数字音乐盒的设计与实现

74HC138芯片和74HC573芯片有效，计算出段控制口和位控制口分别为0x8004
和0x8002。流程图如图3.3所示
3.2.3
扫描键盘主要用的是unsigned char GetKey()函数，而且还是用定时器中断 的方法，设置每隔3毫秒中断一次，在一秒中大约会产生中断333次，就是说在 一秒钟扫描键盘333次。
3.1
该软件具有多种功能，系统功能图如图3.1所示
暂 停
/
播
放
图3.1系统功能图
3.2
3.2.1
程序的第一步是变量的初始化，定义了flag、time、sec等变量，并且设置了 各个音调对应的十六进制码，然后开中断，对定时器进行模式的选择和初值的计 算，接着调用LED显示函数使数码管按照程序设计的方式运行，其中扫描键盘
问题2:运行时数码管计数不稳定，有微弱的闪烁现象。
解决：调整中断时间，将中断一次的时间3ms改成2ms,在1秒内产生500次中
断，数码管变的更稳定 问题3:音乐跑调
解决：音调的产生是根据声音产生的频率，再用公式计算出定时器的初值，计算 错误导致音乐跑调。
参考文献
[1]张毅刚，刘杰.单片机原理及应用（第三版）■哈尔滨：哈尔滨工业大学出版
加一，并且个位清零；秒钟的十位加到5时，分钟个位加一，并且将秒钟清零， 分钟的十位同理，最后通过缓冲区在数码管中显示。计时函数如图3.5所示。
3
音乐函数song()是使蜂鸣器响起音乐的核心，一共有六首歌曲，分别用
0x01――0x06控制着六首歌曲，通过用switch语句控制判断选择的是哪首歌曲, 选择歌曲的序号后，调用相对应的并且储存了用十六进制数表示歌曲的数组，若
图2.1系统原理框图
2.2
8051单片机是在课堂上学习的单片机型号，也是这次课程设计的核心器件，
它是8位的单片机，具有品种全、兼容性强、性能价格比高等特点。8051单片机 具有很多的I/O口，其中P2.4、P2.5、P2.6连接74LS138译码器，而译码器则可 以控制片选信号和位选信号；P0的八个I/O口要与译码器74HC374相连，然后在 与键盘连接，从而能确认数码管的段选信号，此次课程设计的位选码为0x8002。
1.2
1.2.1
频率的高低决定了音调的高低。音乐的十二平均率规定：每两个八度音（如 简谱中的中音1和高音1）之间的频率相差一倍。在两个八度音之间又分为十二 个半音。另外，音名A（简谱中的低音6）的频率为440Hz,音名B到C之间、E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音1到高音1之间每
课程设计报告
课程设计名称：微机系统综合课程设计 课程设计题目：数字音乐盒的设计与实现
1
1.1
本次课程设计的任务是运用伟福Lab8000试验箱和keil软件设计并实现一个 数字音乐盒，要求采用I/O产生一定频率的方波，从而驱动蜂鸣器发出不同的音 调，演奏乐曲；并且需要采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号和播放时间； 还得通过数字键盘直接选择乐曲，控制选择上一曲和下一曲音乐，具有暂停和播 放控制功能。
利用51单片机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。
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：
表1.31/4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
2
2.1
数字音乐盒的核心主要分为三个方面，分别是七段数码管、键盘和蜂鸣器。 用定时器中断的方式来控制蜂鸣器和扫描4*4键盘，在程序中用显示函数让数码 管显示，需要显示出歌曲序号和播放时间，并且能用键盘控制播放的音乐。原理 框图如图2.1所示。
ucharplay=0;
ucharflag1=0;
uint flag=0;
void delay1(uint z);〃延时1ms
void delay(uint z);〃延时165ms即十六分音符
void song();
〃简谱音调对应的定时器初值适合11.0592M的晶振
ucharcodechuzhi[]={
0xFE,0xF9, 0xFF,0x16};
codeunsignedcharLEDMAP[] = {//八段管显示码
0x3f, 0x06,0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e,0x79, 0x71
464
1078
129
La#
932
536
64
La#
1865
32
32
Si
494
1012
121
Si
988
506
61
Si
1976
30
30
1.2.2
构成音乐需要节拍，让音乐具有旋律，而且可以调节各个音的快慢度。若1
拍实0.5s，则1/4拍为0.125s。至于1有多长时间，可以按照设计者来决定， 只要好听就行。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。
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#
附录(关键部分程序清单)
#in elude <reg51.h>
#defi ne ucharu nsig nedchar
#defi neuint un sig nedi nt
#define LEDLen 6
xdataunsignedcharOUTBIT _at_0x8002;//位控制口
xdataunsignedcharOUTSEG _at_0x8004;//段控制口
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。如果1拍为0.4秒，1/4拍为0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时 间。假设1/4拍的延迟时间为1,则1拍的延迟时间应为4,以此类推。所以只要 求得1/4拍的延迟时间，其余的节拍就是它的倍数。表1.3所示。
社，20154
[2]张仁彦，高正中，黄鹤松.单片机原理及应用.北京：机械工业出版社，
2016.3.
[3]付先成，，高恒强，蔡红娟.单片机原理与C语言程序设计.武汉：华中科技大
学出版社，2015.8.
[4]张校珩.单片机C语言编程100例■北京：中国电力出版社，2014.1.
⑸唐颖■单片机综合设计实例与实验■北京：电子工业出版社，2015.1.
=121
N:计算值；Fi:内部计时一次为1us,故其频率为1MHz;
其计数值的求法如下：
初值=65536
C调各音符频率与计数值T的对照表如表1.1所示
表1.1
C调各音符频率与计数值
T的对照表
低音
频率
N
参数
中音
频率
N
参数
冋曰
频率
N
参数
Do
262
1908
229
Do
523
956
115
Do
1046
57
57
Do#
0xff,0xff,//占位停顿
0xFC,0x8E,〃中音1-7 0xFC,0xED,
0xFD,0x43,
0xFD,0x6A,
0xFD,0xB3,
0xFD,0xF3,
0xFE,0x2D, 0xFE,0x47,〃高音1-7
0xFE,0x76,
0xFE,0xA1,
0xFE,0xC7,
0xFE,0xD9,
上一首歌曲就会播放第六首，若当前播放的是第六首，选择“B'按键播放下一 首歌曲就会播放第一首，选择“C'按键时，歌曲和计时都会暂停，再按一次则 继续播放音乐。
4.2
问题1： 六个数码管中所有的段位都会发生很严重的闪烁现象，导致看不清数码 管显示的数字，但运行的结果是正确的。
解决：经过测试发现，试验箱连错了I/O口，连的是P3.7口，该口的功能是读写, 改成连接P1.1口，闪烁消失。
是用定时器中断的方法，设置每隔3ms中断一次，即扫描一次键盘。流程图如图
3.2所示。
初始化变量
开中断，初始化定时器T1
设置T1为方式1，并计算初值
开定时器「
数码管初始化
调用数码管显示函数
是否播放音乐
p
播放音乐
图3.2总体流程图
322数码管显示函数
数码管的显示在这里用的是动态显示方法，并且通过电路图得知，为了让
段选码是0x8004；P1.1口则控制的是蜂鸣器。单片机电路图如图2.2所示。
2.3
2.3.1
蜂鸣器是整个电路中重要的输出部分之一，没有了蜂鸣器就不会响起悦耳的
音乐，本次课程设计，运用了单片机I/O口中的P1.1口，当程序中的play变量等 于1时，蜂鸣器响，反之，若play等于0,则停止响声。端口输出的方波经放大 滤波后，驱动蜂鸣器发声，蜂鸣器的电路图如图2.3所示。
图2.4键盘电路图
2.3.3数码管
此次课程设计运用了六的数码管，第一个显示了歌曲的序号，第二个是空位， 第三和第四个显示了分钟的计时，第五和第六个显示了秒钟的计时。数码管的主 要作用就是显示出当前程序运行时的现象，数码管的位选位与ULN2003相连后
再接到键盘上，段选位则是连到74HC374译码器上，实验箱的数码管为共阴极， 显示方式为动态显示。由电路图得知，位选信号为1时有效。数码管示意图如图
277
1805
217
Do#
554
903
108
Do#
1109
54
54
Re3
294
1701
204
Re
587
852
102Leabharlann Baidu
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
在扫描键盘的过程中，先是扫描哪一个的按键别按下，把第几列记录下来后,
再扫描是哪一行的按键，记录是哪一行；最后根据公式“键值=列x4 +行”， 就能计算出是哪一个按键被按下。如图3.4所示。
3.2.4
为了对歌曲进行计时，所以设计了一个计时函数jishi()。分钟和秒钟分别 用两个数码管来显示，当歌曲响起时开始计时，若秒钟个位加到10时，则十位
个音名对应的频率，所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频得到的。
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。
GM)
图2.3蜂鸣器电路图
2・3・2键盘
Lab8000实验箱内的键盘是4*6的键盘，但是这次课程设计只用到了前四列, 所以也就只扫描了四列按键，键盘的主要功能就是用户的输入，也是实现程序现 象的重要部分，当用户想播放哪首歌曲就在键盘中输入哪个按键。实验箱内的键 盘还连接了一个ULN2003芯片，这个芯片的特点是电流增益高、工作电压高、 温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于要求高速大功率驱动的系统。键盘的电
在键盘中选择了1就会调用tiger[]，则蜂鸣器就会按照tiger数组中存储的 十六进制码产生的频率响起音乐，播放结束后就会继续播放序号为2的歌曲。如
图3.6所示。
图3.6音乐函数流程图
4
“A”按键：播放上一首歌曲
B'按键：播放下一首歌曲
“C'按键：暂停键
时，第五六位显示歌曲的秒钟计时。在键盘中选择“T— “6”按键，就会播放 相应的歌曲，六首歌曲循环播放，若当前播放的是第一首，选择“A”按键播放
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。节拍与节拍码 对照表如表1.2所示。
表1.2节拍与节拍码对照
节拍码
节拍数
节拍码
节拍数
1
174^
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
xdata unsignedcharIN _at_ 0x8001;//键盘读入口
unsignedcharLEDBuf[LEDLen];//显示缓冲
sbitfm=P1A1;//蜂鸣器
ucharu=0,num=0,nu m1=0;
uchartimeh,timel;
ucharm in0=0,min 1=0,sec0=0,sec1=0;