基于單片機的電子音樂門鈴

.圖2-4Proteus仿真軟件三、總體設(shè)計3.1系統(tǒng)需求設(shè)計是基于AT89C51單片機的可控音樂門鈴程序設(shè)計。依據(jù)單片機技術(shù)原理,通過PROTEUS仿真軟件對硬件電路進行仿真制作以及利用KEIL軟件對音樂門鈴源程序進行C語言編譯,而設(shè)計制作出的一個多功能音樂門鈴。系統(tǒng)需滿足以下要求,利用51單片機的I/O口產(chǎn)生一定頻率的方波,驅(qū)動蜂鳴器,發(fā)出不同的音調(diào),從而演奏樂曲；同時客人可通過門鈴按鍵器播放音樂,并顯示主人預設(shè)的提示信息；如果主人在家,可暫停并取消音樂。3.2總體設(shè)計方案音樂門鈴的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以AT89C51單片機位控制核心,加上2個按鍵、時鐘復位電路、放大器、蜂鳴器、LCD顯示模塊組成。單片機負責接收按鍵的輸入,根據(jù)輸入控制音樂播放曲目和顯示提示信息以及蜂鳴器發(fā)音。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。AT89C51單片機蜂鳴器放大器AT89C51單片機蜂鳴器放大器門鈴按鍵門鈴按鍵LCD1602顯示內(nèi)容LCD1602顯示內(nèi)容復位按鍵復位按鍵音樂停止音樂停止圖3-1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖3.3系統(tǒng)功能流程當客人來訪,按動門鈴開關(guān)K2,單片機根據(jù)開關(guān)K1判斷主人是否在家,當K1斷開時,即主人在家,則驅(qū)動蜂鳴器播放主人預先設(shè)定的音樂,并且LCD1602液晶顯示屏顯示容"Welcome!Pleasewait!",主人此時可關(guān)閉蜂鳴器和LCD提示前去開門。當K1閉合時,即主人不在家,則蜂鳴器無任何聲音,同時LCD1602顯示容"Sorry!masteisnotathome!"。具體功能流程如圖所示：開始開始門鈴按鍵K1門鈴按鍵K1主人是否在家〔開關(guān)K2主人是否在家〔開關(guān)K2否否是是LCD顯示主人不在家LCD顯示LCD顯示主人不在家LCD顯示蜂鳴器播放音樂主人關(guān)閉音樂播放和LCD提示主人關(guān)閉音樂播放和LCD提示結(jié)束結(jié)束圖3-2系統(tǒng)功能流程圖四、硬件設(shè)計4.1復位電路的設(shè)計復位是單片機的初始化操作,其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外,當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時,為了擺脫困境,也需要按復位鍵以重新啟動。在振蕩器工作時將RST腳保持至少兩個機器周期高電平,12時鐘模式為24個振蕩器周期,6時鐘模式為12振蕩器周期,可實現(xiàn)復位。為了保證上電復位的可靠RST保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間通常為幾個毫秒再加上兩個機器周期復位后振蕩器以12時鐘模式運行當已通過并行編程器設(shè)置為6時鐘模式時除外。本次設(shè)計復位電路設(shè)計,如圖4-1所示。圖4-1復位電路4.2時鐘電路的設(shè)計時鐘電路產(chǎn)生與單片機工作所需要的時鐘信號,單片機本身就是一個復雜的同步時序電路,為了保證同步工作方式的實現(xiàn),電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格的按時序進行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間的關(guān)系。在51單片機部有一個高增益反向放大器,其輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端引腳為XTAL2,在芯片的外部通過這兩個腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,形成反饋電路,就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖4-2所示：圖4-2時鐘電路的設(shè)計部程序存振蕩晶體可在1.2MHz~12MHz之間選擇,電容值無嚴格要求,但在電容值取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響,C1、C2可在20pF~100pF之間取值,但在60pF~70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。本設(shè)計選取晶振為12MHz,電容為30pH。4.3開關(guān)電路的設(shè)計開關(guān)K1為主人是否在家的控制開關(guān),開關(guān)K2模擬門鈴按鈕,開關(guān)K3為主人控制開關(guān),用于停止音樂提醒,詳細設(shè)計見圖4-3。K3K3K2K2圖4-3開關(guān)電路的設(shè)計4.4蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器,采用直流電壓供電,廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。利用51單片機的I/O口產(chǎn)生一定頻率的方波,驅(qū)動蜂鳴器,發(fā)出不同的音調(diào),從而演奏樂曲圖4-4蜂鳴器4.4總體硬件電路總體硬件電路實現(xiàn)功能如下,如圖4-5所示。⑴電路中用P3.2、P3.3控制按鍵。⑵P0.0-P0.7和P2.0-2.7控制數(shù)碼管的時間顯示。⑶P2.6控制蜂鳴器。圖4-5硬件仿真電路圖五、軟件設(shè)計一般說來,單片機演奏音樂基本都是單音頻率,它不包含相應幅度的諧波頻率,也就是說不能像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)拍表示一個音符唱多長的時間。5.1音調(diào)的確定不同音高的樂音是用C、D、E、F、G、A、B來表示,這7個字母就是音樂的音名,它們一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成簡譜的1、2、3、4、5、6、7,相當于漢字"多來米發(fā)梭拉西"的讀音,這是唱曲時樂音的發(fā)音,所以叫"音調(diào)",即Tone。把C、D、E、F、G、A、B這一組音的距離分成12個等份,每一個等份叫一個"半音"。兩個音之間的距離有兩個"半音",就叫"全音"。在鋼琴等鍵盤樂器上,C–D、D–E、F–G、G–A、A–B兩音之間隔著一個黑鍵,他們之間的距離就是全音；E–F、B–C兩音之間沒有黑鍵相隔,它們之間的距離就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音,那些在它們的左上角加上﹟號或者b號的叫變化音。﹟叫升記號,表示把音在原來的基礎(chǔ)上升高半音,b叫降記音,表示在原來的基礎(chǔ)上降低半音?！?要產(chǎn)生音頻脈沖,只要算出某一音頻的周期〔1/頻率,然后將此周期除以2,即為半周期的時間。利用定時器計時這半個周期時間,每當計時到后就將輸出脈沖的I/O反相,然后重復計時此半周期時間再對I/O反相,就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖?！?利用AT89C51的部定時器使其工作在計數(shù)器模式MODE1下,改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法。此外結(jié)束符和休止符可以分別用代碼00H和FFH來表示,若查表結(jié)果為00H,則表示曲子終了；若查表結(jié)果為FFH,則產(chǎn)生相應的停頓效果。 計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下： N=Fi2Fr N：計算值；Fi：部計時一次為1us,故其頻率為1MHz；〔3其計數(shù)值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi2Fr例如：設(shè)K=65536,F=1000000=Fi=1MHz,球低音DO〔261Hz。中音DO〔523Hz。高音的DO〔1046Hz的計算值T=65536-N=65536-Fi2Fr=652Fr=65536-500000/Fr低音DO的T=65536-500000/262=63627低音DO的T=65536-500000/523=64580低音DO的T=65536-500000/1047=65059〔4C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的對照表如表5-1所示。表5-1C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的對照表低音頻率T參數(shù)中音頻率T參數(shù)高音頻率T參數(shù)Do2621908229Do523956115Do10465757Do﹟2771805217Do﹟554903108Do﹟11095454Re2941701204Re587852102Re11755151Re﹟3111608193Re﹟62280497Re﹟12454848Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa﹟3701351162Fa﹟74067681Fa﹟14804141So3921276153So78463877So15683838So﹟4151205145So﹟83160272So﹟16613636La4401136136La88056868La17603434La﹟4641078129La﹟93253664La﹟18653232Si4941012121Si98850661Si19763030相關(guān)代碼如下：ucharcodecuzhi[]={ 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 };5.2節(jié)拍的確定若要構(gòu)成音樂,光有音調(diào)是不夠的,還需要節(jié)拍,讓音樂具有旋律〔固定的律動,而且可以調(diào)節(jié)各個音的快滿度。休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的,而每個音符對應著不同頻率,這樣就可以利用不同的頻率的組合,加以與拍數(shù)對應的延時,構(gòu)成音樂。對于單片機來說,產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的,利用單片機的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號。表5-2節(jié)拍與節(jié)拍碼對照節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍相關(guān)代碼如下：ucharcodeDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};//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)束標志voidDelay1<uintz>; //延時1MSvoidDelay<uintz>;//延時165MS,即十六分音符ucharcodeqnzl[]={//千年之戀0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22,0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62,0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02,0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36,0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53,0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff//結(jié)束標志};//簡譜音調(diào)對應的定時器初值//適合11.0592M的晶振5.3編碼doremifasolasi分別編碼為1~7,重音do編為8,重音re編為9,停頓編為0。播放長度以十六分音符為單位〔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,其它的播放時間以此類推。音調(diào)作為編碼的高4位,而播放時間作為低4位,如此音調(diào)和節(jié)拍就構(gòu)成了一個編碼。以0xff作為曲譜的結(jié)束標志,可以參考簡譜碼如表4-4所示。歌曲播放的設(shè)計：先將歌曲的簡譜進行編碼,儲存在一個數(shù)據(jù)類型為unsignedchar的數(shù)組中。程序從數(shù)組中取出一個數(shù),然后分離出高4位得到音調(diào),接著找出相應的值賦給定時器0,使之定時操作蜂鳴器,得出相應的音調(diào)；接著分離出該數(shù)的低4位,得到延時時間,接著調(diào)用軟件延時。表5-4簡譜對應的簡譜碼、T值、節(jié)拍數(shù)簡譜發(fā)音簡譜碼T值節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)5低音SO16426011/4拍6低音LA26440022/4拍7低音TI36452433/4拍1中音DO46458041拍2中音RE56468451又1/4拍3中音MI66477761又1/2拍4中音FA76482082拍5中音SO864898A2又1/2拍6中音LA964968C3拍7中音TIA65030F3又3/4拍1高音DOB650582高音REC651103高音MID651574高音FAE651785高音SOF65217六、系統(tǒng)測試主人在家時,開關(guān)K1狀態(tài)斷開。按下門鈴鍵就先顯示提示,然后隨機播放音樂,在音樂播放結(jié)束或主人按下關(guān)閉音樂鍵時關(guān)顯示,如圖6-1所示。圖6-1主人在家時LCD狀態(tài)主人不在家,當狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)閉合。按下門鈴鍵,只顯示提示,但不播放音樂,而且提示延時一段時間后自動關(guān)顯示。如圖6-2所示。圖6-2主人不在家時LCD狀態(tài)總結(jié)這次寶貴的學年設(shè)計活動中,經(jīng)驗才是對于我們最大的收獲,而且還增強了自身對未知問題以及對知識的深化認識的能力,用受益匪淺這個詞語來概括這次難忘的活動我覺得再合適不過了。但是,光是完成了作品還是不可以自我滿足的,在從一開始的時候就懷著將作品制作得更加人性化,更加令人滿意,更加地使功能完美又方便地被應用領(lǐng)域這個最終目的下,隨著對單片機這門學科的認識加深,到達了拓展的程度,我想這個目的將在不遠的時期被實現(xiàn)。實驗過程中,也對團隊精神的進行了考察,讓我們在合作起來更加默契,在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團結(jié)就是力量,只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。此次設(shè)計也讓我明白了思路即出路,有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢,只要認真鉆研,動腦思考,動手實踐,就沒有弄不懂的知識,收獲頗豐。在此向所有關(guān)心我的及幫助我的老師和同學們致以最真誠的感。在本次計課程設(shè)計設(shè)計中,尤其要感董再秀老師在