工业大学单片机课程设计-基于51单片机的音乐播放器.doc

湖南工业大学课程设计任务书2014 2015学年 第一学期 电气与信息工程 学院（系、部） 专业 班级课程名称： 单片机应用系统 设计题目： 基于51单片机的音乐播放器 完成期限：自 2014 年 12 月 15 日至 2014 年 12 月 26 日共 2 周内容及任务设计一个基于51单片机的音乐播放器：设计一个音乐播放器，利用51单片机产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，演奏乐曲 。共含有3首歌曲，通过p3.2的按键开启播放器，自动从第一首歌曲播放至第三首歌曲，播放时能显示乐曲的序号，同时相应歌曲的指示灯会亮起。按下按键p3.4 ，可实现播放下一曲的功能 ，按下按键p3.5，可实现播放上一曲的功能。按下按键P3.3,可实现暂停、播放功能，同时数码管显示字符F. 进度安排起止日期工作内容2014.12.152014.12.17讲述设计内容及基本原理2014.12.182014.12.23进行系统的设计2014.12.242014.12.25进行系统的调试2014.12.26验收主要参考资料 1欧伟民、何静.单片机原理与应用系统设计.电子工业出版社，2013年 2马忠梅.单片机的C语言应用程序设计（第五版）.北京航空航天出版社，2013年 3胡汉才.单片机原理及其接口技术（第二版）.北京清华大学出版社，2003年 4李俊梅.音乐基础理论.中国传媒大学出版社，2003年指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日7（单片机应用系统）设计说明书（题目）基于51单片机的音乐播放器起止日期： 2014 年 12 月 15 日 至 2014 年 12 月 26 日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)电气与信息工程学院（部）2014年 12 月26日湖 南 工 业 大 学本科课程设计开题报告 学 院（部）：电气与信息工程学院 专 业：自动化 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指导教师姓名： 职称 2014年12月 17日题目：基于51单片机的音乐播放器1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写文献综述音乐是反映人类现实生活情感的一种艺术,东方以中国为首的中国古代理论基础是五声音阶，即宫、商、角、徵、羽.自古以来，高山流水，亦或是阳春白雪、下里巴人，音乐总是以其律动的形式，陶冶人们的情操，增添生活的乐趣。在所有的艺术形式中，音乐是最擅长于抒发情感、最能拨动人心弦的艺术形式，它借助声音这个媒介来真实地传达、表现和感受审美情感。利用单片机演奏音乐大概是单片机爱好者感兴趣的问题之一。利用单片机控制音乐播放比较常见，音乐芯片也相当之多，而利用单片机存储音乐，控制播放，也正是本设计的初衷，单片机控制灵活通用，模块化，易学易用， 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，将单片机与音乐播放结合，是具有可行性的。通过控制单片机定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音，即声调。用软件延时来控制发音时间的长短，控制节拍。把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存放在存储器中，由程序查表得到定时常数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲的持续时间。 音乐播放器是利用单片机产生乐曲音符，再把乐曲音符翻译成计算机语言，利用单片机进行信息处理，再通过蜂鸣器放出音乐。音乐的产生主要是通过单片机的I/O口输入不同的脉冲信号来控制蜂鸣器发音。要想产生音频脉冲信号，需要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以二，即为半周期的时间。利用单片机定时器计时这个半个周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O口反相，然后重复计时此半周期的时间再对I/O口反相，这样就能在此I/O口上得到此频率的脉冲。通常，利用单片机的内部定时器0，工作在方式一下，改变计数初值TH0和TL0来产生不同频率。对于音符的节拍，如果1拍为0.4s,那么1/4拍为0.1s,只要设定延迟时间就可以求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，那么1拍应为4DELAY，以此类推。总而言之，一首乐曲是由音阶和节拍两大要素构成。一首乐曲演奏的原理是：不同音阶分别对应不同的频率，发出不同的音调而节拍则控制发出音调时间的长短；若将乐曲的音调连续发出，并使其按相应的节拍变化，即可演奏一首乐曲。根据这一基本原理，我采用单片机来设计音乐播放器。本课题以单片机为核心设计一个音乐播放器，完成多曲选择播放控制、停止控制、上一曲、下一曲控制等功能。音乐播放器利用单片机的定时器产生乐谱的各种频率方波，信号经过放大后由蜂鸣器发出声音，选取某段音乐使单片机连续播放。设计4个按键：播放/停止、下一曲、上一曲；1位LED显示器，用来显示所选曲目，在开发板上进行调试。MCS-51系列单片机优异的性能/价格比，使得它从面世以来就获得用户的认可。20世纪80年代中期以后，Intel公司把这种单片机的内核（即8051内核）以出售或互换专利的方式传授给一些半导体公司，如Atmel、Philips、SST等，这些公司的这类产品被称为80C51系列单片机，其中以Atmel、Philips、SST等公司生产的与80C51兼容的8位单片机89C51最为典型。 2选题依据、主要研究内容、研究思路及方案2.1选题依据当今社会的快速发展，科技的进步，人们的生活水平不断提高，人们开始使用开发电子产品，给生活、工作带来便利。单片机的应用刚好适应了人们的需求，同时它更加贴近于生活。而音乐这一灵动的形式为人所喜爱，自然的音符，跳动的音阶，美好的旋律，总是给人美的享受。将时下流行的音乐概念投射到单片机的控制领域，通过编程控制，让单片机蜂鸣器发出 音乐，切中时下的电子产品领域热潮。有其新颖性，创新元素也体现在其中。同时作为音乐爱好者，通过单片机的控制，将所学知识和自己的兴趣爱好结合起来，也是一件乐事，是自己能够运用所学知识，制作设计一个控制播放器，有其趣味性，是自己十分感兴趣的选题。音乐播放器先前早就出现过，音乐芯片也在市场上很常见。利用单片机控制播放音乐也不胜枚举。利用所学的单片机知识，由于本人对音乐简谱知识有一定了解，因此，选题具有可操作性，可行性。是能够利用目前阶段所学知识设计出来的。本文介绍了一种基于AT89S-51单片机的简单音乐播放器设计。该设计以8051单片机为主体，结合播放等设备，实现单首歌曲循环播放及暂停功能，同时以指示灯显示播放状态。2.2 主要研究内容以AT89S51为核心的音乐播放器，首先要深入了解此款单片机的各个功能，包括定时器、中断、数码管显示、按键的操作等。利用51单片机制作一个简单的音乐播放器，本课题以单片机为核心设计一个音乐播放器，完成多曲选择播放控制、停止控制、上一曲、下一曲控制等功能。音乐播放器利用单片机的定时器产生乐谱的各种频率方波，信号经过放大后由蜂鸣器发出声音，选取某段音乐使单片机连续播放。设计4个按键：启动、播放/停止、下一曲、上一曲；1位LED显示器，用来显示所选曲目，在开发板上进行调试。根据系统的功能分析系统所需要用到的硬件资源，包括电源电路、定时中断、蜂鸣器电路、按键输入、数码管显示、复位电路。根据系统功能及其51单片机的硬件资源，编写系统主控软件、音乐播放软件、乐曲曲谱表、按键控制模块、数码管显示模块、二极管亮灯设计，并进行软件调试。采用汇编语言，在keil uVision4中进行程序编写、编译并生成可下载的文件，通过串口连接下载到系统中。实现音乐播放器的预定功能。以AT89S51为核心的音乐播放器，首先要深入了解此款单片机的各个功能，包括定时器、中断、数码管显示、按键的操作等。2.3 研究思路及方案以AT89S51微处理器为核心进行音乐播放器设计：（1）51单片机。51单片机为整个系统的核心部分，是带动整个系统工作的重要部件。（2）按键输入。按键输入用来控制音乐播放指令，按下不同的按键，单片机执行不同的指令，显示正在演奏的歌曲 序号，并亮起相应的指示灯。（3）蜂鸣器电路。蜂鸣器作为输出部分，按照曲谱发出音乐。（4）数码管显示电路。数码管显示也作为输出部分，显示当前正在演奏的乐曲序号值。3. 工作进度及具体安排第一周星期一、上午：布置课题任务，课题介绍及讲课。下午：借阅有关资料，总体方案讨论。星期二、选题，确定选题。星期三、拟写开题报告，老师审阅。确定总体方案。学习与设计相关内容。星期四、学习与设计相关内容。各部分方案设计，各部分设计。星期五、学习与设计相关内容第二周星期一：设计及上机调试。星期二：调试星期三：调试、写说明书。星期四：写说明书、完成电子版并打印成稿。星期五：老师验收，撰写设计报告4. 指导教师意见指导教师： 年 月 日说明：开题报告作为课程设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为课程设计成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。单片机课程设计报告电气与信息工程学院一、设计任务：1本课题以单片机为核心设计一个音乐播放器，完成多曲选择播放控制、停止控制、上一曲、下一曲控制等功能。音乐播放器利用单片机的定时器产生乐谱的各种频率方波，信号经过放大后由蜂鸣器发出声音，选取某段音乐使单片机连续播放。设计4个按键：启动、播放/停止、下一曲、上一曲；1位LED显示器，用来显示所选曲目，在开发板上进行调试。2.此次设计的音乐播放器具有如下要求：（1）按下P3.2启动键，音乐播放器按照从头到尾的顺序自动播放预先设定的13共三首乐曲，全部播放完毕则从头开始。 （2）播放歌曲时，数码管显示正在播放的乐曲序号，相应的歌曲序号彩灯亮起，P2为第一首歌曲指示灯，P2.6、P2.5分别为第二首、第三首歌曲播放指示灯。 （3）P3.4为曲目加一按键，按下之后，播放下一首歌曲。数码管显示下一曲序号，相应指示灯亮起。 （4）P3.5为上一曲按键，按下之后，播放上一首歌曲。数码管显示上一曲一曲序号，相应指示灯亮起。 （5）当用户按下暂停键P3.3时，音乐播放器打断正在播放的某一乐曲，用户再次按下暂停键，该乐曲继续播放。二、单片机最小系统硬件资源介绍：1 单片机芯片、LED彩灯接口电路、数码管接口电路单片机芯片LED数码管2.输入按键电路P3.5下一曲 P3.4上一曲 P3.3暂停/播放 P3.2启动3.蜂鸣器电路4.复位电路 5.电源电路 三、设计思路：3.1乐曲实现的原理 乐曲音阶的计算表 简谱音符与频率对应图根据程序设定的延时，一周期的时间为0.0398ms，因为中音1 对应的频率为523Hz，所以频率的控制值(TAB中的值)为十六进制的30H，用十进制表示为48。各音符频率与计数值T的关系音符频率（Hz）半周期（ms） 简谱码T值定时值（H）简谱码T值定时值（D）TAB值（16进制）低1 Do2621.90F894H626285FH低2 Re2941.70F95CH6383555H低3 Mi3301.51FA1AH640214CH低4 Fa3491.43FA6AH6410348H低5 So3921.28FB00H6426010H低6 La4401.14FB8CH6440039H低7 Si4941.01FC0EH6452433H中1 Do5230.95FC4AH6458030H中2 Re5870.85FCAEH646842BH中3 Mi6590.76FD08H6477726H中4 Fa6980.72FD30H6482024H中5 So7840.64FD80H6489620H中6 La8800.57FDC6H649661CH中7 Si9880.51FE02H6503019H高1 Do10460.47FE2AH6505818H高2 Re11750.42FE5CH6511015H高3 Mi13180.38FE84H6515714H高4 Fa13970.36FE98H6517812H高5 So15680.32FEC0H6521710H高6 La17600.28FEE8H652520EH高7 Si19670.25FF06H652830DH乐曲节拍的计算；由定时器T0控制延时。歌曲是速度决定时间，但是时值是相对的。本设计中利用计数器完成10毫秒延时，设置1拍的长度为640毫秒，则对于TAB中的值用十六进制表示为40h。节拍1/161/81/41/2TAB表值10H20H40H80H乐谱在程序中的编制将乐谱转化为代码，应包含乐曲的音阶、音长（节拍）等信息。（1）将音阶代码组成一个字节，节拍代码组成一个字节，按照:音阶代码，节拍代码，音阶代码，节拍代码的顺序，将一个乐谱转化成一定长度的代码数据表。（2）在程序执行时顺序查此表，取出音阶代码，随后将对应的定时初值送定时器T0，使定时器T0产生该音阶对应的频率，并通过P1.5口输出，驱动外接蜂鸣器发声。 （3）取出节拍代码，持续相应的节拍3.2系统流程图3.3系统方案本设计用89S51单片机为核心，利用8段数码管显示器.采用动态显示输出，声音输出用蜂鸣器来实现,用一片单片机即可满足本设计的输入输出。系统框图如图2-所示：电源电路12MHZ晶振电路89S51单片机显示电路键控电路复位电路蜂鸣电路通过对音乐播放器主体部分的电路进行模仿设计，达到播放器固有的基本功能，设定按钮K1、 K2、K3和K4。按钮K1打开并自动播放乐曲1至3；按钮K2暂停/播放；按钮K3为手动下一曲调试键；按钮K4为手动上一曲调试键。根据设计要求该播放器能实现音键的控制。系统主要由播放器发声模块、按键选择控制模块和存储器模块构成。播放器发声模块负责发出歌曲相应的音符；选择控制模块负责由外部控制播放器的各项功能的实现；显示模块负责按键时产生相应的值，由数码管来实现。在只实现基本功能时（由功能控制键控制），本文的主要内容是用AT89S51单片机为核心控制元件，系统程序主要包括主程序，定时器中断程序，音乐播放程序，延迟子程序等。四：PROTEUS仿真电路图基于单片机的音乐播放器的是利用PROTEUS软件来实现电脑仿真，仿真步骤：1、 打开PROTEUS软件，选择器件，连接电路图；2、 添加已经编译的HEX文件到单片机内；3、 单步运行，观察结果，比较预定结果，修改源程序；4、 总体调试运行；5、 分组测试，看是否达到任务要求。五、系统源程序SHUZHI EQU 3FH ;选取目的地址SONG EQU P1.5 ;扬声器播放P1.5PLAY EQU P3.2 ;启动键P3.2ADDONE EQU P3.4 ;曲目加一键P3.4SUBONE EQU P3.5 ;曲目减一键P3.5DUL EQU P0 ; 数码管段选P0口WEL EQU P1 ; 数码管位选P1口ORG 0000HLJMP STARTORG 000BH ; 定时器0溢出中断入口地址AJMP CONT ; 指向定时器中断程序ORG 0013H ;外部中断一入口地址AJMP PAUSE ; 指向外部中断程序ORG 0100HSTART: MOV SP,#60H MOV TH0,#0D8H ; 定时器赋初值 MOV TL0,#0EFH MOV TMOD,#01H;定时器T0,工作方式一 MOV IE,#86H ; 开中断 （外部中断一，定时器中断0） MOV TCON,#00H;低电平触发 MOV R0,#00H MOV SHUZHI,#00H MAIN: JNB PLAY,FIRST ; 判断P3.2键是否按下 SJMP MAINFIRST: ACALL DE120 JNB PLAY,FIRST ; 判断P3.2键是否释放 MOV SHUZHI,#00H MOV DUL,#0F9H ; 显示数值1 MOV WEL,#0F7H ; 显示位送P1口 MOV P2,#7FH ;亮第一首歌曲的指示灯 MOV DPTR,#DAT1 ; 表1首地址送DPTR ACALL MUSIC0 ACALL NEXT RETNEXT: INC SHUZHI ; SHUZHI加1 MOV A,SHUZHI CJNE A,#01,LOOP3 ; A是否=1，不等就跳转到LOOP3 MOV DPTR,#DAT2 MOV DUL,#0A4H ; 显示数值2 MOV WEL,#0F7HMOV P2,#0BFH ACALL MUSIC0 INC ALOOP3: CJNE A,#02,LOOP4 ; A是否=2，不等就跳转到LOOP4 MOV DPTR,#DAT3 MOV DUL,#0B0H MOV WEL,#0F7HMOV P2,#0DFH ACALL MUSIC0 INC ALOOP4: CJNE A,#03,NEXT ACALL FIRST RETLAST: DEC SHUZHI ; SHUZHI减1 MOV A,SHUZHI CJNE A,#02,LAST1 MOV DPTR,#DAT3 MOV DUL,#0B0H MOV WEL,#0F7H MOV P2,#0DFH ACALL MUSIC0LAST1: CJNE A,#01H,LAST2 MOV DPTR,#DAT2 MOV DUL,#0A4H MOV WEL,#0F7H MOV P2,#0BFH ACALL MUSIC0LAST2: CJNE A,#00H,LAST MOV DPTR,#DAT1 MOV DUL,#0F9H MOV WEL,#0F7H MOV P2,#7FH ACALL MUSIC0 RETMUSIC0: MOV 20H,#00H ; 中断计数单元清0MUSIC1: CLR A MOVC A,A+DPTR ;查表取音阶常数 JZ END0 ; 是结束符？ CJNE A,#0FFH,MUSIC5 ; 是休止符？ LJMP MUSIC3 ; 产生100ms停顿MUSIC5: NOPKEY: JNB PLAY,K0 ; 判断3.2键是否按下 JNB ADDONE,K1 ; 判断P3.4键是否按下 JNB SUBONE,K2 ;判断P3.5键是否按下 MOV R6,A ; 音阶常数送R6 INC DPTR MOV A,#0 MOVC A,A+DPTR ;取常数送R7 MOV R7,A SETB TR0 ;启动定时器T0MUSIC2: NOP CJNE R0,#0,$ CPL SONG ; 输出电平取反 MOV A,R6 MOV R3,A ; 音阶常数送R3 LCALL DE120 MOV A,R7 ; 节拍常数送A CJNE A,20H,MUSIC2 ;节拍时间到否 MOV 20H,#00H ;为取下一音阶做准备 INC DPTR LJMP MUSIC1MUSIC3: ; 休止100ms NOP CLR TR0 ; 关闭定时器 MOV R2,#14H MUSIC4: NOP MOV R3,#250 LCALL DE120 DJNZ R2,MUSIC4 INC DPTR ; 为取下一音阶做准备 LJMP MUSIC1END0: MOV R2,#200 ;歌曲结束后，延时1S后继续MUSIC6: MOV R3,#250 LCALL DE120 DJNZ R2,MUSIC6K1: ACALL DE120 ; 调用延时子程序 JNB ADDONE,K1 ; 判断P3.4键是否释放 ACALL NEXTK2: ACALL DE120 JNB SUBONE,K2 ;判断P3.5键是否按下 ACALL LASTK0: ACALL DE120 JNB PLAY,K0 LJMP START RETDE120: ;按键延时程序，软件消抖 MOV R4,#05HDE14: NOP DJNZ R4,DE14 DJNZ R3,DE120 RET CONT: INC 20H ; 计数单元+1 MOV TH0,#0D8H ;重新设置10ms定时初值 MOV TL0,#0EFH RETI ; 跳出中断PAUSE: ACALL DE120 JNB P3.3,PAUSE ; 判断P3.3键是否有释放 MOV DUL,#8EH MOV WEL,#0F7H MOV A,R0 CPL A MOV R0,A RETIDAT1: ;沧海一声笑DB 1CH,40H,1CH,20H,20H,20H,26H,20H,2BH,20H,30H,40HDB 26H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,10H,40H,10H,40H,80HDB 40H,20H,39H,20H,40H,20H,39H,20H,5FH,20H,55H,20H,26H,20H,20H,20HDB 39H,20H,40H,20H,26H,10H,2BH,10H,30H,20H,2BH,40H DB 1CH,40H,1CH,20H,20H,20H,26H,20H,2BH,20H,30H,40HDB 26H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,10H,40H,10H,40H,80HDB 40H,20H,39H,20H,40H,20H,39H,20H,5FH,20H,55H,20H,26H,20H,20H,20HDB 39H,20H,40H,20H,26H,10H,2BH,10H,30H,20H,2BH,40H DB 1CH,40H,1CH,20H,20H,20H,26H,20H,2BH,20H,30H,40HDB 26H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,10H,40H,10H,40H,80HDB 40H,20H,39H,20H,40H,20H,39H,20H,5FH,20H,55H,20H,26H,20H,20H,20HDB 39H,20H,40H,20H,26H,10H,2BH,10H,30H,20H,2BH,40HDB 39H,20H,40H,20H,26H,10H,2BH,10H,30H,20H,30H,80H,00HDAT2: ;浏阳河DB 20H,40H,1CH,20H,18H,20H,1CH,20H,20H,20H,26H,20H,20H,20H,26H,40H,2BH,40HDB 30H,40H,30H,20H,39H,20H,20H,40H,20H,20H,2BH,20H,2BH,20H,26H,20H,30H,40HDB 20H,40H,26H,20H,20H,20H,1CH,40H,20H,40H,26H,40H,20H,40H,26H,80HDB 2BH,20H,26H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,40H,40H,20H,39H,20H,30H,40HDB 30H,40H,30H,40H,2BH,40H,26H,40H,20H,20H,20H,20H,26H,40HDB 2BH,20H,26H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,40H,40H,20H,39H,20H,30H,40H,39H,40HDB 20H,40H,1CH,20H,18H,20H,1CH,40H,1CH,20H,20H,20H,26H,40H,26H,20H,20H,20HDB 39H,40H,40H,20H,40H,20H,30H,20H,30H,20H,30H,20H,2BH,20H,20H,20H,1CH,20H, 20H,20HDB 26H,20H,2BH,20H,26H,40H,30H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,20H,40H,40HDB 20H,40H,1CH,20H,18H,20H,1CH,20H,20H,20H,26H,20H,20H,20H,26H,40H,2BH,40HDB 30H,40H,30H,20H,2BH,20H,20H,40H,20H,20H,2BH,20H,2BH,20H,26H,20H,30H,40HDB 20H,40H,26H,20H,20H,20H,1CH,40H,20H,40H,26H,40H,20H,40H,26H,80HDB 2BH,20H,26H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,40H,40H,20H,39H,20H,30H,40HDB 30H,40H,30H,40H,2BH,40H,26H,40H,20H,20H,20H,20H,26H,40HDB 2BH,20H,26H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,40H,40H,20H,39H,20H,30H,40H,39H,40HDB 20H,40H,1CH,20H,18H,20H,1CH,40H,1CH,20H,20H,20H,26H,40H,26H,20H,20H,20HDB 39H,40H,40H,20H,40H,20H,30H,20H,30H,20H,30H,20H,2BH,20H,20H,20H,1CH,20H, 20H,20HDB 26H,20H,2BH,20H,26H,40H,30H,20H,2BH,20H,30H,20H,39H,20H,40H,40H,00HDAT3: ;七子之歌DB 20H,40H,26H,20H,20H,20H,26H,40H,20H,40HDB 1CH,20H,20H,20H,26H,20