单片机的音乐盒设计
目 录
前言.1
一、概述2
（一）课题意义2
（二）方案设计.2
1．第一方案.2
2．第二方案.2
（三）方案设计的确定.3
（四）研究内容.3
二、音乐盒的主体设计方案4
（一）音乐盒的系统组成框图.4
（二）音乐盒的功能结构介绍.4
1．硬件电路介绍.4
2．程序设计介绍.5
三、音乐盒硬件设计.6
（一）电路设计总图.6
（二）电源电路.7
（三）LED和数码管的设计7
（四）音频功放电路.8
（五）按键和下载程序电路.9
（六）时钟振荡电路.10
（七）复位电路.10
四、主要设计软件介绍11
（一）Altium Designer.11
（二）Keil C5111
五、程序设计12
（一）音乐程序12
（二）LED花样程序.13
（三）数码管程序14
六、 硬件电路的制作与安装调试16
（一）线路板的制作16
（二）电路的安装调试16
七、结束语18
八、 致谢.19
参考文献20
附录: 总程序源代 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
码及注释21
前言
随着电子技术的快速发展，单片机技术也越来越成熟，适用于各种场合的单片机也应运而生，越来越多的数码设备，纷纷以单片机为核心,作为中控系统，它能够取代复杂的数字电路，灵活的通过程序来完成各种繁琐的处理过程，可以说单片机在应用中无处不在。单片机同电脑CPU比较具有简单灵活，易于编程调试，容易安装调试等多项优点，同时也具有较高的运算能力，并且也具有只读存储器和随机存储器，多种接口方式让它更能适合多种工作场合。它的另外一个优点就是成本低，单片机的造价仅仅为通用CPU的十分之一至三十分之一。
音乐盒构造简单，能够发出悦耳的声音，深受人们喜爱，但是传统音乐盒多是采用合金金属和机械齿条碰撞发声，发声能量多是来源于弹簧片弯曲释放而来，由其工作原理可知，这种音乐盒发音单调，并且很容易因弹簧片断裂而无法继续工作，采用单片机控制的音乐盒自然不会存在这些缺点，更有意思的是他可以储存多首音乐，声音也更加悦耳动听。基于单片机的音乐盒，也大大降低了制造成本，小巧玲珑，便于携带，因此开发此产品也会有较好的经济效益。
一、概述
本设计是以STC89C51RC单片机为基础，加上彩色LED灯和音频设备，来实现音乐演奏和花样彩灯控制器的硬件电路，通过编写的软件程序来控制C51单片机内部的定时器使放音设备演奏出悦耳的音乐。用户还可以根据自己的喜好，把喜欢的音乐转换成机器码存储在单片机的存储器中。选择不同类型的单片机用户，只需修改相应的地址就可以了。硬件系统具有良好的通用性，该软件还具有良好的可移植性。该系统设计具有很高的价值，为很多的单片机爱好者提供了很好的借鉴价值。
（一）课题意义
常见的传统音乐盒工作原理是这样的，首先要通过旋转弹片储存足够的能量，放手以后，弹片伸展过程带动动片击打镶在四周的音片，从而发出声音，这种音乐盒不仅个头比较大，而且常会因为机械故障而停转。为了保证声音纯正，不但对金属材料有严格要求，而且每块音片大小厚薄也必须符合要求，这就注定了传统音乐盒的成本较高。
基于单片机的音乐盒的设计在本文中，与机械音乐盒相比更紧凑，更纯净、优美的音色。电子电池提供能量，制造工艺简单，可批量生产，而且价格便宜。另外此类音乐盒控制功能非常强大，可以根据兴趣爱好选歌，使用很方便。根据单片机存储容量的大小，可以尽多首歌曲，加上彩灯和数码管使得音乐课内容更加丰富美观。
（二）方案设计
1.第一方案
此方案选用的是模拟电路，这里面涉及有以下几部分：
1.基准频率发生器，产生基准频率，根据音调发生器的频率要求决定其值。
2.音调发生器，音调发生器产生各个音区与音符所对应的频率；音符代码存储器，用来存储对应的数字代码和乐曲的个数。
3.一般先将乐曲进行编码成对应的音符代码，再将其代码存储在EPROM存储器。
4.节拍发生器与地址计数器，节拍发生器的振荡频率由乐曲演奏的速度所决定。演奏的速度越快，节拍发生器的速度越高。
5节拍分配器，将节拍分配好，产生驱动打击的节拍信号。
6.声音驱动电路，电路运行产生信号后发音演奏出所想要的乐曲。
2.第二方案
此方案选用单片机，这里面涉及以下几个部分：
1.AT89C51单片机，对单片机进行编程，利用它内部的定时器/计数器改变计数初值，从而实现不同的音调。
2.按键电路，用不同的按键实现不同功能。
3.晶振复位电路，由石英晶体振荡器产生单片机工作时所需要的时钟信号。振荡器采用12MHZ的晶振，使之机器周期 Tcy=1us,方便发音程序的计算和编译。
4.蜂鸣器，通过相应程序可以驱动蜂鸣器使之发声。
（三）方案设计的确定
本设计为了保证电路能实现基本功能，经过分析，从实现难度、性能、经济等各方面综合对以上两种方案进行了比较：
从音乐盒电路的硬件方面看，用单片机构成的硬件电路比用模拟电路所用的器件少、接线图简单、功耗较小还有就是稳定性好，相比较是第二个方案好。
用单片机实现发出声音，通过编程软件就可以实现音频和节拍，省去了节拍发生器和节拍分配器，而且用单片机构成的音乐盒音质更好，相比较是第二个方案好。
AT89C51微处理器的性价比很高，不仅体积小功耗小，而且工作电压范围宽便于产品小型化，相比较是第二个方案好。
5. 用单片机设计的音乐盒电路可以加按键电路实现播放暂停及选曲功能。
综合以上因素，本设计选择方案二。
（四）研究内容
通过研究喇叭发声原理可知，音乐实际就是按照一定模式排列的音频信号，驱动喇叭发出连续的声音，那么单片机如何会控制喇叭发声呢？这是本设计的关键问题，工作的过程是这样设计的，音乐中每个音符都可以看作是不同频率的音频信号，这样整个音乐就可以转换为一组一组的不同频率的音频信号，把这些音频信号用单片机程序储存起来，然后把每首音乐编上序号，程序运行时，按下相应的按钮，即可发出中断信号，单片机即可输出连续的方波信号，这些信号经过放大，驱动喇叭即可播放相应的音乐。音乐盒电路有电源模块、两个按键、发生模块、数码管模块、LED彩灯模块、单片机最小系统。按键控制显示模式、数码管显示当前正在播放的曲目、播放时LED彩灯花样显示。
前言.1
一、概述2
（一）课题意义2
（二）方案设计.2
1．第一方案.2
2．第二方案.2
（三）方案设计的确定.3
（四）研究内容.3
二、音乐盒的主体设计方案4
（一）音乐盒的系统组成框图.4
（二）音乐盒的功能结构介绍.4
1．硬件电路介绍.4
2．程序设计介绍.5
三、音乐盒硬件设计.6
（一）电路设计总图.6
（二）电源电路.7
（三）LED和数码管的设计7
（四）音频功放电路.8
（五）按键和下载程序电路.9
（六）时钟振荡电路.10
（七）复位电路.10
四、主要设计软件介绍11
（一）Altium Designer.11
（二）Keil C5111
五、程序设计12
（一）音乐程序12
（二）LED花样程序.13
（三）数码管程序14
六、 硬件电路的制作与安装调试16
（一）线路板的制作16
（二）电路的安装调试16
七、结束语18
八、 致谢.19
参考文献20
附录: 总程序源代 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
码及注释21
前言
随着电子技术的快速发展，单片机技术也越来越成熟，适用于各种场合的单片机也应运而生，越来越多的数码设备，纷纷以单片机为核心,作为中控系统，它能够取代复杂的数字电路，灵活的通过程序来完成各种繁琐的处理过程，可以说单片机在应用中无处不在。单片机同电脑CPU比较具有简单灵活，易于编程调试，容易安装调试等多项优点，同时也具有较高的运算能力，并且也具有只读存储器和随机存储器，多种接口方式让它更能适合多种工作场合。它的另外一个优点就是成本低，单片机的造价仅仅为通用CPU的十分之一至三十分之一。
音乐盒构造简单，能够发出悦耳的声音，深受人们喜爱，但是传统音乐盒多是采用合金金属和机械齿条碰撞发声，发声能量多是来源于弹簧片弯曲释放而来，由其工作原理可知，这种音乐盒发音单调，并且很容易因弹簧片断裂而无法继续工作，采用单片机控制的音乐盒自然不会存在这些缺点，更有意思的是他可以储存多首音乐，声音也更加悦耳动听。基于单片机的音乐盒，也大大降低了制造成本，小巧玲珑，便于携带，因此开发此产品也会有较好的经济效益。
一、概述
本设计是以STC89C51RC单片机为基础，加上彩色LED灯和音频设备，来实现音乐演奏和花样彩灯控制器的硬件电路，通过编写的软件程序来控制C51单片机内部的定时器使放音设备演奏出悦耳的音乐。用户还可以根据自己的喜好，把喜欢的音乐转换成机器码存储在单片机的存储器中。选择不同类型的单片机用户，只需修改相应的地址就可以了。硬件系统具有良好的通用性，该软件还具有良好的可移植性。该系统设计具有很高的价值，为很多的单片机爱好者提供了很好的借鉴价值。
（一）课题意义
常见的传统音乐盒工作原理是这样的，首先要通过旋转弹片储存足够的能量，放手以后，弹片伸展过程带动动片击打镶在四周的音片，从而发出声音，这种音乐盒不仅个头比较大，而且常会因为机械故障而停转。为了保证声音纯正，不但对金属材料有严格要求，而且每块音片大小厚薄也必须符合要求，这就注定了传统音乐盒的成本较高。
基于单片机的音乐盒的设计在本文中，与机械音乐盒相比更紧凑，更纯净、优美的音色。电子电池提供能量，制造工艺简单，可批量生产，而且价格便宜。另外此类音乐盒控制功能非常强大，可以根据兴趣爱好选歌，使用很方便。根据单片机存储容量的大小，可以尽多首歌曲，加上彩灯和数码管使得音乐课内容更加丰富美观。
（二）方案设计
1.第一方案
此方案选用的是模拟电路，这里面涉及有以下几部分：
1.基准频率发生器，产生基准频率，根据音调发生器的频率要求决定其值。
2.音调发生器，音调发生器产生各个音区与音符所对应的频率；音符代码存储器，用来存储对应的数字代码和乐曲的个数。
3.一般先将乐曲进行编码成对应的音符代码，再将其代码存储在EPROM存储器。
4.节拍发生器与地址计数器，节拍发生器的振荡频率由乐曲演奏的速度所决定。演奏的速度越快，节拍发生器的速度越高。
5节拍分配器，将节拍分配好，产生驱动打击的节拍信号。
6.声音驱动电路，电路运行产生信号后发音演奏出所想要的乐曲。
2.第二方案
此方案选用单片机，这里面涉及以下几个部分：
1.AT89C51单片机，对单片机进行编程，利用它内部的定时器/计数器改变计数初值，从而实现不同的音调。
2.按键电路，用不同的按键实现不同功能。
3.晶振复位电路，由石英晶体振荡器产生单片机工作时所需要的时钟信号。振荡器采用12MHZ的晶振，使之机器周期 Tcy=1us,方便发音程序的计算和编译。
4.蜂鸣器，通过相应程序可以驱动蜂鸣器使之发声。
（三）方案设计的确定
本设计为了保证电路能实现基本功能，经过分析，从实现难度、性能、经济等各方面综合对以上两种方案进行了比较：
从音乐盒电路的硬件方面看，用单片机构成的硬件电路比用模拟电路所用的器件少、接线图简单、功耗较小还有就是稳定性好，相比较是第二个方案好。
用单片机实现发出声音，通过编程软件就可以实现音频和节拍，省去了节拍发生器和节拍分配器，而且用单片机构成的音乐盒音质更好，相比较是第二个方案好。
AT89C51微处理器的性价比很高，不仅体积小功耗小，而且工作电压范围宽便于产品小型化，相比较是第二个方案好。
5. 用单片机设计的音乐盒电路可以加按键电路实现播放暂停及选曲功能。
综合以上因素，本设计选择方案二。
（四）研究内容
通过研究喇叭发声原理可知，音乐实际就是按照一定模式排列的音频信号，驱动喇叭发出连续的声音，那么单片机如何会控制喇叭发声呢？这是本设计的关键问题，工作的过程是这样设计的，音乐中每个音符都可以看作是不同频率的音频信号，这样整个音乐就可以转换为一组一组的不同频率的音频信号，把这些音频信号用单片机程序储存起来，然后把每首音乐编上序号，程序运行时，按下相应的按钮，即可发出中断信号，单片机即可输出连续的方波信号，这些信号经过放大，驱动喇叭即可播放相应的音乐。音乐盒电路有电源模块、两个按键、发生模块、数码管模块、LED彩灯模块、单片机最小系统。按键控制显示模式、数码管显示当前正在播放的曲目、播放时LED彩灯花样显示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/2120.html
