基于单片机的音乐盒设计【摘要】本设计是一个基于 AT89C51 系列单片机的音乐盒，依据单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。使用两个按键控制音乐盒，一个用来切换歌曲，另一个用来切换 8路 LED 的变化花样，本音乐盒共有两首歌曲，花样灯花样共计 3 种。播放歌曲时，蜂鸣器发出某个音调，与之对应的 LED 亮起。本设计利用 KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合 PROTEUS 仿真软件对硬件进行仿真调试，节约了设计时间。【关键字】音乐盒；AT89C51 单片机； KEIL； PROTEUS； 音调目 录引言 .11 概述 .21.1 课题意义 .21.2 设计方案 .21.3 研究内容 .22 系统总体方案介绍 .32.1 系统组成框图 .32.2 音乐盒的功能结构图 .32.3 主要设计软件介绍 .32.3.1 PROTEUS 软件简介 .32.3.2 KEIL 简介 .43 硬件设计 .53.1 总体设计框图 .53.2 各部分硬件设计及其原理 .53.2.1 AT89C51 简介 .53.2.2 LED 显示电路设计与原理 .63.2.3 时钟振荡电路 .63.3 硬件电路图及功能 .64 软件设计 .84.1 音调、节拍以及编码的确定方法 .84.1.1 音调的确定 .84.1.2 节拍的确定 .94.1.3 编码 .104.2 软件程序设计 .114.2.1 程序流程图及相应代码块 .114.2.2 程序源代码（见附录 A） .155 调试 .165.1 检查硬件连接 .165.2 检查软件系统 .165.3 测试结果 .165.3.1总体运行图 .165.3.2花样灯 3 种花样图 .176 总 结 .18致谢 .19参考文献 .20科技外文文献 .21中文译文 .24附录 A 程序源代码及注释 .26第 0 页 共 32 页引言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，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。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。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。第 1 页 共 32 页1 概述本设计是以 AT89C51 芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。1.1 课题意义音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的钟塔报时，而将大小的钟表装上机械装置，被称为“可发出声音的组钟” 。音乐盒有着 300 多年的发展历史，是人类文明发展的历史见证。传统的音乐盒多是机械音乐盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁片制成的琴键，从而发出声音。但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重，且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格昂贵，不能实现大批量生产。本文设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的电子式音乐盒。与传统的机械式音乐盒相比更小巧，音质更优美且能演奏和弦音乐。电子式音乐盒动力来源是电池，制作工艺简单，可进行批量生产，所以价格便宜。基于单片机制作的电子式音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使用方便。根据存储容量的大小，可以尽可能多的存储歌曲。另外，可以设计彩灯外观效果，使音乐盒的功能更加丰富。1.2 设计方案设计一个基于 AT89C51 系列单片机的音乐盒，利用按键切换演奏出不同的乐曲。蜂鸣器发出某个音调，与之相对应的 LED 亮起。使用两个按键，一个用来切换歌曲，另一个切换八路 LED 的变化花样。1.3 研究内容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2）按下按键 1 进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，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，共三种花样。此电路的程序只占用了 1K 左右，可编制更多的音乐和 LED 花样，使系统的功能更加强大。第 2 页 共 32 页2 系统总体方案介绍2.1 系统组成框图音乐盒的系统结构以 AT89C51 单片机位控制核心，加上 2 个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、LED 模块组成。单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放曲目和音乐花样灯的显示样式以及蜂鸣器发音。系统组成框图如图 2.1 所示。图 2.1 系统组成框图2.2 音乐盒的功能结构图音乐盒的功能结构如图 2.2 所示。Key1 负责切换播放歌曲，播放歌曲共 2 首，分别是挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷。Key2 负责切换 LED 显示花样，显示花样共 3 种，第一种顺序显示，第二种由两边向中间移动然后向两边移动，第三种循环显示。图 2.2 音乐盒功能