基于單片機(jī)音樂噴泉設(shè)計 軟件文檔

1、課程設(shè)計任務(wù)書分院（系）信息科學(xué)與工程專業(yè)自動化學(xué)生姓名 學(xué)號 設(shè)計題目基于單片機(jī)的音樂噴泉設(shè)計硬件設(shè)計部分課程設(shè)計內(nèi)容及要求：內(nèi)容：設(shè)計一個基于MCS-51系列單片機(jī)的音樂噴泉，隨著音樂音調(diào)節(jié)拍的變化，彩燈也隨之變化。、要求：1. 電路有兩種工作模式：演奏音樂模式和花樣燈模式。演奏音樂模式：演奏完整的一首歌曲，八路LED隨著音樂變化?；幽Ｊ剑喊寺稬ED變化出各種花樣，蜂鳴器隨著發(fā)出“滴滴”聲。2. 按下按鍵1進(jìn)入演奏音樂模式，再按切換LED花樣，共兩首歌曲。3. 按下按鍵2進(jìn)入花樣燈模式，再按切換LED花樣，共四種花樣。進(jìn)度安排:（10天）1.熟悉題目，查找資料。(2天)2.進(jìn)行編程和設(shè)計

2、接線。(4天)3.進(jìn)行仿真。（2天）4.編寫實驗報告。(2天)指導(dǎo)教師（簽字）：年 月 日 學(xué)院院長（簽字）：年 月 日摘 要本課題是設(shè)計一個基于MCS-51系列單片機(jī)的音樂噴泉，隨著音樂音調(diào)節(jié)拍的變化，彩燈也隨之變化。先用Keil軟件調(diào)試編寫的程序再用Proteus軟件仿真，在Proteus軟件商是用兩個軟件，一個來切換演奏出不同的樂曲，利用定時器0發(fā)出不同頻率的方波從P3.7輸出，使蜂鳴器發(fā)出不同的音調(diào)，然后延時控制音調(diào)的節(jié)拍，與之相對應(yīng)的LED燈亮起；另一個用來切換八路LED的變化的花樣并且喇叭發(fā)出聲音。關(guān)鍵詞：AT89c0251單片機(jī)；音樂；LED燈目錄1.緒論32.設(shè)計內(nèi)容43.軟件

3、設(shè)計43.1 程序設(shè)計分析43.2 歌曲簡譜的編碼規(guī)則53.3程序流程圖63.4 軟件源程序84.硬件設(shè)計154.1 AT89c2051單片機(jī)154.2電路原理175.仿真185.1 ISIS介紹185.2 Keil介紹195.3 仿真結(jié)果圖206.心得體會22參考文獻(xiàn)221.緒論德國發(fā)明家奧圖皮士特先生在1930年提出噴泉的相關(guān)理論，隨后他在百貨商店和餐館前建造小型的噴泉。經(jīng)過多年來的發(fā)展，音樂噴泉的設(shè)計變的多樣化，構(gòu)造變得復(fù)雜化。在1952年的夏天，在西柏林的工業(yè)展覽中，一個美國人看到了奧圖皮士特先生音樂噴泉的表演，并把它帶回紐約。1953年1月15日音樂噴泉在美國首次表演，表演期間超過1

4、50萬人觀看。在音樂噴泉走向全世界的同時，各種新技術(shù)也不斷地運用在音樂噴泉上，使其表演變得復(fù)雜和美麗，給人們帶來無限的樂趣，提高了人們的生活質(zhì)量。 為了使控制簡單可靠，活用現(xiàn)代社會的市場需求，各種形式的噴泉層出不窮，并逐步轉(zhuǎn)向小型和營業(yè)性較強(qiáng)的方向發(fā)展。其音樂噴泉的控制也變得靈活多樣，如單片機(jī)、PLC、DSP等都在音樂噴泉中有所運用，當(dāng)然也具有優(yōu)缺點。本課題選用單片機(jī)作為此次音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計的控制核心，主要是為了實現(xiàn)單片機(jī)的放音，并控制多個彩燈隨著音樂的音調(diào)節(jié)奏變化而隨之變換。2.設(shè)計內(nèi)容電路有兩種工作模式：演奏音樂模式和花樣燈模式。演奏音樂模式：演奏完整的一首的歌曲，八路LED隨著音樂變

5、化?；訜裟Ｊ剑喊寺稬ED變化出各種花樣，蜂鳴器隨著發(fā)出“嘀嘀”聲。按下按鍵1進(jìn)入演奏音樂模式，再按切換歌曲，共兩首歌曲。按下按鍵2進(jìn)入花樣燈模式，再按切換LED花樣，共四種花樣。3.軟件設(shè)計3.1 程序設(shè)計分析 程序利用了R6和R7兩個寄存器分別作為花樣和音樂的標(biāo)志，都初始化為0.用到了兩個外部中斷和一個定時器，兩個按鍵接兩個外部中斷，按鍵1使得R7在1和2之間切換，當(dāng)按下按鍵1時產(chǎn)生外部中斷1，中斷程序使得R7加1當(dāng)R7為2時使之為0，用程序檢測R7的值，R7等于1時播放第一首歌曲，等于2時播放第二首歌；按鍵2使得R6在04之間切換，當(dāng)按下按鍵2時產(chǎn)生外部中斷0，中斷程序使得R6加1，當(dāng)R

6、6為4時使之為0，根據(jù)R6的值來切換LED的花樣。R6和R7的值是互斥的，設(shè)置R7等于1、2時，R6同時設(shè)置為0；設(shè)置R6等于14時，R7也同時設(shè)置為0。 歌曲播放的設(shè)計：利用定時器0發(fā)出不同頻率的方波從P3.7輸出，使蜂鳴器發(fā)出不同的音調(diào)，然后延時控制音調(diào)的節(jié)拍。當(dāng)程序檢測到R7不為0時調(diào)用音樂子程序，先將歌曲的簡譜進(jìn)行編碼，儲存在一個編碼表中。在子程序中從對應(yīng)的編碼表中取出一個數(shù)，然后分離出高4位得到音調(diào)，接著找出程序相應(yīng)的值賦給定時器0，使之定時操作喇叭，得出相應(yīng)的音調(diào)，同時從P1口輸出相應(yīng)的值使得八路LED燈隨著音樂變化而發(fā)生相應(yīng)的變化；接著分離出該數(shù)的低4位，得到延時時間，接著調(diào)用軟

7、件延時。 花樣燈的設(shè)計：一共設(shè)計了四種花樣，即花樣一是一半燈循環(huán)移動、花樣二是八個燈循環(huán)閃爍，花樣三是高低四位輪流亮，花樣四是有八個燈循環(huán)被點亮和熄滅。R6的值為14一次對應(yīng)花樣的14，當(dāng)程序檢測到R6的值不為0時就調(diào)用與其值相對應(yīng)的花樣的子程序。3.2 歌曲簡譜的編碼規(guī)則 do re mi fa so la si分別編碼為17，重音do編為8，重音re編為9，停頓編為0.播放長度一十六分音符為單位（在本程序中為165ms），一拍即四分音符等于4個十六分音符，編為4，其他的播放時間以此類推。音調(diào)作為編碼的高4位，二播放時間作為低4位，如此音調(diào)和節(jié)拍就構(gòu)成了一個編碼。以ffH為曲譜的結(jié)束標(biāo)志。舉

8、例1：音調(diào)do，發(fā)音長度為兩拍，集二分音符，將其編碼為18H。舉例2：音調(diào)re，發(fā)音長度為半拍，集八分音符，將其編碼為22H。 確定定時器0對應(yīng)于音調(diào)的初值：假設(shè)要得到500HZ的聲音。500HZ的聲音信號每個周期為2ms，即2000us。假設(shè)單片機(jī)采用12MHZ的晶振，每個機(jī)器周期的時間為12/12M=1us。故單片機(jī)操作（對與蜂鳴器相連的I/O口取反）一次蜂鳴器的時間間隔為2000us/1us/2=1000個機(jī)器周期，故給工作在方式1的定時器0賦初值C=t/MC補(bǔ)=模-t/MC,C=(3E8H)補(bǔ)=10000H-3E8H=FC18H，TH0=#FCH,TL0=#18H。下面給出定時器0工作

9、在方式1對應(yīng)各音調(diào)的初值，假定使用的晶振是12MHZ：3.3程序流程圖主程序流程圖播放音樂子程序流程圖Count2=0?計數(shù)i=0Count2=1?從第一個編碼表取第i個數(shù)從第二個編碼表取第i個數(shù)結(jié)束標(biāo)志？取數(shù)高4位，點亮相應(yīng)LED是0？關(guān)蜂鳴器，停頓一次給定時器0置入相應(yīng)初值取數(shù)的低4位，調(diào)用軟件延時i=i+1,修改編碼指針結(jié)束yesnoyesnoyesyesnono3.4 軟件源程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit duan=P26;sbit key1=P32;/

10、按key1可切換花樣sbit key2=P33;/按key2可切換歌曲sbit fm=P37;/蜂鳴器連續(xù)的IO口sbit P34=P34;/矩陣鍵盤的一列uchar code huayang1=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf;/花樣1uchar code huayang2=0x7f,0xfe,0xbf,0xfd,0xdf,0xfb,0xef,0xf7,0xef,0xfb,0xdf,0xfd,0xbf,0xfe;/花樣2uchar code huayang3=0x7f,0x3f,0x1f

11、,0x0f,0x07,0x03,0x01,0x0,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff;char code huayang4= 0x55,0xaa,0xcc,0x33,0x99,0x66,0x0f,0xf0;uchar count1;/花樣標(biāo)志uchar count2;/歌曲標(biāo)志uchar timeh,timel,i;/=簡譜=/編程規(guī)則:字節(jié)高位是簡譜,低位是持續(xù)時間,/代表多少個十六分音符/1-7代表中央C調(diào),8-E代表高八度,0代表停頓/最后的0是結(jié)束標(biāo)志uchar code qnzl= /千年之戀0x12,0x22,0x34,0x84,0x74

12、,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,/竹林的燈火 到過的沙漠 0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,/七色的國度 不斷飄逸風(fēng)中 0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,/有一種神秘 灰色的旋渦 0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0

13、x72,0x02,/將我卷入了迷霧中 0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,/看不清的雙手 0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,/一朵花傳來誰經(jīng)過的溫柔 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA2,0x71,0x76,/穿越千年的傷痛 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,/只為求一個結(jié)果 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,/你留下的輪廓 指引我 0x42,0x63,

14、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,/是你在盡頭等我 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,/最美麗的感動 會值得 0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff/結(jié)束標(biāo)志/用一生守候;uchar code jmszl= /寂寞沙洲冷0x12,0x12,0x22,0x32,0x31,0x22,0x21,0x22,/

15、自你走后心憔悴0x21,0x31,0x51,0x52,0x31,0x52,0x61,0x15,0x14,/白色油桐風(fēng)中紛飛0x51,0x52,0x31,0x52,0x62,0x13,0x11,0x13,0x32,0x28,0x08,0x28,/落花似人有情 這個季節(jié)0x31,0x32,0x31,0x32,0x11,0x21,0x51,0x52,0x51,0x52,/河畔的風(fēng)放肆拼命地吹0x51,0x51,0x31,0x32,0x31,0x32,0x81,0x72,0x63,/不斷撥弄離人的眼淚0x62,0x71,0x81,0x72,0x61,0x61,0x52,0x31,0x21,0x32,0

16、x51,0x54,/那樣濃烈的愛再也無法給0x22,0x12,0x11,0x12,0x11,0x12,0x12,0x14,0x26,0x32,0x26,/傷感一夜一夜0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,/當(dāng)記憶的線纏繞過往支離破碎0x02,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x62,0x52,0x34,/是慌亂占據(jù)了心扉 0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x82,/有花兒伴著蝴蝶0x51,0x51,0x51,0x51,0x31,0x61,0x53,/孤雁可以

17、雙飛0x21,0x11,0x21,0x11,0x22,0x11,0x21,0x26,/夜深人靜獨徘徊0x32,0x61,0x51,0x51,0x31,0x31,0x21,0x31,0x51,0x61,0x51,0x31,0x51,0x52,/當(dāng)幸福戀人寄來紅色分享喜悅0x31,0x31,0x81,0x81,0x81,0x61,0x91,0x81,0x61,0x31,0x56,/閉上雙眼難過頭也不敢回0x32,0x32,0x81,0x81,0x81,0x81,0x91,0x81,0x61,0x81,0x61,0x51,0x31,0x51,0x34,/仍然撿盡寒枝不肯安歇微帶著后悔0x21,0x3

18、1,0x51,0x31,0x21,0x11,0x61,0x21,0x16,/寂寞沙洲我該思念誰0xff;/=簡譜音調(diào)對應(yīng)的定時器初值=/適合11.0592M的晶振uchar code cuzhi= 0xff,0xff,/占位 0xFC,0x8E,/中央C調(diào)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 ;uchar yinyue=0xff,

19、0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0x0,0x0;/將音調(diào)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的LED樣式void delay1(uint z);/延時1MSvoid delay(uint z);/延時165MS,即十六分音符void song();void beep();/蜂鳴器叫一聲main()uchar x;count1=0;/流水燈無花樣count2=1;/唱第一首歌P34=0;/選取矩陣鍵盤的一列EA=1;/開總中斷EX0=1;/開外部中斷0IT0=1;/外部中斷0下降沿觸發(fā)方式EX1=1;/開外部中斷1IT1=1;/外部中斷1下降沿觸發(fā)方式TMOD=0x01;/

20、定時器0工作在方式1TH0=0;TL0=0;ET0=1;while(1)if(count1!=0)switch(count1)case 1:for(x=0;x<14;x+)duan=1;P1=huayang1x;beep();delay1(300);duan=0;if(count1!=1)break;break;case 2:for(x=0;x<14;x+)duan=1;P1=huayang2x;beep();delay1(300);duan=0;if(count1!=2)break;break;case 3:for(x=0;x<16;x+)duan=1;P1=huayang

21、3x;beep();delay1(300);duan=0;if(count1!=3)break;break;case 4:for(x=0;x<8;x+)duan=1;P1=huayang4x;beep();delay1(300);duan=0;if(count1!=4)break;break;elsesong();delay1(1000); void int0() interrupt 0EA=0;/關(guān)總中斷delay1(1);/去抖if(key1=0)count2=0;/不讓蜂鳴器唱歌TR0=0;count1+;if(count1=5) count1=1;EA=1;/開總中斷void i

22、nt1() interrupt 2EA=0;/關(guān)總中斷delay1(1);/去抖if(key2=0)count1=0;/流水燈無花樣TR0=1;i=0;/從頭開始唱count2+;if(count2=3) count2=1;EA=1;/開總中斷void timer0() interrupt 1 /用于產(chǎn)生各種音調(diào)TH0=timeh;TL0=timel;fm=fm;void song()uint temp;uchar jp;/jp是簡譜i=0;while(1)if(count2=0)break;if(count2=1)/選曲 temp=qnzli;if(count2=2)temp=jmszli;

23、if(temp=0xff)break;jp=temp/16; /取數(shù)的高4位duan=1;P1=yinyuejp;duan=0;if(jp!=0)timeh=cuzhijp*2;timel=cuzhijp*2+1;elseTR0=0;fm=1;/關(guān)蜂鳴器delay(temp%16); /取數(shù)的低4位TR0=0; /唱完一個音停10MSfm=1;delay1(10); TR0=1; i+;TR0=0;fm=1;void delay(uint z)/延時165MS,即十六分音符uint x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=19000;y>0;y-);void delay

24、1(uint z)/延時1MSuint x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=112;y>0;y-);void beep()/蜂鳴器叫一聲uchar i;for(i=0;i<50;i+)fm=fm;delay1(1);fm=1;4.硬件設(shè)計4.1 AT89c2051單片機(jī) AT89c2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電平、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理

25、器和Flash存儲單元，AT89C2051單片機(jī)在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。 1.VCC：電源電壓。2.GND：地。3. P1口：P1口是一個8位雙向I/O口。口引腳P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時，其可用作輸入端，當(dāng)引腳P1.2 P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的寫入“1”時，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。

26、4. P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部拉低的P3口腳將用上拉電阻而流出電流。P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種第二功能，如下表所列： P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。5. RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運行時，持續(xù)給出RST引腳兩個機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機(jī)器周期

27、需12個振蕩器或時鐘周期。6. XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。4.2電路原理由于51單片機(jī)的電流驅(qū)動能力較弱，而蜂鳴器的工作電流為幾十MA。單片機(jī)給P3.7低電平，則蜂鳴器開；給高電平則喇叭關(guān)。LED接到單片機(jī)的P1口，輸出0時，可使LED亮起。兩個按鍵的一段接單片機(jī)的I/O口變成低電平，引發(fā)單片機(jī)中斷。 5.仿真5.1 ISIS介紹 P r o t e u s I S I S是英國L a b c e n t e r公司開發(fā)的電路設(shè)計、分析與仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。該軟件的主要特點是： 集原理圖設(shè)計、仿真分析( I S

28、I S ) 和印刷電路板設(shè)計( A R E S ) 于一身。可以完成從繪制原理圖、仿真分析到生成印刷電路板圖的整個硬件開發(fā)過程。 提供幾千種電子元件（分立元件和集成電路、模擬和數(shù)字電路）的電路符號、仿真模型和外形封裝。 支持大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)以及各種外圍芯片（R S 2 3 2動態(tài)仿真、I 2 C調(diào)試器、S P I調(diào)試器、鍵盤和 L C D 系統(tǒng)仿真等）的仿真。 提供各種虛擬儀器，如各種測量儀表、示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。過去需要昂貴的電子儀器設(shè)備、繁多的電子元件才能完成的電子電路、單片機(jī)等實驗，現(xiàn)在只要一臺電腦，都可在該軟件環(huán)境下快速輕松地實現(xiàn)。 5.2 Keil介紹Keil Visi

29、on32006年1月30日ARM推出全新的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具，集成Keil Vision3的RealView MDK開發(fā)環(huán)境。RealView MDK開發(fā)工具KeilVision3源自Keil公司。RealView MDK集成了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)，包括Keil Vision3集成開發(fā)環(huán)境與RealView編譯器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動配置啟動代碼，集成Flash燒寫模塊，強(qiáng)大的 Simulation設(shè)備模擬，性能分析等功能，與ARM之前的工具包ADS等相比，RealView編譯器的最新版本可將性能改善超過20%。其優(yōu)點是:Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻