基于单片机音乐喷泉的设计 软件文档

课程设计任务书

分院（系） 信息科学与工程 学生姓名 设计题目 专业 学号 ——硬件设计部分 课程设计内容及要求： 内容：设计一个基于MCS-51系列单片机的音乐喷泉，随着音乐音调节拍的变化，彩灯也随之变化。、 自动化 基于单片机的音乐喷泉设计 要求： 1. 电路有两种工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。演奏音乐模式：演奏完整的一首歌曲，八路LED随着音乐变化。花样模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“滴滴”声。 2. 按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换LED花样，共两首歌曲。 3. 按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共四种花样。 进度安排:（10天） 1.熟悉题目，查找资料。(2天) 2.进行编程和设计接线。(4天) 3.进行仿真。（2天） 4.编写实验报告。(2天) 指导教师（签字）： 学院院长（签字）： 年 月 日 年 月 日

摘 要

本课题是设计一个基于MCS-51系列单片机的音乐喷泉，随着音乐音调节拍的变化，彩灯也随之变化。先用Keil软件调试编写的程序再用Proteus软件仿真，在Proteus软件商是用两个软件，一个来切换演奏出不同的乐曲，利用定时器0发出不同频率的方波从P3.7输出，使蜂鸣器发出不同的音调，然后延时控制音调的节拍，与之相对应的LED灯亮起；另一个用来切换八路LED的变化的花样并且喇叭发出声音。

关键词：AT89c0251单片机；音乐；LED灯

目录

1.绪论 ............................................................................................................................................. 4 2.设计内容 .................................................................................................................................... 4 3.软件设计 .................................................................................................................................... 4

3.1 程序设计分析 .............................................................................................................. 4 3.2 歌曲简谱的编码规则 ................................................................................................ 5 3.3程序流程图 .................................................................................................................... 6 3.4 软件源程序 ................................................................................................................... 8 4.硬件设计 .................................................................................................................................. 15

4.1 AT89c2051单片机 .................................................................................................... 15 4.2电路原理 ...................................................................................................................... 17 5.仿真 ........................................................................................................................................... 18

5.1 ISIS介绍 .................................................................................................................... 18 5.2 Keil介绍 .................................................................................................................. 19 5.3 仿真结果图 ................................................................................................................. 20 6.心得体会 .................................................................................................................................. 22 参考文献 ...................................................................................................................................... 22

1.绪论

德国发明家奥图皮士特先生在1930年提出喷泉的相关理论，随后他在百货商店和餐馆前建造小型的喷泉。经过多年来的发展，音乐喷泉的设计变的多样化，构造变得复杂化。在1952年的夏天，在西柏林的工业展览中，一个美国人看到了奥图皮士特先生音乐喷泉的表演，并把它带回纽约。1953年1月15日音乐喷泉在美国首次表演，表演期间超过150万人观看。在音乐喷泉走向全世界的同时，各种新技术也不断地运用在音乐喷泉上，使其表演变得复杂和美丽，给人们带来无限的乐趣，提高了人们的生活质量。

为了使控制简单可靠，活用现代社会的市场需求，各种形式的喷泉层出不穷，并逐步转向小型和营业性较强的方向发展。其音乐喷泉的控制也变得灵活多样，如单片机、PLC、DSP等都在音乐喷泉中有所运用，当然也具有优缺点。本课题选用单片机作为此次音乐喷泉控制系统设计的控制核心，主要是为了实现单片机的放音，并控制多个彩灯随着音乐的音调节奏变化而随之变换。

2.设计内容

⑴电路有两种工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。

演奏音乐模式：演奏完整的一首的歌曲，八路LED随着音乐变化。 花样灯模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声。 ⑵按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共两首歌曲。 ⑶按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共四种花样。

3.软件设计

3.1 程序设计分析

程序利用了R6和R7两个寄存器分别作为花样和音乐的标志，都初始化为0.用到了两个外部中断和一个定时器，两个按键接两个外部中断，按键1使得R7

在1和2之间切换，当按下按键1时产生外部中断1，中断程序使得R7加1当R7为2时使之为0，用程序检测R7的值，R7等于1时播放第一首歌曲，等于2时播放第二首歌；按键2使得R6在0~4之间切换，当按下按键2时产生外部中断0，中断程序使得R6加1，当R6为4时使之为0，根据R6的值来切换LED的花样。R6和R7的值是互斥的，设置R7等于1、2时，R6同时设置为0；设置R6等于1~4时，R7也同时设置为0。

歌曲播放的设计：利用定时器0发出不同频率的方波从P3.7输出，使蜂鸣器发出不同的音调，然后延时控制音调的节拍。当程序检测到R7不为0时调用音乐子程序，先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个编码表中。在子程序中从对应的编码表中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出程序相应的值赋给定时器0，使之定时操作喇叭，得出相应的音调，同时从P1口输出相应的值使得八路LED灯随着音乐变化而发生相应的变化；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。

花样灯的设计：一共设计了四种花样，即花样一是一半灯循环移动、花样二是八个灯循环闪烁，花样三是高低四位轮流亮，花样四是有八个灯循环被点亮和熄灭。R6的值为1~4一次对应花样的1~4，当程序检测到R6的值不为0时就调用与其值相对应的花样的子程序。

3.2 歌曲简谱的编码规则

do re mi fa so la si分别编码为1~7，重音do编为8，重音re编为9，停顿编为0.播放长度一十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4，其他的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，二播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以ffH为曲谱的结束标志。举例1：音调do，发音长度为两拍，集二分音符，将其编码为18H。举例2：音调re，发音长度为半拍，集八分音符，将其编码为22H。

确定定时器0对应于音调的初值：假设要得到500HZ的声音。500HZ的声音信号每个周期为2ms，即2000us。假设单片机采用12MHZ的晶振，每个机器周期的时间为12/12M=1us。故单片机操作（对与蜂鸣器相连的I/O口取反）一次蜂鸣器的时间间隔为2000us/1us/2=1000个机器周期，故给工作在方式1的定时

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