基于51单片机的音乐播放设计

基于51单片机的音乐播放设计摘要为方便人们的日常生活，优化学校、机关等单位的计时系统，采用以单片机为基础设计了一种的自动音乐播放器。

本设计利用单片机AT89S52的定时和计数功能，来完成时间的显示和定时功能。

并且，通过对定时器初值的设定来产生不同频率的声音，利用定时器中断来完成对音乐节拍长度的控制。

通过音频功率放大器，将单片机输出的信号放大，再通过喇叭播放乐曲。

通过MAX232型芯片，可以转换PC机上的电压和单片机的电源电压，再通过串口接入PC机，这样就能从PC机上将用C语言编写的程序下载到单片机上。

最后可在数码管上显示时间，当定时时间到后，喇叭自动播放一段连续的音乐。

此设计摆脱了传统闹钟的刺耳声音，取而代之的是美妙的音乐，能为人们的日常生活提供准确的计时，且成本低廉，值得推广。

关键词：音乐播放；音频转换；时间显示；ULN2003Music playback design based on 51 single chip microcomputerAbstractFor the convenience of People's Daily lives, to optimize the timing system schools, agencies and other units, on the basis of the single chip microcomputer was adopted to design a kind of automatic music player.This design using the single chip microcomputer AT89S52 timing and counting functions, to complete the time display and timing functions.And, by the setting of the initial value of timer to generate different frequencies of sound, using a timer interrupt to complete control of the beat of the music length.Through the audio power amplifier, MCU output signal amplification, then play the music over the loudspeaker.Through MAX232 chip, can convert the voltage of power supply voltage of PC and microcontroller, through a serial port connected to the PC, so you can from the PC will be written in C language program downloaded to the microcontroller.Finally on the digital tube display time, when the time to regularly, speakers play a continuous music automatically.This design to get rid of the traditional alarm clock sharp voice, instead, the wonderful music, can offer the accurate timing for People's Daily lives, and low cost, is worth promoting.Key words:Music playback;Audio conversion;Time display;ULN2003目录1 总体设计 (1)2 硬件设计 (2)2.1 AT89S52型单片机介绍 (2)2.2 ULN2003及外围电路的设计 (2)2.3 串行通信和MAX232芯片 (3)2.4 AT89S52的定时/计数器概述 (3)2.5 LED显示 (5)3 软件设计 (6)3.1 音乐编程原理及其流程图 (6)3.1.1 产生声音信号 (6)3.1.2 产生节拍信号 (6)3.1.3 音频转换 (7)3.2 时间显示程序设计 (8)4 仿真及调试过程 (9)4.1 硬件调试过程 (9)4.2 软件仿真过程 (9)5 结束语 (11)参考文献 (12)1 总体设计在基于单片机的自动音乐播放器中，采用AT89C52RC型单片机为硬件基础，通过C语言对芯片进行编程。

单片机需外接+5V稳压电源，并通过MAX232电平转换芯片和串口接入PC机。

单片机工作时，用软件对定时器初值进行设定，从而得到所需要的声音频率；通过四位共阴LED数码管，可显示时间，并可进行定时设置；将单片机输出的信号放大，接入喇叭即可发声[1]。

具体要求如下：（1）对时间进行定时，当定时时间到后，通过喇叭能连续播放一段音乐。

要求播放出的音乐的音阶准确，不能有太大偏差，否则会造成音乐声音刺耳难听；音乐播放必须连贯，即音乐必须有节奏感；喇叭放出的音乐声音响亮，不能太小，否则不能达到乐曲的提示作用。

（2）在四位共阴LED数码管上显示出时间（24小时制），包括小时、分钟，当定时1秒后，秒数加1；当定时满60秒后，秒数归零，分钟数加1；当定时满60分钟后，分钟数归零，小时数加1；当定时满24小时后，小时数归零。

设计的硬件流程模块如图1-1：图1-1 硬件流程模块图首先，PC机通过串口及MAX232芯片将程序下载到单片机中，其中包括把一个个的单音写入单片机的RAM存储器中，程序运行时再将音乐数据按顺序读出，利用单片机的定时器中断控制音乐节拍的长度，这样就能形成一段乐曲。

在单片机P1.0口接入音频放大电路，将单片机输出的信号放大，再通过喇叭播放音乐。

单片机P2口接4位共阴LED数码管，并外接1K欧的排阻，利用单片机内部的定时器中断控制时间程序，然后在数码管上显示出时间。

2 硬件设计2.1 AT89S52型单片机介绍AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52 可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止[2]。

2.2 ULN2003及外围电路的设计ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成乃音频功率放大器，ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据[3]。

ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

ULN2003 采用DIP—16 或SOP—16 塑料封装。

ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达350mA，9脚可以悬空。

采用ULN2003驱动蜂鸣器时设计电路图2-1如下：图2-1 ULN2003驱动蜂鸣器时设计电路图2.3 串行通信和MAX232芯片在单片机和PC机之间，要通过MAX232芯片进行电平转换，MAX232芯片主要是完成TTL←→EIA双向电平转换。

EIA-RS-232C与TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同[4]。

因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。

实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。

与计算机USB之间通信需要USB 转串口设计，如下图2-2：图2-2 USB转串口设计2.4 AT89S52的定时/计数器概述图2-3是定时器/计数器的结构框图。

由图可知，定时器/计数器由定时器0、定时器1、定时器方式寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON组成。

定时器0，定时器1是16位加法计数器，分别由两个8位专用寄存器组成：定时器0由TH0和TL0组成，定时器1由TH1和TL1组成。

图2-3 定时器/计数器的结构框图TL0、TL1、TH0、TH1的访问地址依次为8AH8DH，每个寄存器均可单独访问。

定时器0或定时器1用作计数器时，对芯片引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）上输入的脉冲计数，每输入一个脉冲，加法计数器加1；其用作定时器时，对内部机器周期脉冲计数，由于机器周期是定值，故计数值确定时，时间也随之确定。

TMOD、TCON与定时器0、定时器1间通过内部总线及逻辑电路连接，TMOD用于设置定时器的工作方式，TCON用于控制定时器的启动与停止。

计数方式时，T的功能是计来自T0(P3.4)T1(P3.5)的外部脉冲信号的个数。

输入脉冲由1变0的下降沿时，计数器的值增加1直到回零产生溢出中断，表示计数已达预期个数。

外部输入信号的下降沿将触发计数，识别一个从“1”到“0”的跳变需2个机器周期，所以，对外部输入信号最高的计数速率是晶振频率的1/24。

若晶振频率为6MHz，则计数脉冲频率应低于1/4MHz。

当计数器满后，再来一个计数脉冲，计数器全部回0，这就是溢出。

脉冲的计数长度与计数器预先装入的初值有关。

初值越大，计数长度越小；初值越小，计数长度越大。

最大计数长度为65536（216）个脉冲（初值为0）。

定时方式时，T记录单片机内部振荡器输出的脉冲(机器周期信号)个数。

每一个机器周期使T0或T1的计数器增加1，直至计满回零自动产生溢出中断请求。

定时器的定时时间不仅与定时器的初值有关，而且还与系统的时钟频率有关。

在机器周期一定的情况下，初值越大，定时时间越短；初值越小，定时时间越长。

最长的定时时间为65536（216）个机器周期（初值为0）。

2.5 LED显示本文采用将多只LED的阴极连在一起的共阴式数码管。

如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。