音乐播放课程设计(1)

单 片 机 课 程 设 计

课题名称：单片机音乐播放指导教师：张朝龙

设计成员：陶开霞、何菲、

汪冰冰、龚利峰

摘 要

基于STC89C52RC单片机的乐曲播放器的硬件设计和软件设计本系统实现了播放乐曲，并可以通过按键随时播放歌曲曲目，同时显示当前播放乐曲的编号。

通过控制定时器的定时时间来产生不同频率的方波，驱动蜂鸣器发出不同音阶的声音，再利用延迟来控制发音时间的长短，即可控制音调中的节拍。把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定常数和延迟常数，作为数据表格存放在存储器中。由程序查表得到定时常数和延迟常数，分别用以控制定时器产生方波的频率和发出该频率方波的持续时间。当延迟时间到时，再查下一个音符的定时常数和延迟常数。依次下去，就可以自动演奏乐曲。

通过实际的实验证明，该系统具有硬件设计简单，软件可调整性大，系统稳定可靠等优点。

关键字： STC89C52RC 中断 频率 节拍

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目 录

第一章 引 言 ........................................................................................................................... 4 第二章 硬件设计 ................................................................................................................... 5

2.1硬件原理的总体思想 .................................................................................................. 5 2.2 硬件模块 ....................................................................................................................... 5

2.2.1 单片机最小系统模块 ........................................................................................... 6 2.2.2 按键控制模块 ....................................................................................................... 7 2.2.3 复位模块 ............................................................................................................... 7 2.2.4 数码管显示模块 ................................................................................................... 8 2.2.5 蜂鸣器驱动模块 ................................................................................................... 8

第三章 软件设计 ................................................................................................................... 9

3.1 音乐解码原理 .............................................................................................................. 9

3.1.1 利用 I/O 口发声原理 ....................................................................................... 9 3.1.2 音乐基本知识 ..................................................................................................... 9

3.2 软件基本流程图 ........................................................................................................ 11 3.3 程序源代码 ................................................................................................................. 11

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第一章 引 言

简简单单的几个音符，却展现了它奇特多彩的个性，呈现出一个色彩斑斓的世界。音乐的基本要素是指构成音乐的各种元素，包括音的高低、音的长短、音的强弱和音色。由这些基本要素互相结合，形成音乐的常用的“形式要素”，例如：节奏、曲调、和声，以及力度、速度、调式、曲式、织体等。

近十几年来，单片机作为微计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已经对人类社会产生了深远的影响。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低可靠性和通用灵活性等特点，在我国已经得到广泛的应用。如汽车、航空、电话、传真、视频等，很多行业设计自动控制情况下，通常会涉及单片机技术。

本次毕业设计内容是基于单片机音乐播放器，“单片机音乐播放器”是一个比较贴近实际生活的题目，也有一定的趣味性。因此，我们对设计始终保持了较浓的兴趣，设计中始终以贴近实际为原则，包括硬件电路的可行性，软件程序的编译运行的可靠性，电路的成本价格等都做了相应的考虑。

单片机利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，也可以产生包括Do、Re、Me--等音阶在内的各种频率声音。将各个音阶连接在一起，便可组成一支曲子或是演奏一段旋律。基于这个思想，本设计了一款特殊的\音乐播放器\，其核心器件采用STC89C52RC单片机。播放器具有电路简单，功能强大等特点。

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第二章 硬件设计

2.1硬件原理的总体思想

将蜂鸣器接在P1.0端口，通过单片机产生不同频率的脉冲，从而控制蜂鸣器产生不同的音调，表现出节拍的性质，从而实现音乐的播放，通过P3口的按键实现控制单片机选择音乐的功能，从而实现设计。

2.2 硬件模块

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2.2.1 单片机最小系统模块

STC89C52具体介绍如下：

① 主电源引脚（2根）

VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源 GND(Pin20)：接地线 ②外接晶振引脚（2根）

XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 ③控制引脚（4根）

RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号

EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 ④可编程输入/输出引脚（32根）

STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

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2.2.2 按键控制模块

2.2.3 复位模块

复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图4—4（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图4—4（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，

其电路如图4—4（c）所示：

（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位

图4—4复位电路

上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。

本系统的复位电路采用图4—4（b）按键复位方式

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2.2.4 数码管显示模块

74HC573用于数据的缓存，可以锁存数据，具有高噪声抵抗的特性，内部具有保护电路，可以防止器件被高的静态电压或者电场损坏，可以对其外接的器件起到稳定和保护的作用。

2.2.5 蜂鸣器驱动模块

ULN2003是由七个硅NPN复合晶体管构成，在蜂鸣器的驱动电路用途相当于是三极管，工作在饱和区，三极管的作用类似于开关，可串接一限流电阻，防止蜂鸣器因功率过大而损坏。

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第三章 软件设计

3.1 音乐解码原理

3.1.1 利用 I/O 口发声原理

当有足够功率的音频信号加在蜂鸣器上，蜂鸣器即会发声。利用 I/O 口工作于输出状态，当输出一定频率的方波信号时，驱动蜂鸣器发声，若用软件在 I/O 口线上不断产生不同频率的周期变化的方波，就能发出不同的声音。

3.1.2 音乐基本知识

⑴ 音和音阶

在音乐中，通常用阿拉伯数字 1、2、3、4、5、6 和 7 来标记七个音。由这些音所组成的有序排列就叫音阶。其中 3-4、7-1 之间两者相差半音，1-2、2-3、4-5、5-6、6-7之间两者相差一个全音。每一个全音包括两个半音。

实际上，仅用七个基本音来表达音乐内容是远远不够的，所以还需要比基本音更高或更低的音，这些音分别用加“低音点”和“高音点”的方法来扩展表示。即

· · · · · · · １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ · · · · · · · ⑵ 拍号，节拍和速度

音的长短通常用拍数来表示，用来表示不同长短音的符号叫音符，音符又分单线音符和附点音符。

用固定时值来表示节拍的单位叫拍子，在歌曲和乐曲的左上方往往标注有 2/4、4/4、3/8 等，这些叫节拍记号，简称拍号。其含义是每小节有几拍／几分音符作 1 拍。

乐曲的速度一般有两种表示方法：

① 用五线谱的二分音符 或四分音符 表示一个基本节拍。用它们每分钟出现的次数来表示乐曲速度的快慢。例如，d ＝80，即表示每分钟进行80个二分音符。

② 用“稍快”、“中速”、“慢速”等术语来表示。这种情况下，具体速度可由自己决定，

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但是大致范围一般控制在：

“稍快”：120～200 拍／分钟 “中速”：80～120 拍／分钟 “慢速”：60 拍／分钟 ⑶ 调号

音乐为表示丰富多采的思想感情，并考虑到男、女不同的音区，必须要确定乐曲基调的高低，这通常用音名来确定。音名有七种，分别为 C、D、E、F、G、A 和 B。每个音名都有固定的音高，在乐器上都有固定的位置，在声学上也都有相应固定的音频频率。如果歌曲的左上方有 1＝C ，则表示这首歌应以 C 为其 1，其他音以此类推。若 1＝F ，则表示应以F 为其 1。

音频对应中断初值表

通过控制定时器的定时时间来产生不同频率的方波，驱动蜂鸣器发出不同音阶的声音，再利用延迟来控制发音时间的长短，即可控制音调中的节拍。把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定常数和延迟常数，作为数据表格存放在存储器中。由程序查表得到定时常数和延迟常数，分别用以控制定时器产生方波的频率和发出该频率方波的持续时间，从而实现乐曲的播放功能。

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3.2 软件基本流程图

3.3 程序源代码

#include //包括一个52标准内核的头文件

#define uchar unsigned char //定义一下方便使用 #define uint unsigned int #define ulong unsigned long

char code dx516[3] _at_ 0x003b;//这是为了仿真设置的

sbit SPK=P1^0; //喇叭输出脚 sbit k0=P3^0; //第一首歌按键 sbit k1=P3^1; //第二首歌按键 sbit k2=P3^2; //第三首歌按键

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sbit k3=P3^3; //停止播放按键

uchar th0_f; //在中断中装载的T0的值高8位 uchar tl0_f; //在中断中装载的T0的值低8位 //T0的值,及输出频率对照表

uchar code freq[36*2]={ 0xA9,0xEF,//00220HZ ,1 //0 0x93,0xF0,//00233HZ ,1# 0x73,0xF1,//00247HZ ,2 0x49,0xF2,//00262HZ ,2# 0x07,0xF3,//00277HZ ,3 0xC8,0xF3,//00294HZ ,4 0x73,0xF4,//00311HZ ,4# 0x1E,0xF5,//00330HZ ,5 0xB6,0xF5,//00349HZ ,5# 0x4C,0xF6,//00370HZ ,6 0xD7,0xF6,//00392HZ ,6# 0x5A,0xF7,//00415HZ ,7 0xD8,0xF7,//00440HZ 1 //12 0x4D,0xF8,//00466HZ 1# //13 0xBD,0xF8,//00494HZ 2 //14 0x24,0xF9,//00523HZ 2# //15 0x87,0xF9,//00554HZ 3 //16 0xE4,0xF9,//00587HZ 4 //17 0x3D,0xFA,//00622HZ 4# //18 0x90,0xFA,//00659HZ 5 //19 0xDE,0xFA,//00698HZ 5# //20 0x29,0xFB,//00740HZ 6 //21 0x6F,0xFB,//00784HZ 6# //22 0xB1,0xFB,//00831HZ 7 //23 0xEF,0xFB,//00880HZ `1 0x2A,0xFC,//00932HZ `1# 0x62,0xFC,//00988HZ `2 0x95,0xFC,//01046HZ `2# 0xC7,0xFC,//01109HZ `3 0xF6,0xFC,//01175HZ `4 0x22,0xFD,//01244HZ `4# 0x4B,0xFD,//01318HZ `5 0x73,0xFD,//01397HZ `5# 0x98,0xFD,//01480HZ `6 0xBB,0xFD,//01568HZ `6# 0xDC,0xFD,//01661HZ `7 //35

};

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//定时中断0,用于产生唱歌频率

timer0() interrupt 1 { TL0=tl0_f; TH0=th0_f; //调入预定时值 SPK=~SPK; //取反音乐输出IO }

//****************************** //音乐符号串解释函数

//入口:要解释的音乐符号串,输出的音调串,输出的时长串 changedata(uchar *song,uchar *diao,uchar *jie) { uchar i,i1,j; char gaodi; //高低+/-12音阶 uchar banyin;//有没有半个升音阶 uchar yinchang;//音长 uchar code jie7[8]={0,12,14,16,17,19,21,23}; //C调的7个值 *diao=*song; for(i=0,i1=0;;) { gaodi=0; //高低=0 banyin=0;//半音=0 yinchang=4;//音长1拍 if((*(song+i)=='|') || (*(song+i)==' ')) i++; //拍子间隔和一个空格过滤 switch(*(song+i)) { case ',': gaodi=-12;i++;//低音 break; case '`': gaodi=12;i++; //高音 break; } if(*(song+i)==0) //遇到0结束 { *(diao+i1)=0; //加入结束标志0 *(jie+i1)=0; return; } j=*(song+i)-0x30; i++; //取出基准音 j=jie7[j]+gaodi; //加上高低音 yinc: switch(*(song+i)) { case '#': //有半音j加一个音阶

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i++;j++; goto yinc; case '-': //有一个音节加长 yinchang+=4; i++; goto yinc; case '_': //有一个音节缩短 yinchang/=2; i++; goto yinc; case '.': //有一个加半拍 yinchang=yinchang+yinchang/2; i++; goto yinc; } *(diao+i1)=j; //记录音符 *(jie+i1)=yinchang; //记录音长 i1++; } }

//****************************************** //奏乐函数

//入口:要演奏的音乐符号串 void play(uchar *songdata) { uchar i,c,j=0,a=0; uint n; uchar xdata diaodata[112]; //音调缓冲 uchar xdata jiedata[112]; //音长缓冲 changedata(songdata,diaodata,jiedata); //解释音乐符号串 TR0=1; for(i=0;diaodata[i]!=0;i++) //逐个符号演奏 { tl0_f=freq[diaodata[i]*2]; //取出对应的定时值送给T0 th0_f=freq[diaodata[i]*2+1]; for(c=0;c

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TR0=0; for(n=0;n<500;n++); //音符间延时 TR0=1; } TR0=0; }

//仙剑

uchar code music1[]={

\\\\\\};

uchar code music2[]={

\\

\\\

\\};

//世上只有妈妈好 uchar code music3[]={

\\};

void delayms(uint ms) //延时子程序 { uchar i; while(ms--) for(i=0;i<123;i++); }

//3个按键选择3首不同的音乐播放,一个键停止播放 void main(void) // 主程序 { TMOD=0x01; //选择为中断T0定时方式1 EA=1; //cpu开中断 ET0=1; //T0开中断

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TR0=1; //启动T0 while(1) { if(k0==0) //第一个按键按下 { delayms(10); if(k0==0) //按键去抖 { P0=0x06; //数码管显示“1” P2=0x00; play(music1); } } if(k1==0) { delayms(10); if(k1==0) { P0=0x5b; P2=0x01; play(music2); } } if(k2==0) { delayms(10); if(k2==0) { P0=0x4f; P2=0x02; play(music3); } } }

}

//显示位置为第一个数码管 //播放第一首音乐 //第二个按键按下 //按键去抖 //数码管显示“2” //显示位置为第二个数码管 //播放第二首音乐 //第三个按键按下 //按键去抖 //数码管显示“3” //显示位置为第三个数码管 //播放第三首音乐 16

TR0=1; //启动T0 while(1) { if(k0==0) //第一个按键按下 { delayms(10); if(k0==0) //按键去抖 { P0=0x06; //数码管显示“1” P2=0x00; play(music1); } } if(k1==0) { delayms(10); if(k1==0) { P0=0x5b; P2=0x01; play(music2); } } if(k2==0) { delayms(10); if(k2==0) { P0=0x4f; P2=0x02; play(music3); } } }

}

//显示位置为第一个数码管 //播放第一首音乐 //第二个按键按下 //按键去抖 //数码管显示“2” //显示位置为第二个数码管 //播放第二首音乐 //第三个按键按下 //按键去抖 //数码管显示“3” //显示位置为第三个数码管 //播放第三首音乐 16

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