数字音乐盒的设计与实现
智能数字音乐盒的设计与实现
智能数字音乐盒的设计与实现林倩;李宽;朵玉顺【摘要】随着科技的飞速发展,人们的生活节奏越来越快,多数人长期处于压力过大的状态.音乐对于调节人的心理压力来说是一种很有效的方式,因此,各式各样的音乐盒开始普及.由于容量大、操作方便、价格便宜等优点,数字音乐盒逐渐成为人们的首选.这里以电子技术为基础,设计了一款数字音乐盒.它以单片机为核心,主要由外围控制电路、外接电路、发声电路、电源电路等组成整个系统.音乐的播放可用按键或者红外遥控器实现,同时还可以播放外接设备中的音乐.该系统电路结构简单、功能强大、具有很强的实用性;软件设计简便易懂,适用范围广,具有广泛的可移植性,对于不同音乐只需改变相应的程序即可.此外,系统还扩展了部分功能,设计了外接播放设备的接口,人们可以随意切换自己喜欢的音乐.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2019(043)006【总页数】5页(P46-50)【关键词】单片机;音乐盒;智能;电路【作者】林倩;李宽;朵玉顺【作者单位】青海民族大学物理与电子信息工程学院,青海西宁810007;青海民族大学物理与电子信息工程学院,青海西宁810007;青海民族大学物理与电子信息工程学院,青海西宁810007【正文语种】中文【中图分类】TP368.11 引言音乐盒的起源可以追溯到中世纪欧洲文艺复兴时期，有着几百年的发展历史，是人类文明发展史上的一个见证。
传统音乐盒也就是机械式音乐盒，被称为“可发出声音的组钟”，由金属的撞击而产生声音，因此发音比较单调[1]。
同时，由于制作要求较高，造成制造成本过高，不能进行批量生产。
随着科技的迅速发展，基于电子技术的数字音乐盒已经以各种形式取代了传统音乐盒。
这里以单片机技术为核心设计了一款智能数字音乐盒[2]。
这种以微控制器为核心的数字音乐盒具有功能强大、体积小、价格低廉、使用方便等优点，可以在很多领域得到广泛的应用。
2 系统总体设计2.1 系统构架的设计思路这里以STC89C52单片机为控制核心构成数字音乐盒的基本系统结构,加上外围的控制电路、外接电路、发声电路、电源电路，共同组成整个系统[3]。
《数字音乐盒》设计报告
《数字音乐盒》设计报告
设计目标：
本数字音乐盒旨在提供一种方便、易用的音乐播放体验，让用户可以随时随地享受自己喜欢的音乐。
具体设计要求如下：
1. 支持多种音频格式，如MP3、FLAC等。
2. 采用简洁、直观的用户界面，方便用户操作。
3. 支持多种播放模式，如顺序播放、随机播放等，并且能够记忆用户播放模式。
4. 提供多种音效调节和均衡器设置，使用户可以自由调整音乐效果。
5. 支持歌词显示功能，使用户可以更好地理解音乐。
6. 支持歌曲收藏功能，使用户可以方便地收藏自己的喜爱歌曲。
设计思路与方案：
本数字音乐盒采用嵌入式系统设计，主要硬件部件包括音频芯片、显示屏幕和按键模块，其中音频芯片为核心部件，支持多种音频格式的解码和播放。
用户界面设计上，采用五向导航及确认键来进行操作，主界面分为“音乐播放”和“歌曲收藏”两大模块。
在“音乐播放”模块中，
用户可以选择不同的播放模式，包括顺序播放、随机播放和循环播放。
在播放过程中，用户可以通过前进、后退、暂停等操作来控制音乐播放进程。
同时，也提供了多种音效调节和均衡器设置，用户可以自行选择调整音乐效果。
在播放过程中，歌词会自动显示在屏幕上，方便用户理解歌曲。
在“歌曲收藏”模块中，用户可以收藏自己喜爱的歌曲，方便日后收听。
总结：
本数字音乐盒设计主要针对音乐爱好者，通过简洁、易用的界面设计和多种音效、播放模式等功能的设计，为用户提供了更为便捷、自由的音乐播放体验。
同时，歌曲收藏功能也使用户可以随时查找和收听自己喜爱的歌曲，满足用户对音乐的品质需求。
基于单片机的数字式音乐盒设计
基于单片机的数字式音乐盒设计数字式音乐盒是一种音乐播放器，它通过数字技术存储和播放音乐。
基于单片机的数字式音乐盒可以使用单片机控制音乐的播放，实现音符和旋律的发声和控制。
本文将介绍如何设计一款基于单片机的数字式音乐盒。
一、音乐盒基本原理音乐盒是通过一个带有齿轮的转子，以弹簧的力量驱动，使得钢片受到磁力响应并发声，从而发出旋律。
数字式音乐盒是通过数字技术将音乐编码为数字信号，并存储在芯片中，通过解码器将数字信号还原为音符和旋律发声。
二、单片机控制电路设计1.芯片选择要设计一个数字式音乐盒，需要先选择一款合适的单片机，常用的有AT89C51、STC89C52等。
这里选择一款性能好且价格适中的STC89C52单片机。
2.存储器选型数字式音乐盒的数字信号需要存储在内存中，为了方便起见，使用一个4Mbit的Flash记忆芯片作为存储器。
3.音频输出电路数字信号需要通过解码器进行还原后才能通过音频输出电路输出。
可以使用一对耳机或者喇叭，同时需要用到音量电位器控制音量。
三、软件程序设计1.数字信号编解码算法的设计，可以使用目前较为流行的MIDI编码格式。
2.音乐信号输入模块设计，可以使用USB接口或SD卡接口。
3.数据接收模块设计，可以使用串行通信或者并行通信。
4.数字信号存储模块设计，使用Flash记忆芯片。
5.控制模块设计，实现单片机控制音乐盒的所有操作。
四、实现效果基于单片机的数字式音乐盒实现较为简单，但是需要注意以下几点：1.考虑使用定时器计算控制音乐的播放时间，保证旋律按照要求执行。
2.使用ADC(模拟-数字转换器)读取音量电位器值，对音量进行控制。
3.在使用USB接口时，需要有电路板，使得USB通信接口稳定，可靠。
基于单片机的数字式音乐盒是一种方便实用的音乐盒，通过数字技术的运用，实现了音乐的存储和播放，可广泛应用于各个领域中。
数字音乐盒设计方案
数字音乐盒设计方案1.1 智能音乐盒背景及意义音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。
当时为使教会的的钟塔报时，而将大小的钟表上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。
1598年，意大利籍耶稣会士利玛窦第一次来到，随行礼物中就有八音琴一台。
这是有史书记载的最早进入中国的八音琴。
经过各种的发明创造，1780年前后，拉匀芳的瑞士人从人偶自动钟的原理获得启示，发明了一种令人赞叹的机制——机械鸟鸣钟。
1796年，日瓦钟匠的发明，给机械音乐盒带来了革命性的改变，使音乐盒的体积缩小达到极限，而在接下来的世纪得以成功的发展。
1870年，德国的发明家首创了盘式音乐盒。
17世纪初，音乐盒的工业成为瑞士超过制表和缝制蕾丝业的第一大产业，这使得位于瑞士侏罗山边的小镇闻名于世。
1.2 国外单片机应用音乐盒概况1992年，中国第一台具有自主知识产权的八音琴在中国韵升的诞生，标志着中国，全方位地参与全球音乐盒这块巨大蛋糕的市场竞争，经过十多年的努力，韵升对八音琴的制造技术进行了更多的技术更新，取得了多个国家和地区50余项发明专利。
这使得音乐盒无论在音质，音量，谱曲，和外观设计等方面都有了更大的改进。
目前，韵升八音琴已占据全球八音琴市场份额的1/4，仅次于日本Sankyo，位居全球第二位。
音乐盒300多年的产品发展，同时也是人类文明300多年发展的历史鉴证。
每个不同时期的音乐盒造型，都能折射出当时不同的社会心态和文明发展现状，它也成了时代的一面镜子。
现今，音乐盒的制造，延袭传统，结合现代，正日益成为人们或为了典藏一段岁月，或为了收藏一份情感，或出于对音乐的追求，或对于旧时代的怀念，或为了居室的美化，等等，而得到众多品位人士的追求。
韵升八音琴店在新天地里设立了自己在的第一家店面，这也是惟一一家国品牌的八音琴专卖店。
在66平方米的店面中设了将近120多种八音琴，只要走进去就能感受到八音琴那清澈、透亮的音质所带来的美妙享受。
在这里，八音琴的价格并不是很贵，很适合作为礼品送给自己的朋友，其中，30音的八音琴价格在500元左右，50音的八音琴价格几乎上千。
音乐盒实验报告
引言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。
音乐始终是深受广大消费者喜爱的文化生活元素。
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。
设计要求以单片机为核心，设计一个数字音乐盒：利用I/0口产生一定频率的方波驱动蜂鸣器，发出不同音调，从而演奏乐曲采用LCD显示信息，开机时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号。
可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。
晶振频率为11.0592MHz原理说明用一块AT89C51作为控制中心，编好程序烧录进单片机里，使I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲。
输出信号通过三极管放大，由一个蜂鸣器来表现信号的输出。
发声程序接通电源时，启动计数器T0、T1，工作于模式1，T0在主程序中用查询中断，每次R0、R1给定的定时时间到就给P1.3口取反，再查询是否有按暂停键，没有就通过下面的AJMP L0循环到L0中再次装初值，定时并循环产生一定频率的脉冲，通过P1.3口输出，经过PNP三极管的基极放大输出到蜂鸣器。
T1定时0.006s，并且是利用中断功能，每过0.OO6秒就跳入中断程序YINFU,重装初值后，经过给P2送显示的程序后，用R2判断是否经过150次定时达到0.6S，达到0.6就先查询R5的值看是在播放那一首歌曲，再跳入相应的查询字库程序，查询A的值是否已经为一首歌的最后一个音符，是则从新给A赋值#OOH，并改变R5的值换下一首歌曲，在换R5的值之前还要查询R5的值是否为最后一首歌的值，最终通过寄存器A的自动累加，不断替换R0、R1的值，改变主程序中T0的初值换下一个频率的音，从而达到发出音乐的目的。
下图为音乐盒的扬声器部分电路：数码管显示由于能力与时间的有限未能实现LCD显示而采用的数码管代替，歌曲的序号显示是通过单片机的P2口的输出的信号控制的，P2口的信号输出程序在T1的定时中断中断程序中，由于T1的定时中断每过0.006秒就执行一次，所以看不出有闪动。
数字音乐盒 课程设计报告
1.0mm
2m×16
松香
1盒×16
蜂鸣器
无源
1
附件B:总电路图
附件C：音乐程序
#include <reg52.h>
#include "Music.h"
#include "SoundPlay.h"
#include "lcd.h"
#define SYSTEM_OSC12000000//定义晶振频率12000000HZ
//**************************************************************************
unsigned char code *Sound;
unsigned char code *Music[3]={Music_Girl,Music_Same,Music_Two};
if (SM==3) CurrentFre <<= 2;//高音
Temp_T = 65536-(50000/CurrentFre)*10/(12000000/SYSTEM_OSC);//计算计数器初值
Sound_Temp_TH0 = Temp_T/256;
Sound_Temp_TL0 = Temp_T%256;
TH0 = Sound_Temp_TH0;
TL0 = Sound_Temp_TL0 + 12; //加12是对中断延时的补偿
}
if(KeyScan())goto Again;/*moren=LengthTab[Length%10];//算出是几分音符
XG=Length/10%10;//算出音符类型(0普通1连音2顿音)
数字音乐盒的课程设计报告
数字音乐盒的设计摘要传统音乐盒，多是机械型的，体积笨重，发音单调，水、灰尘等外在因素，容易使部金属发音条变形，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。
本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒。
该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、显示电路以及蜂鸣器组成。
使用四个按键控制音乐盒，其中两个按键用来控制歌曲的播放、暂停，另两个用来控制液晶上歌曲次序的变化，本音乐盒共有三首歌曲。
播放歌曲时，相应歌曲对应相应数码管上歌曲次序及歌名的显示。
关键词：AT89C51，蜂鸣器，LCD液晶显示，音乐盒目录1 绪论11.1课题描述11.2根本工作原理及框图12 相关芯片及硬件电路设计22.1AT89C51芯片22.1.1 AT89C51的功能特性22.1.2 AT89C51的主要性能参数3 2.2时钟电路32.3复位电路42.4按键电路42.5蜂鸣器电路52.6显示电路52.6.1 线段的显示52.6.2 字符的显示62.7总体电路73 系统软件设计73.1程序主要流程73.2程序设计84 系统软件仿真23总结26致27参考文献281 绪论1.1 课题描述随着人类社会的开展，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。
传统的音乐盒大多数是机械型的，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，使用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。
本设计是基于单片机的数字音乐盒设计,由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机电子数字音乐盒[1]。
1.2 根本工作原理及框图本次设计是一个基于AT89C51单片机的音乐盒，该音乐盒主要由时钟电路、复位电路、按键电路、蜂鸣器以及显示电路组成。
《数字音乐盒》设计报告
持续创新，系列服务：经过很艰辛的努力，我们已经取得了一定的成果，并将在接下来的一段时间推出由本公司自主研发的音乐盒。同时，我们还会为用户提供相关的技术服务，方案制作和系统开发的服务。
图1-2音乐盒硬件电路原理图
3：音符频率和节拍的产生方法
3.1音符频率我们知道，之所以 Nhomakorabea不同的音调正是因为不同的音符对应不同的频率。表1-3给出了我们从低音1到高音7所对应的频率。即在编程时我们要根据音调的变化调整频率的变化。
3.2利用定时器/计数器0产生音符频率
利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，然后控制P3.7引脚的输出每次取反，就可以在P3.7的引脚输出相应的方波频率。改变计数初值就可以改变频率。即要产生音频输出方波，首先要算出某一个音频的周期（1/f），然后将此周期除以2，得到半个周期的时间。定时器的定时时间等于半个周期，定时时间到就将输出脉冲取反，重复上述过程，就可以在P3.7脚上得某一音频的脉冲。
例如：中音1（DO）的频率=523Hz，周期T=1/523s=1912毫秒；
定时器/计数器0的定时时间为：T/2=956毫秒；
定时956毫秒的计数值=定时时间/机器周期=956毫秒/1毫秒=956（时钟频率=12MHz）
装入TH0、TL0的计数初值THTL=65536-956=64580.
将64580装入TH0、TL0寄存器中，启动T1工作后，每计数956次时将产生溢出中断，进入中断服务程序是，每次对P3.0引脚的输出值进行取反，就可得到中音DO（523Hz）的音符频率。
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86
Fa
1397
43
43
Fa#
370
1351
162
Fa#
740
676
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Fa#
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41
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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
社，20154பைடு நூலகம்
[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.
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
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
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
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[]={
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
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
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。
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。
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：
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
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
277
1805
217
Do#
554
903
108
Do#
1109
54
54
Re3
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
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
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。
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。
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,
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