基于单片机的电子贺卡设计

目录

引言 ................................................................................................................................................... 2 一、设计要求.................................................................................................................................... 3 1.1设计题目 ........................................................................................................................................ 3 1.2课题意义 ........................................................................................................................................ 3 二、系统硬件原理及设计................................................................................................................. 3 2.1系统组成框图 ................................................................................................................................ 3 2.2 电子贺卡的功能结构框图 ........................................................................................................... 4 三、音乐基础知识 ............................................................................................................................ 4 3.1 音乐基础 ....................................................................................................................................... 4 3.2音调脉冲和音乐节拍的实现 ........................................................................................................ 5 3.2.1 音调脉冲的产生 .................................................................................................................... 5 3.2.2音乐节拍的产生 ..................................................................................................................... 6 3.2.3音符码表的编制 ..................................................................................................................... 7 3.3主程序流程图 ................................................................................................................................ 9 3.4发声模块程序设计 ...................................................................................................................... 10 3.5按键模块程序设计 ...................................................................................................................... 11 四、硬件电路设计 .......................................................................................................................... 12 4.1 主要器件 ..................................................................................................................................... 12 4.1.1 微处理器 .............................................................................................................................. 12 4.1.2开关元件 ............................................................................................................................... 14 4.2 发声驱动电路 ............................................................................................................................. 15 4.3电路工作原理 .............................................................................................................................. 16 五、软件设计.................................................................................................................................. 16 5.1软件开发平台 .............................................................................................................................. 17 5.2详细的程序设计 .......................................................................................................................... 17 总结 ................................................................................................................................................. 27 参考文献 ......................................................................................................................................... 28

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引言

如今，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域。目前，单片机正朝着高性能个多品种方向发展趋势将是进一步想着 CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路装化等几个方面发展。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系 统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10元即可。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、 温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。目前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。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 利用单片机实现音乐播放有很多要点，例如外部电路简单，控制方便等，因而备受广大单片机爱好者的喜爱。通过音乐发声器的设计方案，掌握C语言的编程方法。并熟练的运用 AT89C52 单片机定时器产生固定频率的方波信号，推动喇叭发出旋律，按下单键可以演奏预先设置的歌曲旋律，最重要的是自己还可以通过程序设计输入自己喜欢的歌曲来演奏，本设计采用简易音阶编码直觉式输入法方便设计音乐旋律。

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一、设计要求

基于单片机的音乐播放器，播放简单歌曲，本次课题音乐播放为《奇异恩典》、《欢乐颂》和《生日快乐》。

1.1设计题目

基于单片机的电子贺卡设计

1.2课题意义

基于单片机的音乐播放器可应用于 mp3，MP4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能，作为单片机的重要硬件资源之一，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。我们可以运用在生活实际中比如贺卡或者电子门铃。基于这个思想，我们设计了一款特殊的“音乐播放器”，本播放器可实现播放、暂停、等功能。由于时间及条件限制，本设计实现了一种简单的音乐播放器，其核心器件采用 AT89C52 单片机，本播放器具有电路简单，功能强大，易于拓展等特点。在此基础上，可以添加按键，LED 显示屏等模块，实现切换歌曲，歌名显示，动感音乐屏等功能。

二、系统硬件原理及设计

2.1系统组成框图

硬件系统包括主控模块、时钟电路、复位电路、电源电路、显示模块、发声模块和按键模块。如图2-1所示。

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图2-1 硬件系统结构图

电源电路 复位电路 主控模块 （AT89C52） 按键模块 时钟电路 发声模块 2.2 电子贺卡的功能结构框图

电子贺卡的功能框图如图2-2所示，程序调用，按不同键负责控制歌曲的播放、下一曲、上一曲和暂停，同时蜂鸣器发出响声和停止声音。

开始

播放、下一曲、上一曲、暂停 程序 调用 发声 和 暂停声音 图2-2 电子贺卡的功能框图

三、音乐基础知识

3.1 音乐基础

音作为一种物理现象，是由于物体振动而产生的，振动产生的声波作用于人

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耳，听觉系统将神经冲动传达给大脑，进而产生听觉。人耳能听到的声音频率大约在 11—20000Hz，而音乐使用的音一般在 27—4100Hz。乐音体系中各音级的名称叫做音名，被广泛采用的是 C D E F G A B （do re mi fa so la si 则多用于歌唱，称为唱名）。乐音体系中音高关系的最小计量单位叫做半音，两个半音构成一个全音。乐音中有几十个高低不同的音，但是最基本只有这七个音，其他高、低音名都是在这个基础上变化出来的。乐谱表上用来表示正在进行的音的长短的符号，叫做音符。不同的音符代表不同的长度。音符有以下几种：全音符、二分音符、四分音符、八分音符、十六分音符、三十二分音符、六十四分音符。此外，还有附点音符，它就是指带附点的音符，所谓附点就是记在音符右边的小圆点，表示增加前面音符时值的一半。音持续的长短即时值,一般用拍数表示,休止符表示暂停发音。一首音乐就是由许多不同的音符组成的，而每一个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以拍数对应的延时来构成不同的音乐。

3.2音调脉冲和音乐节拍的实现 3.2.1 音调脉冲的产生

音调表示一个音符唱多高的频率，和平时所说的“音高”十分类似。这是音乐学中的名词，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。其余音均通过和其比较获得。

如果f1和f2两个音符的频率相差一倍时，也即f2=2×f1时，则称f2比f1高一个倍频程。音符1（低音do）与音符i（中音do），??，等之间正好相差一个倍频程，在音乐学中一般称其相差一个八度音。

音乐中规定，在一个八度音内，共有12个半音。以1—八音区为例，这12个半音分别是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5—＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。由于人耳的听觉效果是非线性的，因此这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。

要让单片机产生音频脉冲，只要计算出某一音频的周期，将此周期除以2得到半周期，利用定时器对此半周期进行定时，每当定时时间到，将P1.7口线

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3.5按键模块程序设计

本设计中采用4个按键来控制音乐的播放：Key0 控制上一曲播放；Key1开始播放；Key2控制下一曲播放；Key3暂停播放。

主程序中放置了3首歌曲，分别是\Grace\；\To Joy\；\Birthday\。进入主程序后，判断开始键是否按下，若按下，则按顺序循环播放这3首歌曲。开始播放后，通过控制4个按键来控制歌曲的播放。图3-5为按键模块程序流程图

图3-5 按键模块程序流程图

音乐播放 歌曲号－1 歌曲号+1 Y 启动T0 N 开始 Y Y 停止T0 N

上一曲 N 下一曲 N 暂停 Y 11

四、硬件电路设计

硬件电路主要由 AT89C52 单片机、三极管音频功放电路（图中为理想原件，有三极管的音频放大可以增加声音效果）和蜂鸣器部分组成，电路结构比较简单。仿真图如下图所示：

4.1 主要器件 4.1.1微处理器

AT89C52的功能全部兼容MCS-51，并且还有程序加密等功能，相对而言更加实用。

AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位微控制器，片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器和256字节的随机存取存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及805日1产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，其强大的功能更适合较为复杂的控制应用场合。

其主要工作特性是：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线；具有3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2级

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优先权的结构；串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；AT89C52工作电源电压为5（1±0.2）V，且典型值为5V；AT89C52最高工作频率为24MHZ。

下图为AT89C51单片机的实物图与引脚图：

图4-2 AT89C52单片机的实物图与引脚图

引脚功能描述如下：

P0口：—8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；在校验时，P0口可输出指令字节（须外加上拉电阻）。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻，变为准双向口。当作为普通输入时，应将输出锁存器置1。P0口可驱动8个TTL负载。

P1口：—8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P1口是为用户准备的I/O口双向口。在编程和校验时，可用做输入低8位地址。用做输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。

P2口：—8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。当使用片外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程/校验时，P2口可接收高字节地址和

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某些控制信号。P2口也可做普通I/O口使用。用做输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。

P3口：—8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口可做普通I/O口使用。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。

RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。

EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接 VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

4.1.2开关元件

独立按键是51单片机应用系统中最常用的人机交互通道之一，它通常用于给用户提供向51单片机输入信息的通道。

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独立按键的基本工作原理是：按键按下时接通两个点，放开时则断开这两个点。按照结构可以把按键分为两类：触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。

本设计的控制电路采用4个独立按键，如图4.1.2所示。从左至右：Key0与P1.0口相连，播放上一曲；Key1与P1.1口相连，开始播放；Key2与P1.2口相连，播放下一曲；Key3与P1.3口相连，暂停播放。当按键按下时，接口接收到低电平，从而实现对音乐器的控制。

图4.1.2 控制电路

4.2发声驱动电路

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。图2-4所示为蜂鸣器实物图。

图2-4 蜂鸣器实物图

蜂鸣器按其结构主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。压电式蜂

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}

}

num=0;

k=0;

/************************** T0初始化函数 ****************************/ void Timer0_Initialize() { TMOD=0x01; IE=0x82;

}

/************************* T0中断服务函数 ***************************/ void timer0() interrupt 1 using 1 {

TL0=tl;TH0=th; //重装定时初值

SPEAK=~SPEAK; //蜂鸣器控制端口电平取反}

/************************ 四分之一拍延时函数 ************************/ voidDelay_Beat() { uinti;

for(i=0;i<20000;i++); }

/************************** 节拍延时函数 ****************************/ void Delay(uchartt)

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{ uchari;

for(i=0;i

Delay_Beat();

}

/***************************1ms延时函数 ****************************/ void Delay_1ms(ucharms) { inti; while(ms--)

for(i=125;i>0;i--); }

/**************************按键扫描函数******************************/ voidKey_Scan(char *numz,uchar *kz) { bit flag; if(!Key0) { Delay_1ms(5); if(!Key0) { (*numz)--; if(*numz<0)

*numz=2;

*kz=0;

}

}

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else if(!Key2) { Delay_1ms(5); if(!Key2) { (*numz)++; if(*numz>2)

*numz=0;

*kz=0;

}

}

else if(!Key3) { Delay_1ms(5); if(!Key3) { TR0=0; flag=1; while(flag) { if(!Key1) { Delay_1ms(5); if(!Key1) { flag=0; TR0=1;

}

}

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}

}

}

while((!Key0)||(!Key1)||(!Key2));

}

/*******************检查1602是否处于忙状态函数**********************/ ucharBusy_Check() { ucharLCD_Status; RS=0; RW=1; E=1;

Delay_1ms(1); //为什么延时1ms呢？ LCD_Status=P0; E=0;

returnLCD_Status;

}

/************************向1602写入命令函数*************************/ voidLCD_Write_Command(ucharcmd) { while((Busy_Check()&0x80)==0x80); //如果1602忙 RS=0; RW=0; E=0; P0=cmd; E=1;

Delay_1ms(1);

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}

E=0;

/************************向1602写入数据函数*************************/ voidLCD_Write_Data(uchardat) { }

/*************************初始化1602液晶函数************************/ voidLCD_Initialize() {

LCD_Write_Command(0x38); //设置1602液晶功能，8位数据接口，

//两行显示，5*10点阵字符

while((Busy_Check()&0x80)==0x80); RS=1; RW=0; E=0; P0=dat; E=1;

Delay_1ms(1); E=0;

Delay_1ms(1);

LCD_Write_Command(0x01); //清屏 Delay_1ms(1);

LCD_Write_Command(0x06); //输入方式选择指令，数据读写后AC自动+1，

//输出显示保持不变

Delay_1ms(1);

LCD_Write_Command(0x0c); //开显示，关光标，关闪烁 Delay_1ms(1);

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}

/****************在坐标点X、Y上写入一个字符串函数*******************/ voidShow_String(ucharx,uchary,uchar *str) { uchari=0; if(y==0)

LCD_Write_Command(0x80|x);

if(y==1)

LCD_Write_Command(0xc0|x);

for(i=0;i<16;i++) { LCD_Write_Data(*(str+i));

}

}

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总结

本设计阐述了基于单片机的蜂鸣器音乐器设计软硬件的实现过程，并完成了硬件仿真。

我非常喜欢我的毕业设计课题，因为我比较喜欢音乐，也学过一点的乐理知识，这在我编制乐谱的音符码表时，给了我很大的帮助。而且我也非常喜欢单片机这门课，对单片机的硬件结构和工作原理由衷地喜欢，还有就是C语言程序设计也是我大学中学的比较好的一门课。所以在做毕业设计之前是满心期待。

虽然完成硬件电路图的绘制只用了半天的时间，但是在编写软件的过程中，还是遇到了不少的问题。很多时候是自己的粗心大意导致的，比如，C语言中的变量是先定义再使用，我是定义一个，使用一个，结果总是调试程序时出现错误，但是又找不到问题所在，因此在这上面花费了很多时间。最后才知道是变量必须全部定义完，才能使用。这个例子反映出，C语言基础还是不扎实，知识必须在实践中巩固和完善，而且在实践中才能掌握。

通过这次的毕业设计，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多新的知识。同时提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力，在自己设计出的音乐器实现硬件仿真奏出简单音乐的时刻，真是满心欢喜，很有成就感，也增加了自己学习的兴趣。

当然本设计也有一些不足，例如，在播放下一首歌曲的瞬间，歌曲名字的会重复显示一次，这也是自己的程序设计能力的欠缺，有待提高。

总之，在这次的毕业设计中，收获很多，充实且快乐。

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参考文献

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[3] 徐爱钧，徐阳. Keil C51 单片机高级语言应用编程与实践. 北京：电子工

业出版社, 2013.

[4] 万福君，等.单片微机原理系统设计与应用.合肥：中国科学技术大学出版

社，2001.

[5] 赵建领，崔昭霞.精通51单片机开发技术与应用实例[M].北京：电子工业

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[6] 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，

2003.

[7] 李玉梅.基于MCS-51系列单片机原理的应用设计[M].北京：国防工业出版

社，2006.

[8] 潘永雄.新编单片机原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003. [9] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[10] 康华光.电子技术基础·模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2006. [11] 张鑫.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ezua.html