河南理工大学毕业设计（论文）说明书摘要本文是应用AT89S51单片机原理和控制理论设计音乐演奏控制器的硬件电路，并利用C51单片机语言进行程序设计。通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音调的音乐，再利用延迟来控制发音时间的长短。把乐谱转化成相应的定时常数就可以从发音设备中演奏出悦耳动听的音乐。此外电路中加入了按键可以方便控制音乐的播放，有简单的显示电路和按键对应，可以清楚播放的次序。这种控制电路结构简单，可靠性高,应用性强；软件程序适应范围广，对于不同的音乐只需要改变相应的定时常数即可。单片机仿真采用的是keil软件，比较方便。由于硬件电路的设计简单，所以焊接的时候不容易出错，而且调试方便。对单片机和音乐爱好者有一定的借鉴价值。关键词：单片机;控制；音乐播放器AbstractThis is the application AT89S51 microcontroller theory and control theory, music performance controller hardware, and using C51 microcontroller programming language. By controlling the MCUs internal timer to generate square waves of different frequencies to drive speakers make different musical tones, and then use delay to control the length of pronunciation. The music into the corresponding time constants can be played from the sound equipment out of melodious music. In addition, the circuit can be easily added to the buttons control music playback, a simple display circuit and the corresponding keys, can clearly play order. This control circuit is simple, high reliability and strong applicability; software program to adapt to a wide range of different music just for the appropriate time constant change can be. MCU is used keil software more convenient. As the hardware design is simple, it is not easy to go wrong when welding, and convenient debugging. On the MCU and music lovers have some reference value.Keywords: microcontroller; control;music player;目录摘要IAbstractII1绪论11.1立题背景11.2音乐与音乐播放器21.2.1音乐21.2.2音乐播放器32硬件的电路设计32.1单片机的复位电路的设计32.2显示电路设计42.2.1 LED基本理论知识42.2.2发光二极管的检测62.2.3数码管与单片机的简单接口实验72.3单片机的振荡电路的设计82.4 控制电路设计92.5 LM386音频功率放大器103软件实现123.1音乐产生的方法123.2程序设计流程图173.3定时器/计数器的选择183.3.1定时器的选择183.3.2 89S51定时功能及工作方式选择183.3.3 计数器193.4定时器/计数器的控制寄存器193.5中断213.5.1定时中断源213.5.2中断控制213.5.3中断初始化与中断控制寄存器状态设置233.6本章小结244程序的调试及测试254.1检测有无键按下254.2程序编译254.3调试过程274.3.1软件的调试274.3.2硬件的调试294.4本章小结315结束语32致 谢33参考文献34附录A 程序清单35附录B 设计总电路图47附录C 硬件实物48IV1绪论1.1立题背景随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，单片机的应用越来越广泛，并逐渐发展成为一门关键的技术学科。单片机具有一些突出优点：体积小、重量轻、耗电少、电源单一、功能强、价格低、运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以在通信、家电、工业控制、仪器仪表、汽车等产品中都可以看到单片机的身影。目前国内单片机的应用仍以8051系列为主。本案是以AT89S51芯片的电路为基础，外部加上功率放大器、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，为广大单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。对于一个应用系统来说，不管在原理上如何先进、功能上如何全面、精度上如何精密，如果可靠性差、故障频繁，不能正常工作的话，那么这个系统也没有什么价值了。因此在设计系统的过程中，对于可靠性的要求应该贯穿于每一个环节，采取各种措施来提高可靠性，以保证系统能够长时间的稳定工作。硬件方面来说，系统所用元件的优劣和制造工艺的精细是影响可靠性的重要原因，因此应该合理购买元器件。另外，在制造电路板时也要遭到工艺精细。软件方面，应该尽可能的不要使用模块化的设计方案，以利于程序的编写和调试，并减少故障率，提高软件的可靠性。鉴于以上各方面的要求，本系统采用了体积小、重量轻、功能强大、使用方便而且可靠性高的单片机为硬件电路的设计主体，即以AT89S51芯片为中心，设计并安装选曲电路、显示电路等，最终实现音乐演奏控制器的功能。软件方面采用C51单片机语言进行程序的编写。C51单片机语言指令简单，使用方便，初学者容易掌握，用它来对单片机进行换成是最合适的选择。1.2音乐与音乐播放器1.2.1音乐（1）乐音与噪音声音的产生源于物体的振动。音乐中所使用的音分为“乐音”与“噪音”两种。振动有规则，具有固定、准确音高的声音被称为乐音。如：钢琴、提琴、小号、大管、竹苗、扬琴等乐器所发出的声音。振动不规则，没有固定、准确音高的声音被称为噪音。如：军鼓、响板、锣、木鱼、梆子等打击乐器所发出的声音。在音乐中主要使用的是乐音。（2）音乐音频与节拍：大概都听见过汽笛声和钟声。汽笛鸣响起来，由钝而尖，或由尖而钝。“钝”在音乐上称为“低”， “尖”在音乐上称为高”。这种高低的差别，便是“音质”的变化。钟声没有高低，用力敲时声音大，不用力敲时声音小。大就是重，小就是轻。重就是“强”，轻就是“弱”。这种强弱的差别，便是“音量”的变化。学习音乐，必须明辨音乐的“质”与“量”，即音的“高低”与“强弱”。高的声音可以强，可以弱；低的声音也可以强，可以弱。强的声音可以高，可以低，弱的声音也可以高，可以低。笛声是高而强的，笃声是高而弱的，牛鸣声是低而强的，蛾飞声是低而弱的。由这四个实例，音的高低强弱不难明辨了。据物理学，音由物体振动而发，振动愈急，音愈高，愈缓，音愈低。又每次振动往复的范围愈广，发音愈强；愈狭，发音愈弱。故高低是由振动数多少而生的，强弱是由振动幅度广狭而生的。这就要求不同的音符有不同的振动频率，即音频。音乐上音的历时，叫做“拍子”。拍子由音的长短与强弱造成，拿步行来说，大家喜欢一步一步历时相等。倘若一步快一步慢，就嫌吃力。又大家喜欢左右脚略有轻重之分，“彳亍彳亍”地走。倘若每步一样轻重“得得得”地走，就觉得气闷。因此把音的长短强弱加以研究，使之变化复杂，而给人更快更美之感的，便是音乐艺术。1.2.2音乐播放器所谓音乐播放器，就是由单片机产生乐曲音符，再把乐谱翻译成计算机音乐语言，由单片机进行信息处理，再经过信号放大，由耳机或扬声器（喇叭）放出乐曲声。我们知道，振动产生声音，振动频率不同，所发出的声音也就不同，有规律的振动发出的声音叫“乐音”，音乐由音频和节拍构成，音频即发声的频率，节拍即延时的长短，因此利用单片机的定时器/计数器产生一定频率的方波，利用延时来实现方波的延时，从而实现“17”的高、中、低音的发音，而后把整首歌曲编码编程并结合单片机硬件实现歌曲的演奏。也是通过过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不用音调的音乐，再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍，把存放在存储器中的音谱中的音符对应的频率转换为定时常数，把相应的节拍转换为延时常熟，分别控制定时器产生不同频率的方波和该频率方波的持续时间，按乐谱依次进行下去，就可从放音设备中演奏出悦耳动听的音乐。硬件方面要由按键开关实现不同音乐之间的转换，然后在数码管上有对应的显示。音乐播放器可广泛应用于儿童音乐玩具、生日贺卡、音乐门铃或专门的音乐库。 2硬件的电路设计2.1单片机的复位电路的设计单片机AT89S51作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有二极管的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。复位电路的设计图如图2-1示：图21 单片机复位电路图 RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即两个机器周期）以上，本文使用频率为12MHZ的晶振，则复位信号持续时间应为超过2s才能完成复位操作。复位操作有上电复位和按键手动复位两种方式。本文采用的是后者手动复位，按键后：电容器被短路放电、RST直接和VCC相连，就是高电平，此时进入“复位状态”。松手后：电源开始对电容器充电，此时，充电电流在电阻上，形成高电平送到RST，仍然是“复位状态”； 稍后，充电结束，电流降为0，电阻上的电压也将为0，RST降为低电平，开始正常工作。2.2显示电路设计2.2.1 LED基本理论知识半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载