电子音乐盒

音乐盒设计
1、设计任务和要求
(1)利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演乐曲(内存两首乐曲)。
(2)采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号。
(3)可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一曲，下一曲。
2、总体设计
(1)要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期(1/音频),然后将此周期除以2,即为半周期的时间,利用定时器计时这个半周期时间,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口反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲
(2)利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下,改变记数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。例如频率为523HZ,其周期T=1/523=1912微秒,因此只要令计数器定时956/1=956在每记数9次时将I/O口反相,就可得到中音D0(523HZ)。
记数脉冲值与频率的关系公式如下：
N=Fi/2/Fr    N：记数值
    Fi：内部计时一次为1微秒．故其频率为1MHZ
      Fr；要产生的频率
(3)：起记数值的求法如下：
T＝65536－N＝65536－Fi／2／Fr
例如：设K＝65536，F＝1000000＝Fi＝1MHZ，求低音D0（523HZ），高音的D0（1046HZ）的记数值。
T＝65536－N＝65536－Fi／2／Fr＝65536－1000000／2／Fr＝65536－500000／Fr
低音D0的T＝65536－500000／262＝63627
中音D0的T＝65536－500000／523＝64580
低音D0的T＝65536－500000／1047＝65059
3、硬件设计
3.1  硬件电路
本设计中用到89C51单片机，喇叭，七段显示数码管LED。（硬件电路原理图如图1所示）
3.2  原理说明
当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。同时启动定时器T1,显示歌曲号。
（1）    硬件电路中用、分别接S1、S2作为上、下一曲的功能键
（2）    用P1.0-P1.6控制七段码a,b,c,d,e,f。
（3）    用P2.0口控制喇叭。
（4）    电路为12MHZ晶振频率工作，起振电路中C1,C2均为30pf。
          图1  音乐盒原理图
4、软件设计
本程序可以实现课程设计的基本要求，并可以通过按键播放两首歌曲，程序流程图如下：
5、仿真、安装和调试
按照上面设计的电路在proteus软件内画图, 打开单片机软件开发系统Keil,选择89c51单片机,在其中编写程序,运行生成一个后缀名为hex的文件,然后将该文件下载到proteus中的AT89c51单片机中进行仿真,观察实验现象。仿真能实现播放音乐，按键选择曲目，暂停，播放功能。仿真成功后，安装好实验板,然后将音乐程序下载到电路板内 ,观察结果。能实现播放音乐，按键换曲等功能。
程序调试中出现的问题及解决的办法：
（1） 有时会出现程序一点错误也没有，但就是不能正常运行的现象，最后我们发现是因为程序中有的指令书写得不规范导致的，例如有的RET返回指令一定要按正确格式书写或在两行指令间最好不要留空行。
（2） 程序中的跳转指令的运用很重要，为保险起见，都用LJMP,我们就遇到过跳转指令用错程序无法正常运行的现象。当用JNZ指令时，跳转范围比较少，这时要用一个标号中转。
（3） 编程时要注意，在程序开始时，要写入各定时器中断的入口地址。
（4） 编程过程中要注意加注释或分割线，否则，在程序过长时容易变得很乱，不便于查或更改。
（5） 编程前要加流程图，这样会使思路清晰，例如数字音乐盒的设计思路完全可以按着MP3的工作方式列写流程图。
（6） LCD计时正常显示的解决办法：
a. 两个定时器同时工作，存在中断时序问题，刚开始时我们把定时器1设定在方式3，计250us，由于定时中断过于频繁，使CPU负载过大，导致音乐不能正常播放，时间不能正常显示。
解决办法：将定时器1设定在工作方式1，16位计数，计50ms,效果有很大改观。但还有问题。
b. 当音乐为全4拍起始时，此时音乐节奏与定时器T1中断频率错开，LCD显示和音乐播放都会好一些。
c. 另外，在歌曲中，当遇到一个音符发音为4拍，在编曲中为*CH，因时间较长，当定时器T1此时来中断时，就会对歌曲播放产生影响，若改为发音一拍，中断对歌曲播放影响减弱，但音乐效果变差。
改进方案：若采用可以定时时间更长的单片机，可以避免所有问题。
6、收获与体会
(1) 上学期学习单片机的课时不多，对单片机的硬件设计，软件设计掌握的深度不够，但通过此次课程设计，明显的改善了，首先对于硬件电路的工作原理有了进一步的学习，同时有了一个提升；软件方面，在程序的设计，程序的调试方面都有了很大的进步。
(2) 在一个好的氛围里才能踏下心来做东西，在这一段时间里，寝室成员都认真对待这次课程设计，除了自己做好自己的课题外，在遇到不懂的地方互相讨论，查阅资料，互助解决问题。另外在编程中出现问题时，一定要戒骄戒躁，脚踏实地，认真看书，仔细分析，仔细调试，就一定会发现错误。我们也是这么做的，这一点在这次的课程设计中十分重要。
(3) 通过这次课程设计，我体会到了成功的喜悦，听着自己设计的程序下载到单片机中播放
出音乐,心理非常自豪。这次的课程设计在一定程度上改变了我学习单片机这门课程的态度，从最初的认为学它没有什么实际意义，到如今爱上单片机学习，并希望能将理论运用到实践，设计出更好更完整的系统。我明白了一个人要想做好一件事，就必须具备自信心，耐心，还要有毅力，要胆大心细，要勇于尝试，要手脑并用，最后才能交出一份令人满意的答卷。
参考文献
[1]  许珉.单片机原理及应用[M].北京:中国电力出版社,2007.08
[2]  三恒星科技.MCS-51单片机原理与应用实例[M]. 北京：电子工业出版社，2008.01
[3]  王为青，程国钢.单片机Keil Cx51应用开发技术[M].  北京：人民邮电出版社,2007.02
[4]  John Markus.电子电路大全[M].北京：计量出版社，1995
[5] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998.12，第4版
[6]  邓元庆.数字电路与逻辑设计[M].北京：电子工业出版社，2001
[7]
附件1：元件清单
名称
数量（个）
型号
备注
电阻
6
排阻RX8(1个)1k(2个),5.5k(1个),10k(1个),15(1个)
数码管
1
7SEG-DIGITAL
开关
4
BUTTON
单片机
1
AT89C51
三极管
1
2N3906
扬声器
1
SPEAKER
电源
2
5V
电容
3
30pf(2个),10uf(1个)
晶振
1
CRYSTAL
附件2:总电路图
附件3：音乐程序
OUT BIT P2.0                    ;定义音频输出端口,p2.0
N  EQU  6                        ;歌曲总数
OUT_NUM EQU P1                    ;数码管显视当前所放歌曲曲数
      ORG 0000H
      AJMP MAIN
      ORG 0003H
      AJMP LAST_SONG            ;外部中断0用于接上一曲歌按键
      ORG 000BH
      AJMP F_T0                ;定时器0用于定时，作音符发生器用
      ORG 0013H
拍一拍设置后缀
q4:  AJMP NEXT_SONG            ;外部中断1接下一曲歌按键
      ORG 001BH
      AJMP START_PAUSE          ;定时器1用计数，这里用作中断，接开始/暂停键,初值为0ffH，方式2
      ORG 0030H
MAIN: MOV SP,#60H
      MOV DPTR,#TABLE                ;DPRT指向每首歌曲的入口地址的地址。
      MOV R0,#30H                  ;R0中存入数据30H，这里在以30H开始的单元存放每首歌曲的入口地址，其中30H,31H存放