音樂盒-開題報告.doc

畢業(yè)設(shè)計開題報告專 業(yè)： 應(yīng)用電子 姓 名： 學(xué) 號： 課題名稱： 基于51單片的音樂盒 指導(dǎo)教師： 論文起止日期： 一、 引言21世紀，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。單片機應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，人類所接觸的信息也在不斷增加并且日益復(fù)雜。面對浩如煙海的信息，人們已經(jīng)能夠利用計算機等工具高效準確地對之進行處理，但要想將處理完的信息及時，清晰地傳遞給別人，還必須通過尋求更加卓越的顯示技術(shù)來實現(xiàn)。單片機技術(shù)與液晶顯示技術(shù)的結(jié)合，使信息傳輸交流向著智能可視化方向迅速發(fā)展。隨著人類社會的發(fā)展，人們對視覺、聽覺方面的享受提出了越來越高的要求。小小的音樂盒可以給人們帶來美好的回憶，提高人們的精神文化享受。傳統(tǒng)音樂盒多是機械型的，體積笨重，發(fā)音單調(diào)，不能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設(shè)計的音樂盒是以單片機為核心元件的電子式音樂盒，體積小，重量輕，能演奏和旋音樂，功能多，外觀效果多彩，使用方便，并具有一定的商業(yè)價值。二、 項目概述傳統(tǒng)的音樂盒多是機械音樂盒，其工作原理是通過齒輪帶動一個帶有鐵釘?shù)蔫F桶轉(zhuǎn)動,鐵桶上的鐵釘撞擊鐵片制成的琴鍵，從而發(fā)出聲音。但是，機械式的音樂盒體積比較大，比較笨重，且發(fā)音單調(diào)。水、灰塵等外在因素，容易使內(nèi)部金屬發(fā)音條變形，從而造成發(fā)音跑調(diào)。另外，機械音樂盒放音時為了讓音色穩(wěn)定,必須放平不能動搖，而且價格昂貴，不能實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。本文設(shè)計的音樂盒，是基于單片機設(shè)計制作的電子式音樂盒。與傳統(tǒng)的機械式音樂盒相比更小巧，音質(zhì)更優(yōu)美且能演奏和弦音樂。電子式音樂盒動力來源是電池，制作工藝簡單，可進行批量生產(chǎn)，所以價格便宜?；趩纹瑱C制作的電子式音樂盒，控制功能強大，可根據(jù)需要選歌，使用方便。根據(jù)存儲容量的大小，可以盡可能多的存儲歌曲。另外，可以設(shè)計彩燈外觀效果，使音樂盒的功能更加豐富。本設(shè)計是以STC89C51芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上放音設(shè)備，以此來實現(xiàn)音樂演奏控制器的硬件電路，通過軟件程序來控制單片機內(nèi)部的定時器使其演奏出優(yōu)美動聽的音樂。用戶可以按照自己的喜好選擇音樂并將其轉(zhuǎn)化成機器碼存入單片機的存儲器中。對于不同型號的單片機只需要相應(yīng)的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性，很高的實際使用價值，為廣大的單片機和音樂愛好者提供了很好的借鑒。一般說來，單片機演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機奏樂只需弄清楚兩個概念即可，也就是“音調(diào)”和“節(jié)拍”。音調(diào)表示一個音符唱多高的頻率，節(jié)拍表示一個音符唱多長的時間。在音樂中所謂“音調(diào)”，其實就是我們常說的“音高”。在音樂中常把中央C上方的A音定為標準音高，其頻率f=440Hz。當兩個聲音信號的頻率相差一倍時，也即f2=2f1時，則稱f2比f1高一個倍頻程, 在音樂中1（do）與，2（來）與正好相差一個倍頻程，在音樂學(xué)中稱它相差一個八度音。在一個八度音內(nèi)，有12個半音。以1i八音區(qū)為例，12個半音是：11、12、22、23、34、44，45、5一5、56、66、67、7i。這12個音階的分度基本上是以對數(shù)關(guān)系來劃分的。如果我們只要知道了這十二個音符的音高，也就是其基本音調(diào)的頻率，我們就可根據(jù)倍頻程的關(guān)系得到其他音符基本音調(diào)的頻率。知道了一個音符的頻后，怎樣讓單片機發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音呢？一般說來，常采用的方法就是通過單片機的定時器定時中斷，將單片機上對應(yīng)蜂鳴器的I/O口來回取反，或者說來回清零，置位，從而讓蜂鳴器發(fā)出聲音，為了讓單片機發(fā)出不同頻率的聲音，我們只需將定時器予置不同的定時值就可實現(xiàn)。那么怎樣確定一個頻率所對應(yīng)的定時器的定時值呢？以標準音高A為例：A的頻率f = 440 Hz,其對應(yīng)的周期為：T = 1/ f = 1/440 =2272stT圖7 頻率表由上圖可知,單片機上對應(yīng)蜂鳴器的I/O口來回取反的時間應(yīng)為：t = T/2 = 2272/2 = 1136s這個時間t也就是單片機上定時器應(yīng)有的中斷觸發(fā)時間。一般情況下，單片機奏樂時定時器為工作方式1，它以振蕩器的十二分頻信號為計數(shù)脈沖。設(shè)振蕩器頻率為f0，則定時器的予置初值由下式來確定：t = 12 *（TALL THL）/ f0,式中TALL = 216 = 65536,THL為定時器待確定的計數(shù)初值。因此定時器的高低計數(shù)器的初值為：TH = THL / 256 = (TALLt* f0/12) / 256TL = THL % 256 = (TALLt* f0/12) %256將t=1136s代入上面兩式（注意：計算時應(yīng)將時間和頻率的單位換算一致），即可求出標準音高A在單片機晶振頻率f0=12Mhz，定時器在工作方式1下的定時器高低計數(shù)器的予置初值為 ：TH440Hz = (65536 1136 * 12/12) /256 = FBHTL440Hz = (65536 1136 * 12/12)%256 = 90H根據(jù)上面的求解方法，我們就可求出其他音調(diào)相應(yīng)的計數(shù)器的予置初值。說明* 曲譜存貯格式 unsigned char code MusicName音高，音長，音高，音長., 0,0;末尾:0,0 表示結(jié)束(Important) 音高由三位數(shù)字組成： 個位是表示 17 這七個音符 十位是表示音符所在的音區(qū):1-低音，2-中音，3-高音; 百位表示這個音符是否要升半音: 0-不升，1-升半音。 音長最多由三位數(shù)字組成： 個位表示音符的時值，其對應(yīng)關(guān)系是： |數(shù)值(n): |0 |1 |2 |3 | 4 | 5 | 6 |幾分音符: |1 |2 |4 |8 |16 |32 |64 音符=2n 十位表示音符的演奏效果(0-2): 0-普通，1-連音，2-頓音 百位是符點位: 0-無符點，1-有符點 調(diào)用演奏子程序的格式 Play(樂曲名,調(diào)號,升降八度,演奏速度);|樂曲名 : 要播放的樂曲指針,結(jié)尾以(0,0)結(jié)束;|調(diào)號(0-11) :是指樂曲升多少個半音演奏;|升降八度(1-3) : 1:降八度, 2:不升不降, 3:升八度;|演奏速度(1-12000):值越大速度越快;1、利用按鍵切換演奏出不同的樂曲。揚聲器發(fā)出樂曲，使用5個按鍵，兩個用來切換歌曲一個用來啟動，一個用來停止，另一個是復(fù)位。2、用protel 99se設(shè)計電路圖。3、歌曲可以自己隨意的寫進音樂盒中。4、由于歌曲的內(nèi)存比較大，單片機內(nèi)存小，將兩塊單片機一同使用，兩者可以通訊。5、數(shù)碼管顯示當前播放的是哪一首歌曲。三、實施方案 如圖所示：放歌模塊顯示模塊電源模塊按鍵模塊晶振電路單片機復(fù)位電路圖 單片機音樂盒硬件方案1、利用按鍵切換演奏出不同的樂曲。揚聲器發(fā)出樂曲，使用5個按鍵，兩個用來切換歌曲，一個用來啟動，一個用來停止，另一個是復(fù)位。2、用protel 99se設(shè)計電路圖等。3、歌曲可以自己隨意的寫進音樂盒中。4、由于歌曲的內(nèi)存比較大，單片機內(nèi)存小，將兩塊單片機一同使用，兩者可以通訊。5、數(shù)碼管顯示當前播放的是哪一首歌曲。經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定了如下方案：1.主控制器：選用兩片51內(nèi)核的單片機作為主控制器主控機：負責顯示狀態(tài)，檢測按鍵以及向下位機傳輸數(shù)據(jù)音樂機：在接受到上位機的引號后產(chǎn)生一定頻率方波從而發(fā)聲2.外設(shè)裝置：這部分是由按鍵、數(shù)碼管、揚聲器等組成四、實施計劃2011.10.20-2011.11.10 方案設(shè)計、修改與仿真2011.11.07-2011.11.14上機調(diào)試2011.12.20-2011.1.5論文撰寫、修改并完成2012.1.7-2012.1.8論文答辯* 自己根據(jù)時間定*五、參考文獻1 李建忠.單片機原理及應(yīng)用M，西安電子科技大學(xué)出版社，2008.2. 2 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.6.3 黃智偉.凌陽單片機課程設(shè)計指導(dǎo)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.11.4 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎(chǔ)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7.5 趙曙光，郭萬有，楊頌華.可編程邏輯器件原理開發(fā)與應(yīng)用M,西安：西安電子科技大學(xué)， 2000.6 候伯亨.VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計M, 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1999.7 康華光. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)M, 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.8 譚浩強.C語言程序設(shè)計（第二版）M，北京：清華大學(xué)出版社，1