是
15、中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。 1）要产生音频脉冲，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。利用定时器计时这半个周期时间，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。 2）利用AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式1下，改变计数值TH1及TL1以产生不同频率的方法
16、。 此外结束符和休止符可以分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应的停顿效果。 3）例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每次技术956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。 计数脉冲值与频率的关系公式如下： N=Fi?2?Fr N：计算值； Fi：内部计时一次为1us，故其频率为1MHz； 4）其计数值的求法如下： T=65536-N=65536-Fi?2?Fr 例如：设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。中音D
17、O（523Hz）。高音的DO（1046Hz）的计算值 T=65536-N=65536-Fi?2?Fr=65536-1000000?2?Fr=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 3.2.3节拍的确定 若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。“节拍”,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s，则1/4 拍为0.125s
18、。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。 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频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。了解音乐的一些基础知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/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。 3.2.4 编码 do re mi 高音FA E
19、65178 10 信息工程学院课程设计（论文） fa so la si分别编码为17，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为0。播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲 11 信息工程学院课程设计（论文） 谱的结束标志。 举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。 举例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22 歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsig
20、ned char 的数组中。程序从数组中取出一个数，然 12 信息工程学院课程设计（论文） 后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。 表4.4 简谱对应的简谱码、T值、节拍数 简谱码 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D 4 5 高音SO F 65217 T值 64260644006452464580646846477764820648986496865030650586511065157 13 信息工程学院课程设计（论文） 3.3 系统仿真 根据前面的硬件、软件的设计，在p
21、roteus7.7上进行仿真试验，结果显示系统一切运行正常。 系统硬件设计的总电路图如下： 单片机上电复位后，显示如下： 不按K1，直接按K2时，显示： 按下K1后，再按K2，显示： 14 信息工程学院课程设计（论文） 按下复位按键后，显示： 系统复位了 当计数值为0时，蜂鸣器也能放出音乐。 经测试，本设计完全能够正常工作，完成了各项要求。 4 总结 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。在本次设计中遇到了很多问题，特别是程序细节上的问题，但只要自己能沉下心来认真、细心、耐心的去调试程序，最后所有的问题便一个一个均迎刃而解，这也让我认识到，
22、在项目设计的过程中一定要经的住问题的考验，只要我们认真仔细的排查问题的原因，最终还是能够解决的。 总之，这次设计从软件编写、调试到软硬件联机调试，我倾注了大量的时间和心血，当然也收获了很多。在此认识到，要学好硬件或软件，一定要踏实下来做项目，这样我们的收获才是最大的，最直接的。 15 信息工程学院课程设计（论文） 参考文献 1谭浩强.C程序设计M.北京:清华大学出版社 2008 2郭天祥.51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社 2011 3张毅刚.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社 2011 4康华光.电子技术基础（模拟部分）M.北京：高等教育出版社 2009 附 录 源程序代码：
23、 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /特殊功能位声明 sbit K2=P10; sbit K3=P11; sbit K4=P12; sbit LRS=P13; sbit LEN=P14; sbit fm=P15; /全局变量声明 uchar FLAG,FLAG_M; uchar TIME_M,TIME_S; uchar num; uchar time_l,time_h; /函数声明 void Init_break(); void Init_T0(); void Init_T1(); void Init_
24、LCD(); void LCD_W_cmd(uchar); void LCD_W_data(uchar); void LCD_display(uchar,uchar); void FLAG_0(); void FLAG_1(); void delay(uint); void delay16(uint); void PLAY_MUSIC(); / uchar code table_name=Zheng Li; / /-简谱- 16 信息工程学院课程设计（论文） /编程规则:字节高位是简谱,低位是持续时间, /代表多少个十六分音符 /1-7代表中央C调,8-E代表高八度,0代表停顿 /最后的0是结
25、束标志 uchar code qnzl= /千年之恋 0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08, /前奏 0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62, /竹林的灯火 到过的沙漠 0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22, /七色的国度 不断飘逸风中 0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32
26、,0x62, /有一种神秘 灰色的旋涡 0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02, /将我卷入了迷雾中 0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52, /看不清的双手 0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02, /一朵花传来谁经过的温柔 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76, /穿越千年的伤痛 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36, /只为求一个结果 0x61,0
27、x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53, /你留下的轮廓 指引我 0x42,0x63,0x83,0x83,0x91,0x91, /黑夜中不寂寞 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76, /穿越千年的哀愁 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36, /是你在尽头等我 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53, /最美丽的感动 会值得 0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff/结束标志 /用一生守候 ; /-简谱音调对应的定- /适合11.0592M的晶振 uchar code T1_cuzhi= 0xff,0xff,/占位 0xFC,0x8E,/中央C调1-7 17 器初值时 信息工程学院课程设计（论文） 0xFC,0xED, 0xFD,0x43, 0xFD,0x6A, 0xFD,0xB3, 0xFD,0xF3, 0xFE,0x2D, 0xFE,0x47, /高八度1-7 0xFE,0x7
