基于51单片机的音乐播放器设计

题目：音乐播放器

课程设计（论文）任务书

摘要

随着电子技术的发展和计算机越来越普遍的使用，单片机作为这两项技术的有机结合也得到了广泛的应用，在某些领域具有不可替代的作用。音乐播放功能随处都会用到，如，在开发儿童智力的玩具中，等等。目前，基于单片机实现音乐播放，其体积小、价格低、编程灵活等特点在这一领域独领风骚。

单片机的英文名称为single chip microcomputer，最早出现在20世纪70年代，国际上现在已逐渐被微控制器（Microcontroller Unit 或MCU）一词所取代。它体积小，集成度高，运算速度快，运行可靠，功耗低，价格廉，因此在数据采集、智能化仪表、通讯设备等方面得到了广泛应用。而8051单片机在小到中型应用场合很常见，已成为单片机领域的实际标准。随着硬件的发展，8051单片机系列的软件工具也有了C级编译器和实时多任务操作系统RTOS，为单片机编程使用C语言提供了便利的条件；并针对单片机常用的接口芯片编制通用的驱动函数，可针对常用的功能模块，算法等编制相应的函数；C语言模块化程序结构特点，可以使程序模块大家共享，不断丰富，这样就使得单片机的的程序设计更简单可靠，实时性强，效率高。作为测控技术与仪器的学生，掌握8051单片机硬件基础及其相关软件操作，将其应用于现代电子产品中是必要而且重要的，这次课程设计我们的题目是用单片机实验箱系统制作音乐播放器。

本次课程设计主要内容是通过单片机C51语言进行编程，以产生乐曲音符和节拍，把乐谱翻译成计算机语言（音符转换诚成相对应的方波频率即定时器装载初值，节拍转换成相对应的延长时间），并将其预先存储到单片机里，然后根据按键调用再由单片机进行信息处理，在经过信号放大，由喇叭放出乐曲声，实现音乐播放的功能。其主要表现在可以播放十首歌曲，可以用十个数字键控制播放的歌曲，并且能在LCD液晶屏显

示器上显示相应播放歌曲的曲名和滚动歌词。再加上一个开关键来控制歌曲的播放停止。

本设计的目的是培养理论联系实际的学习方法以及独立解决工程实际问题的能力。能够熟识单片机C51语言的编程特性，及其应用。能够用C51语言进行编程，能成功的编出较为简单的程序。

关键词：单片机，音乐，蜂鸣器，同步显示

目录

课程设计（论文）任务书............................................................................................................... I 摘要 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章绪论 .................................................................................................................................. １

1.1课程设计目的...................................................................................................................... １

1.2课程设计任务...................................................................................................................... １

1.3课程设计要求...................................................................................................................... １

1.4课程设计的意义.................................................................................................................. １

第二章设计原理及总体方案选择............................................................................................... ２

2.1设计原理............................................................................................................................. ２

2.1.1 基本原理简述............................................................................................................. ２

2.1.2 关于音乐的原理知识................................................................................................. ３

2.2设计方案的拟定和选择 ..................................................................................................... ５

2.2.1.基本方案..................................................................................................................... ５

2.2.2.附加方案..................................................................................................................... ５

第三章音乐播放器硬件电路的设计和调试............................................................................... ６

3.1硬件原理电路的设计 ......................................................................................................... ６

3.1.1 时钟与复位模块......................................................................................................... ６

3.1.2 按键选择模块............................................................................................................. ６

3.1.3 音频发生及放大器模块............................................................................................. ７

3.1.4 LCD显示模块.............................................................................................................. ７

3.1.5 电路原理图................................................................................................................. ７

3.2ATMEL89C51简介 .............................................................................................................. ８

3.2.1 AT89C51单片机.......................................................................................................... ８

3.2.2 单片机CPU结构......................................................................................................... ９

3.2.3 AT89C51用户系统...................................................................................................... ９

3.2.4 引脚介绍................................................................................................................. １０

第四章软件编程设计与综合测试......................................................................................... １０

4.1编程思路简述................................................................................................................. １０

4.2编程方案的设计............................................................................................................. １２

4.2.1 软件功能选择......................................................................................................... １２

4.2.2 综合调试................................................................................................................. １２

4.2.3 程序流程图............................................................................................................. １３

4.2.4 程序清单................................................................................................................. １４参考文献 .................................................................................................................................... ２４致谢 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。心得体会 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章绪论

1.1课程设计目的

应用单片机，利用它的原理组成一个音乐播放器。

1.2课程设计任务

1）以单片机为核心部件组成一个音乐播放器；

2）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；

3）自行定义按键盘，当有键按下时，能相应的播放出歌曲。有一个停止键能控制音乐的播放；

4）在LCD液晶显示屏上同步显示演奏歌曲的曲名；

5）附加要求：在LCD上滚动显示演奏歌曲的歌词。

1.3课程设计要求

1）用Protel画出硬件原理图；

2）画出软件流程图，采用单片机C语言或汇编语言进行编程；

3）完成硬件与软件调试综合调试，实现预定功能，并写出课程设计报告。

1.4课程设计的意义

通过自己动手设计单片及组成的器件，在软件及硬件上进一步了解单片机的原理，深入了解了单片机C51语言的实际应用，能更深地理解课堂上所学的内容，巩固C语言程序编写，亲身体会作为一名设计人员所需要具备的各种能力，学会理论知识联系实际，提高我们发现问题，分析问题，解决问题和实践动手的能力。

第二章设计原理及总体方案选择

2.1 设计原理

2.1.1 基本原理简述

声音是通过振动产生的。单片机对某一引脚以一定的频率循环置1置0，该引脚便产生一定频率的方波，方波通过放大，作用于一定的物理实件（蜂鸣器），就产生了一定频率的声音。若改变输出方波的频率，产生的声音随之改变。通过控制输出方波的时间长短，声音的长短也可以得到控制，因此，根据乐谱，以类似的音及同样的节拍，单片机就可以产生电子音乐。音乐的播放选择可以通过按键的输入得以实现。

为简便起见，以一定的频率方波产生的音在其每个周期内高低幅值得时间各占一半因此，输出引脚在每个方波周期内要动作两次：一次升高，一次降低。即输出引脚的频率是原音频率的两倍。

方波的产生由定时器控制。定时器T0工作在定时方式1，改变TH0及TL0，产生不同的音频频率。必须考虑到中断响应时间的影响，尤其在高音部分，若忽略中断响应时间，会使音频频率比标准值低几十Hz，相当于1/4音程，很容易听出来，对低音部分影响不大。一般中断响应时间为3～6个机器周期，经过反复试验取5个机器周期作为校正最为恰当，表1中所给的定时初值就是考虑中断响应后的定时常数。另外，为避免T1中断可能引起杂音，应将定时器T0中断设为高优先级。这样编写出来的程序播放的音与标准音叉进行差频校音，非常准确和谐。

音乐播放器的基本硬件电路有六部分组成：单片机、时钟与复位电路、选择按键输入电路、音频发生器、音频放大器和扬声器。音乐播放器硬件电路设计框图如图2.1所示。

图2.1 音乐播放器硬件电路设计框图

利用单片机内部定时器/计数器T0与P1.1引脚配合，构成音频发生器，与外置电路组成音频放大器，驱动扬声器输出。LCD液晶模块以并行方式与微控制器相连，15脚接高电平为并行方式，通过送入指令和数据，可对显示方式和显示内容做出选择。

2.1.2 关于音乐的原理知识

在音乐中使用的各个固定频率的音叫音级[1]。常用符号C、D、E、F、G、A、B、c、d、e、……a1、b1、c2、d2……表示，它们对应于钢琴上的白键。两音之间音高的距离叫音程。在上述音级中，E与F、B与C之间音高的距离仅为其它相邻音级之间距离的一半，称它们之间的音程为半音音程，而称其它相邻各音之间的距离为全音音程。在这些全音音程之间又加入新的半音音级，用符号﹟C、﹟D、﹟F、﹟G、﹟A、﹟c、﹟d、﹟f、……表示，对应于钢琴上的黑键。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。

表2.1 各音符及对应频率

每个音符分为简谱码和节拍码。简谱码为D0-L到SI-H，节拍码为1到16。对应的节拍表如表2.2所示。

对应的拍子：

2/2。。。。。。。。。。。以二分音符为一拍，每小节有两拍（二分音符代表一拍）2/4。。。。。。。。。。。以四分音符为一拍，每小节有两拍（四分音符代表一拍）3/4。。。。。。。。。。。以四分音符为一拍，每小节有三拍（四分音符代表一拍）4/4。。。。。。。。。。。以四分音符为一拍，每小节有四拍（四分音符代表一拍）

表2.2 节拍表