音乐倒数计数器ds.docx
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音乐倒数计数器ds
黄河科技学院
课程设计报告书
题目:
音乐倒数计数器
课程：
单片机课程设计
专业：
数控技术
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
何春霞
2013年01月6日
摘要
本设计是基于AT89C52单片机的音乐倒数计数器，根据单片机技术原理，通过硬件电路设计与软件设计，制作出的音乐倒数计数器能稳定运行，并能正常播放音乐。
该设计硬件部分主要包括按键电路、复位电路、LCD显示电路以及蜂鸣器组成，其中K1键作为第二功能键加入外部中断0，用以切换时间选择模式。
计数值为零时，通过定时器T1调节音频，是蜂鸣器发出不同的音调。
本设计利用KeiluVision4作为编程软件进行源程序设计及调试，同时使用PROTEUS7.7进行硬件电路的搭建仿真。
关键字：
单片机音乐计数器proteus蜂鸣器
目录
1任务提出与方案论证7
1.1采用555定时器7
1.2采用单片机控制.............7
2总体设计8
2.1系统硬件设计8
2.2系统软件设计8
3详细设计及仿真9
3.1硬件电路详细设计9
3.2软件详细设计12
3.3系统仿真.......................................................14
4总结16
参考文献17
附录...............................................................18
1任务提出与方案论证
21世纪电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，而作为创新的倒数计数器更是在普通家庭中广泛应用。
1.1采用555定时器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
555定时器的功能主要由两个电压比较器决定。
两个电压比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在
电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3.若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1.如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
本方案由于555定时器回差太小、且不能调整、功能上有所欠缺等缺点不宜选择。
1.2采用单片机控制
单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。
它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处，其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。
而LED显示器具有体积小、重量轻、工作电压低、功耗极低、稳定可靠、成本低、控制驱动方便、接口简单易用、模块化结构紧凑等特点，同时外接的继电器可以完成对大电流的控制，功能更加全面。
这个方案价格便宜，编程简单，专用性强，功能可随着单片机的选择而调整，比较适合本设计
综上所述，方案1.2有很大的优势，可以利用单片机和LCD显示器来实现定时倒数，通过蜂鸣器来发出音乐。
2总体设计
2.1系统硬件设计
以AT89C52单片机作为主控制器，外加按键电路、复位电路、LCD显示电路和蜂鸣器构成。
其系统框图如下：
2.2系统软件设计
本设计将各个功能部分分别封装为函数，故在主函数只需进行相关的初始化即可。
在主函数的大循环中设置播放音乐的标志位FLAG_M,在while
（1）不断检测FLAG_M是否为真，若为真，表示定时时间已到，播放预先设置的音乐-----千年之恋。
其主函数框图如下：
3详细设计及仿真
在本设计中利用了单片机的两个外部中断，以及定时器T0/T1，使得电路在运行的过程中更加灵敏及稳定。
软件的设计上将各功能封装成函数，便于调用和调试。
最后用proteus7.7搭建电路仿真，系统能正常运行。
3.1硬件电路详细设计
3.1.1AT89C52单片机
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
如图1所示：
图1
3.1.2LCD1602液晶显示电路设计与原理
工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源。
VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
Proteus7.7中的1602液晶只有14个引脚，少了背光电源的两根引脚，完全兼容。
本设计中，液晶的数据口与单片机的P0口相连。
如图2所示：
图2
3.1.3复位电路
当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。
如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。
当单片机已在运行当中时，按下复位键后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。
如图3所示：
图3
3.1.4按键电路
题目中要求通过按键来设置定时的时间，并且能为1~60间的任意时间，根据要求以K1作为第二功能选择位，来更改时间设置的模式。
不按K1时，按下K2、K3、K4分别为定时5分钟，10分钟，20分钟；按下K1后，初始为30分钟（为方便上下调节选择30为初始值），然后再按K2为加1分钟，按K3为减1分钟，按K4为设置完成。
为了系统能更加灵敏的工作，加按键均加入了中断若有按键按下，系统能立即反应，并执行相应中断服务子程序。
K1连接外部中断0，K2,K3,K4通过一个三输入与门连接至外部中断1，并分别连接PI.0，PI.1，PI.2口，供中断服务子程序查询。
如图4所示：
图4
3.1.5蜂鸣器
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、复印机、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。
；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示。
单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：
一种是PWM输出口直接驱动，另一种是利用I/O定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。
本设计选择利用I/O定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。
利用I/O定时翻转电平来产生驱动波形的方式必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。
比如为2500Hz的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为400μs，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O口每200μs翻转一次电平就可以产生一个频率为2500Hz，占空比为1/2duty的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。
由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。
如图5所示：
图5
3.2软件详细设计
在本程序中设置了两个标志位FLAG_M,FLAG，分别作为音乐播放标志位和时间设置模式选择标志位。
若FLAG=1，再由外部触发检测K2~K4的状态，
if（K2==0）{TIME_M++;LCD_display（TIME_M,0）;}
if（K3==0）{TIME_M--;LCD_display（TIME_M,0）;}
if（K4==0）{FLAG=0;LCD_display（TIME_M,0）;}
TIME_M为所定时的时间
若FLAG=0，if（K2==0）{temp=5;LCD_display（5,0）;}
if（K3==0）{temp=10;LCD_display（10,0）;}
if（K4==0）{temp=20;LCD_display（20,0）;}
TIME_M=temp;
本程序设计关键以及难点在于实现音乐的播放，以下详细解释用程序实现播放音乐的过程。
3.2.1音调、节拍以及编码的确定方法
一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。
因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。
3.2.2音调的确定
不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。
把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。
两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。
在钢琴等键盘乐器上，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；E–F、B–C两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。
通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上﹟号或者b号的叫变化音。
﹟叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。
例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294Hz）的一倍。
1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用定时器计时这半个周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
2）利用AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式1下，改变计数值TH1及TL1以产生不同频率的方法。
此外结束符和休止符可以分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应的停顿效果。
3）例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每次技术956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。
计数脉冲值与频率的关系公式如下：
N=Fi
2
Fr
N：
计算值；Fi：
内部计时一次为1us，故其频率为1MHz；
4）其计数值的求法如下：
T=65536-N=65536-Fi
2
Fr
例如：
设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。
中音DO（523Hz）。
高音的DO（1046Hz）的计算值
T=65536-N=65536-Fi
2
Fr=65536-1000000
2
Fr=65536-500000/Fr
低音DO的T=65536-500000/262=63627
低音DO的T=65536-500000/523=64580
低音DO的T=65536-500000/1047=65059
3.2.3节拍的确定
若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。
“节拍”,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。
若1拍实0.5s，则1/4拍为0.125s。
至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。
音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。
休止符表示暂停发音。
一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。
了解音乐的一些基础知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。
对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。
因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。
3.2.4编码
doremifasolasi分别编码为1~7，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为0。
播放长度以十六分音符为单位（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,其它的播放时间以此类推。
音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。
以0xff作为曲谱的结束标志。
举例1：
音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。
举例2：
音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22
歌曲播放的设计。
先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsignedchar的数组中。
程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；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。
表4.4简谱对应的简谱码、T值、节拍数
简谱
发音
简谱码
T值
节拍码
节拍数
5
低音SO
1
64260
1
1/4拍
6
低音LA
2
64400
2
2/4拍
7
低音TI
3
64524
3
3/4拍
1
中音DO
4
64580
4
1拍
2
中音RE
5
64684
5
1又1/4拍
3
中音MI
6
64777
6
1又1/2拍
4
中音FA
7
64820
8
2拍
5
中音SO
8
64898
A
2又1/2拍
6
中音LA
9
64968
C
3拍
7
中音TI
A
65030
F
3又3/4拍
1
高音DO
B
65058
2
高音RE
C
65110
3
高音MI
D
65157
4
高音FA
E
65178
5
高音SO
F
65217
3.3系统仿真
根据前面的硬件、软件的设计，在proteus7.7上进行仿真试验，结果显示系统一切运行正常。
系统硬件设计的总电路图如下：
单片机上电复位后，显示如下：
不按K1，直接按K2时，显示：
按下K1后，再按K2，显示：
按下复位按键后，显示：
系统复位了
当计数值为0时，蜂鸣器也能放出音乐。
经测试，本设计完全能够正常工作，完成了各项要求。
4总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节。
在本次设计中遇到了很多问题，特别是程序细节上的问题，但只要自己能沉下心来认真、细心、耐心的去调试程序，最后所有的问题便一个一个均迎刃而解，这也让我认识到，在项目设计的过程中一定要经的住问题的考验，只要我们认真仔细的排查问题的原因，最终还是能够解决的。
总之，这次设计从软件编写、调试到软硬件联机调试，我倾注了大量的时间和心血，当然也收获了很多。
在此认识到，要学好硬件或软件，一定要踏实下来做项目，这样我们的收获才是最大的，最直接的。
参考文献
[1]谭浩强.C程序设计[M].北京:
清华大学出版社2008
[2]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：
电子工业出版社2011
[3]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：
高等教育出版社2011
[4]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：
高等教育出版社2009
附录
源程序代码：
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//特殊功能位声明
sbitK2=P1^0;
sbitK3=P1^1;
sbitK4=P1^2;
sbitLRS=P1^3;
sbitLEN=P1^4;
sbitfm=P1^5;
//全局变量声明
ucharFLAG,FLAG_M;
ucharTIME_M,TIME_S;
ucharnum;
uchartime_l,time_h;
//函数声明
voidInit_break（）;
voidInit_T0（）;
voidInit_T1（）;
voidInit_LCD（）;
voidLCD_W_cmd（uchar）;
voidLCD_W_data（uchar）;
voidLCD_display（uchar,uchar）;
voidFLAG_0（）;
voidFLAG_1（）;
voiddelay（uint）;
voiddelay16（uint）;
voidPLAY_MUSIC（）;
/////////////////////////////////////////////////////
ucharcodetable_name[]="ZhengLi";
///////////////////////////////////////////////////////
//---------------------------简谱---------------------------------------
//编程规则:
字节高位是简谱,低位是持续时间,
//代表多少个十六分音符
//1-7代表中央C调,8-E代表高八度,0代表停顿
//最后的0是结束标志
ucharcodeqnzl[]={//千年之恋
0x12,0x22,0x34,0x84,0x74,0x54,0x38,0x42,0x32,0x22,0x42,0x34,0x84,0x72,0x82,0x94,0xA8,0x08,
//前奏
0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,
//竹林的灯火到过的沙漠
0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,
//七色的国度不断飘逸风中
0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,
//有一种神秘灰色的旋涡
0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02,
//将我卷入了迷雾中
0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,
//看不清的双手
0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,
//一朵花传来谁经过的温柔
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76,
//穿越千年的伤痛
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,
//只为求一个结果
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,
//你留下的轮廓指引我
0x42,0x63,0x83,0x83,0x91,0x91,
//黑夜中不寂寞
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76,
//穿越千年的哀愁
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,
//是你在尽头等我
0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,
//最美丽的感动会值得
0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff//结束标志
//用一生守候
};
//----------------------------简谱音调对应的定时器初值---------------------------
//适合11.0592M的晶振
ucharcodeT1_cuzhi[]={
0xff,0xff,//占位
0xFC,0x8E,//中央C调1-7
0xFC,0xED,
0xFD,0x43,
0xFD,0x6A,
0xFD,0xB3,
0xFD,0xF3,
0xFE,0x2D,
0xFE,0x47,//高八度1-7
0xFE,0x76,
0xFE,0xA1,
0xFE,0xC7,
0xFE,0xD9,
0xFE,0xF9,
0xFF,0x16
};
/************************************************
****************主函数**************************/
voidmain（）
{
Init_break（）;
Init_T0（）;
Init_T1（）;
Init_LCD（）;
LCD_display（0,0）;
//PLAY_MUSIC（）;
while
（1）
{
if（FLAG_M==1）
PLAY_MUSIC（）;
}
}
/****************************************************
******************外部中断**************************/
voidInit_break（）//外部中断初始化
{
EA=1;
EX0=1;
EX1=1;
IT0=1;
IT1=1;
}
voidExtern0（）interrupt0
{
FLAG=1;
TIME_M=30;//设置初始化为30,便于上下调节
LCD_display（TIME_M,0）;
}
voidExtern1（）interrupt2
{
if（FLAG==1）
FLAG_1（）;
else
FLAG_0（）;
}
voidFLAG_0（）
{
uchartemp;
if（K2==0）
{
temp
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