基于51单片机的音乐盒设计

课程设计：嵌入式系统应用

题目名称：基于51单片机的音乐盒设计

1设计的任务

（包含设计的内容和设计的目标）

设计内容：

本设计是一个基于AT89C52系列单片机的音乐盒，依据单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器和点阵组成。使用按键控制音乐盒，三个用来切换歌曲，一个用来暂停音乐和开启LED点阵，一个用来从暂停位置开始播放音乐。本音乐盒共有三首歌曲，点阵式样有四种。播放歌曲时，蜂鸣器发出某个音调。本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试。

设计目标：

初始：点阵显示作者信息；

按键1：播放歌曲1；

按键2：播放歌曲2；

按键3：播放歌曲3；

按键A：暂停播放，点阵显示当前歌曲的名字；

按键B：从暂停位置继续播放。

2 设计的过程

2.1 基本结构

1、总体设计框图

2、AT89C52介绍

8K 在系统可编

程Flash 使用Atmel 与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上

Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

Flash，25632 位I/O 口

16 位定时器一个6向量2

AT89S52 可降至

CPU 停止工

中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 位为止。

P0 口：P0口是一个8口。作为输出口，每位能驱

TTL P0端口写“1”

P08位地址/P0

P0

P1 口：P1 8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，

此时可以作为输入

的原因，将输出电流（IIL）P1.0和P1.1

（P1.0/T2）计数器2 的触发输入（

P1

P1.1 T2EX（定时器的捕捉/重载触发信号

和方向控制）

P1.5 MOSI

P1.6 MISO

P1.7 SCK

P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向

I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对

P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作

为输入

于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

16

MOVX @DPTR）时，P2

8位地址（如MOVX @RI）

在flash编程和校验时，P2口也接收高8

8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲

器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52

在flash编程和校验时，P3

串行输入口)

P3.1 TXD(串行输出口)

P3.2 INTO(外中断0)

ALE

许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6

ALE脉冲。对

PROG）

8EH单元的D0位置位，可禁止

指令才能将ALE

ALE禁止位无效。

PSEN

AT89S52由外部程序存储器取指令PSEN有效，

信号。

EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU

），EA端必须保持低电平（接地）LB1被

EA Vcc端），CPU则执

行内部程序存储器的指令。FLASH+12V的编程允许电源Vpp

XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

2.2 软件设计过程

包含软件设计思路，如果使用中断，说明中断类型等

在本程序中设置了两个标志——count和jy_count，分别初始化为0和0。按键1、2、3、A使得count在0和、1、2、3之间切换，jy_count记录歌曲的状态，能在暂停时播放歌曲的名字，同时在按键B返回时能知道count的值。程序检测count的值，count等于1时播放第一首歌曲，等于2时播放第二首，等于3时播放第三首。另一方面根据jy_count的值来控制点阵显示歌曲名。

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。

1.1 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，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；E–F、B–C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MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。

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DO（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

5）C调各音符频率与计数值T的对照表如表4.1所示。

表4.1 C调各音符频率与计数值T的对照表

低音频率T 参数中音频率T 参数高音频率T 参数Do 262 1908 229 Do 523 956 115 Do 1046 57 57

Do ﹟277 1805 217 Do

﹟

554 903 108 Do

﹟

1109 54 54

Re 294 1701 204 Re 587 852 102 Re 1175 51 51

Re ﹟311 1608 193 Re

﹟

622 804 97 Re

﹟

1245 48 48

Mi 330 1515 182 Mi 659 759 91 Mi 1318 45 45 Fa 349 1433 172 Fa 698 716 86 Fa 1397 43 43 Fa﹟370 1351 162 Fa﹟740 676 81 Fa﹟1480 41 41 So 392 1276 153 So 784 638 77 So 1568 38 38 So﹟415 1205 145 So﹟831 602 72 So﹟1661 36 36 La 440 1136 136 La 880 568 68 La 1760 34 34 La﹟464 1078 129 La﹟932 536 64 La﹟1865 32 32 Si 494 1012 121 Si 988 506 61 Si 1976 30 30

1.2 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。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。

表4.2节拍与节拍码对照

节拍码节拍数节拍码节拍数

1 1/4拍 1 1/8拍

2 2/4拍 2 1/4拍

3 3/4拍 3 3/8拍

4 1拍 4 2/1拍

5 1又1/4拍 5 5/8拍

6 1又1/2拍 6 3/4拍

8 2拍8 1拍

A 2又1/2拍 A 1又1/4拍

C 3拍 C 1又1/2拍

F 3又3/4拍

每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，图5.2为节拍码的对照。如果1拍为0.4秒，1/4拍实0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如图5.3为1/4和1/8节拍的时间设定。

表4.3 1/4和1/8节拍的时间设定

曲调值DELAY 曲调值DELAY

调4/4 125毫秒调4/4 62毫秒

调3/4 187毫秒调3/4 94毫秒

调2/4 250毫秒调2/4 125毫秒

1.3 编码

do re mi fa so la si分别编码为1~7，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unsigned char的数组中。程序从数组中取出一个数，然后分离出高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

简谱发音简谱码T值节拍码节拍数

5 低音SO 1 64260 1 1/4拍

6 低音LA 2 64400 2 2/4拍

7 低音TI 3 64524 3 3/4拍

1 中音DO 4 64580 4 1拍

2 中音RE 5 64684 5 1又1/4拍

3 中音MI 6 64777 6 1又1/2拍

4 中音FA 7 64820 8 2拍

5 中音SO 8 64898 A 2又1/2拍

6 中音LA 9 64968 C 3拍

7 中音TI A 65030 F 3又3/4拍

1 高音DO B 65058

2 高音RE C 65110

3 高音MI D 65157

4 高音FA E 65178

5 高音SO F 65217

2、中断使用情况

C52系列有3个定时/计数器（T0、T1、T2），通过编程设置，每个定时器/计数器可以根据系统时钟实现定时，也可以对外部信号计数。每个定时器/计数器都有多种工作方式（方式选择——TMOD）。每个定时器/计数器都会在预设定时计数(TL0，TH1)时间到时产生溢出，通过中断方式（中断允许——EA、ET0）处

理。

（1）中断初始化

EA=1; //开总中断

TMOD=0x01; //定时器0工作在方式1

TH0=0; //初值为0

TL0=0; //初值为0

ET0=1;

（2）中断函数

void timer0() interrupt 1{ //用于产生各种音调

TH0=timeh;

TL0=timel;

fm=~fm;

}

2.3 程序流图及说明

如果包含多个函数，分别给出流程（具体到如何操作、赋值），通过文字对流程图以及函数功能进行说明

（1）song()函数

void song(){

uint temp;

uchar jp; //jp是简谱

while(1){

if(count==0){

while(1){

if(count==0){

TR0=0;

fm=1;

if(jy_count==0)

display_school();

else if(jy_count==1)

display_mlh();

else if(jy_count==2)

display_jmszl();

else if(jy_count==3)

display_qnzl();

}

}

}

if(count==1) //选曲

temp=mlh[i];

if(count==2)

temp=jmszl[i];

if(count==3)

temp=qnzl[i];

if(temp==0xff)

break;

jp=temp/16; //取数的高4位

if(jp!=0)

{

timeh=cuzhi[jp*2];

timel=cuzhi[jp*2+1];

}

else

{

TR0=0;

fm=1;//关蜂鸣器

}

delay(temp%16); //取数的低4位

TR0=0; //唱完一个音停10MS

fm=1;

delay1(10);

TR0=1;

i++;

keyscan();

}

TR0=0;

fm=1;

}

（2）keyscan()函数void keyscan(){

uint sw;

P1=0xfe;

sw=P1;

if(sw==0xee){

delay1(5);

if(sw==0xee);{

count=1;

i=0;

while(1){

i=0;

song();

keyscan();

}

}

}

if(sw==0xde){

delay1(5);

if(sw==0xde){

count=2;

i=0;

while(1){

i=0;

song();

keyscan();

}

}

}

if(sw==0xbe){

delay1(5);

if(sw==0xbe){

count=3;

i=0;

while(1){

i=0;

song();

keyscan();

}

}

}

if(sw==0x7e){

delay(5);

if(sw==0x7e){

jy_count=count;

count=0;

while(1){

song();

keyscan();

}

}

}

P1=0xfd;

sw=P1;

if(sw==0x7d){

delay(5);

if(sw==0x7d){

count=jy_count;

while(1){

song();

keyscan();

}

}

}

}

（3）主函数

main(){

EA=1; //开总中断

TMOD=0x01; //定时器0工作在方式1

TH0=0;

TL0=0;

ET0=1;

while(1){

keyscan();

song();

// delay1(1000);

}

}

3 运行结果或者测试结果

运行结果：

(1)程序下载到单片机后，点阵即显示作者信息；

(2)按键1:播放歌曲1；

(3)按键2:播放歌曲2;

(4)按键3:播放歌曲3;

(5)按键A:暂停播放歌曲，同时点阵显示当前正在播放歌曲名；

(6)按键B：从暂停位置重新播放歌曲；

4 遇到的问题及解决的方法

（1）问题：插空太小，排阵插不进去。

解决方法：把排阵折断，一个一个装。

（2）问题：蜂鸣器怎么发出音乐？

解决办法：通过查阅资料我们得知：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(只有一种音色)。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）问题：暂停时count已置0，怎么在点阵中显示当前播放歌曲名？

解决办法：设置变量jy_count来记录count的值，通过判断jy_count的值来判定播放的歌曲。

（4）问题：暂停后重新播放怎么从暂停位置继续播放？

解决办法：在暂停时，记录歌曲位置的i值不置0，在重新播放时i值不变，即可就在暂停位置继续播放。

（5）问题：当程序超过一定时便编译不通过。

解决办法：由于点阵的汉字、歌曲的歌谱等暂用较大存储空间，造成程序较大，而软件限制程序的大小，我们删除了部分功能。

5 总结

代码：

1.h

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code qnzl[]={ //千年之恋

0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0 x08,

0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,

0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,

0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,

0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02,

0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,

0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,

0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76,

0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,

0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,

0x42,0x63,0x83,0x83,0x91,0x91,

0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76,

0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,

0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,

0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff//结束标志

};

uchar code jmszl[]={ //寂寞沙洲冷

0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,

0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,

0x51,0x52,0x31,0x52,0x62,0x13,0x11,0x13,0x32,0x28,0x08,0x28,

0x31,0x32,0x31,0x32,0x11,0x21,0x51,0x52,0x51,0x52,

0x51,0x51,0x31,0x32,0x31,0x32,0x81,0x72,0x63,

0x62,0x71,0x81,0x72,0x61,0x61,0x52,0x31,0x21,0x32,0x51,0x54,

0x22,0x12,0x11,0x12,0x11,0x12,0x12,0x14,0x26,0x32,0x26,

0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,

0x02,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x62,0x52,0x34,

0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x82,

0x51,0x51,0x51,0x51,0x31,0x61,0x53,

0x21,0x11,0x21,0x11,0x22,0x11,0x21,0x26,

0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x52,

0x31,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x81,0x61,0x31,0x56,

0x32,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x91,0x81,0x61,0x81,0x61,0x51,0x31,0x51,0x34, 0x21,0x31,0x51,0x31,0x21,0x11,0x61,0x21,0x16,

0xff};

uchar code mlh[]={ //茉莉花

0x34,0x34,0x54,0x62,0x82,0x84,0x64,0x54,0x52,0x62,0x54,

0x34,0x34,0x54,0x62,0x82,0x84,0x64,0x54,0x52,0x62,0x54,

0x54,0x54,0x54,0x32,0x52,0x64,0x64,0x64,0x54,0x34,0x34,

0x22,0x32,0x54,0x32,0x22,0x14,0x12,0x22,0x14,0x32,0x22,

0x12,0x32,0x22,0x32,0x54,0x62,0x82,0x54,0x24,0x32,0x52,

0x22,0x32,0x12,0x62,0x54,0x64,0x14,0x22,0x32,0x12,0x22,

0x12,0x62,0x54,0x04,0xff};

//----------------------------简谱音调对应的定时器初值---------------------------

//适合11.0592M的晶振

uchar code cuzhi[]={

0xff,0xff,//占位

0xFC,0x8E,//中央C调1-7

0xFC,0xED,

0xFD,0x43,

0xFD,0x6A,

0xFD,0xB3,

0xFD,0xF3,

0xFE,0x2D,

0xFE,0x47, //高八度1-7

0xFE,0x76,

0xFE,0xA1,

0xFE,0xC7,

0xFE,0xD9,

0xFE,0xF9,

0xFF,0x16

};

2.h

code unsigned char cheng[32]={//程

0x08,0x04,0x1D,0xFE,0xF1,0x04,0x11,0x04, 0x11,0x04,0xFF,0x04,0x11,0x0FC,0x38,0x00, 0x37,0xFE,0x54,0x20,0x50,0x28,0x91,0xFC, 0x10,0x20,0x10,0x24,0x17,0x0FE,0x10,0x00, };

code unsigned char jing[32]={ //晶

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code unsigned char qian[32]={//千

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code unsigned char nian[32]={//年

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code unsigned char zhi[32]={//之

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code unsigned char lian[32]={//恋

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code unsigned char ji_2[32]={//寂

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code unsigned char mo[32]={//寞

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code unsigned char sha[32]={//沙

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code unsigned char zhou[32]={//洲

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