音乐盒-开题报告

毕业设计

开题报告

专业：应用电子

姓名：

学号：

课题名称：基于51单片的音乐盒指导教师：

论文起止日期：

一、引言

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，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。

随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。

二、项目概述

传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。

本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，使音乐盒的功能更加丰富。

本设计是以STC89C51芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。

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，也就是说不能象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”。音调表示一个音符唱多高的频率，节拍表示一个音符唱多长的时间。在音乐中所谓“音调”，其实就是我们常说的“音高”。在音乐中常把中央C上方的A音定为标准音高，其频率f=440Hz。当两个声音信号的频率相差一倍时，也即f2=2f1时，则称f2比f1高一个倍频程, 在音乐中1（do）与，2（来）与……正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度音。在一个八度音内，有12个半音。以1—i八音区为例，12个半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。如果我们只要知道了这十二个音符的音高，也就是其基本音调的频率，我们就可根据倍频程的关系得到其他音符基本音调的频率。知道了一个音符的频后，怎样让单片机发出相应频率的声音呢？一般说来，常采用的方法就是通过单片机的定时器定时中断，将单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反，或者说来回清零，置位，从而让蜂鸣器发出声音，为了让单片机发出不同频率的声音，我们只需将定时器予置不同的定时值就可实现。那么怎样确定一个频率所对应的定时器的定时值呢？以标准音高A为例：

A的频率f = 440 Hz,其对应的周期为：

T = 1/ f = 1/440 =2272μs

T

t

图7 频率表

由上图可知,单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反的时间应为：

t = T/2 = 2272/2 = 1136μs

这个时间t也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。一般情况下，单片机奏乐时定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设振荡器频率为f0，

则定时器的予置初值由下式来确定：

t = 12 *（TALL – THL）/ f0,式中TALL = 216 = 65536,THL为定时器待确定的计数初值。因此定时器的高低计数器的初值为：

TH = THL / 256 = (TALL–t* f0/12) / 256TL = THL % 256 = (TALL–t* f0/12) %256

将t=1136μs代入上面两式（注意：计算时应将时间和频率的单位换算一致），即可求出标准音高A在单片机晶振频率f0=12Mhz，定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的予置初值为：

TH440Hz = (65536 – 1136 * 12/12) /256 = FBH

TL440Hz = (65536 – 1136 * 12/12)%256 = 90H

根据上面的求解方法，我们就可求出其他音调相应的计数器的予置初值。

说明********************************************************************* ***

曲谱存贮格式unsigned char code MusicName{音高，音长，音高，音长...., 0,0};

末尾:0,0 表示结束(Important)

音高由三位数字组成：

个位是表示1~7 这七个音符

十位是表示音符所在的音区:1-低音，2-中音，3-高音;

百位表示这个音符是否要升半音: 0-不升，1-升半音。

音长最多由三位数字组成：

个位表示音符的时值，其对应关系是：

|数值(n): |0 |1 |2 |3 | 4 | 5 | 6

|几分音符: |1 |2 |4 |8 |16 |32 |64 音符=2^n

十位表示音符的演奏效果(0-2): 0-普通，1-连音，2-顿音

百位是符点位: 0-无符点，1-有符点

调用演奏子程序的格式

Play(乐曲名,调号,升降八度,演奏速度);

|乐曲名: 要播放的乐曲指针,结尾以(0,0)结束;

|调号(0-11) : 是指乐曲升多少个半音演奏;

|升降八度(1-3) : 1:降八度, 2:不升不降, 3:升八度;

|演奏速度(1-12000): 值越大速度越快;

1、利用按键切换演奏出不同的乐曲。扬声器发出乐曲，使用5个按键，两个用来切换歌曲一个用来启动，一个用来停止，另一个是复位。

2、用protel 99se设计电路图。

3、歌曲可以自己随意的写进音乐盒中。

4、由于歌曲的内存比较大，单片机内存小，将两块单片机一同使用，两者可以通讯。

5、数码管显示当前播放的是哪一首歌曲。

三、实施方案

如图所示：

图 单片机音乐盒硬件方案

1、利用按键切换演奏出不同的乐曲。扬声器发出乐曲，使用5个按键，两个用来切换歌曲，一个用来启动，一个用来停止，另一个是复位。

2、用protel 99se 设计电路图等。

3、歌曲可以自己随意的写进音乐盒中。

4、由于歌曲的内存比较大，单片机内存小，将两块单片机一同使用，两者可以通讯。

5、数码管显示当前播放的是哪一首歌曲。

经过反复论证，最终确定了如下方案：

1.主控制器：选用两片51内核的单片机作为主控制器

主控机：负责显示状态，检测按键以及向下位机传输数据

音乐机：在接受到上位机的引号后产生一定频率方波从而发声

2.外设装置：这部分是由按键、数码管、扬声器等组成

单 片 机 电源模块 按键模块 晶振电路

显示模块 放歌模块

复位电路

四、实施计划

2011.10.20-2011.11.10 方案设计、修改与仿真

2011.11.07-2011.11.14 上机调试

2011.12.20-2011.1.5 论文撰写、修改并完成

2012.1.7-2012.1.8 论文答辩

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五、参考文献

[1] 李建忠.单片机原理及应用[M]，西安电子科技大学出版社，2008.2.

[2] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2006.6.

[3] 黄智伟.凌阳单片机课程设计指导[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2006.11.

[4] 李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2001.7.

[5] 赵曙光，郭万有，杨颂华.可编程逻辑器件原理开发与应用[M],西安：西安电子科技大学， 2000.

[6] 候伯亨.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M], 西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[7] 康华光. 模拟电子技术基础(第四版)[M], 武汉：华中理工大学出版社，1999.

[8] 谭浩强.C语言程序设计（第二版）[M]，北京：清华大学出版社，1991.

[9] 陈小忠，黄宁. 单片机接口技术实用子程序[M]，北京：北京人民邮电出版社， 2005.

[10] 欧伟明，周春临，瞿遂春.电子信息系统设计[M]，西安电子科技大学出版社，2005.9.

[11] 贾立新，王涌.电子系统设计与实践[M]，北京：清华大学出版社，2007.

[12] 罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[13] 雷思孝.凌阳单片机原理及实用技术[M]，西安电子科技大学，2004.