机电学院单片机课程设计任务书设计名称：音乐盒的设计学生姓名：*** 指导教师：*****起止时间：自*** 年* 月* 日起至*** 年*月* 日止一、课程设计目的利用AT89C51系列单片机，实现两首歌曲的依次、循环播放，并在播放歌曲的同时，与之对应的LED灯亮起，形成三种绚丽的灯光效果，制作成一个简单的音乐盒。

二、课程设计任务和基本要求设计任务：1.运用AT89C51系列单片机的技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一个多功能音乐盒；2.运用2N2905三极管放大技术，对扬声器音频信号进行放大，实现音乐播放功能；3.8个LED灯对应音乐的不同音阶，实现伴随音乐播放，发出不同的花样效果的功能。

基本要求：1. 能够实现设计任务的基本功能；2. 至少设计两种音乐的播放和三种灯光效果的制作；3. 能够完成音乐盒实物的焊接；4. 完成设计后独立撰写3000字左右的设计报告。

目录摘要 (1)关键字 (1)1 概述 (2)1.1设计意义 (2)1.2设计方案 (2)1.3设计内容 (2)2 硬件设计 (3)2.1音乐盒的结构框图 (3)2.2单片机模块 (3)2.2.1 AT89C51系列单片机介绍 (3)2.2.2 最小系统 (4)2.3扬声器模块 (4)2.4LED显示模块 (5)2.5按键模块 (5)3 软件设计 (6)3.1音乐盒的功能框图 (6)3.2音调、节拍以及编码的确定方法 (6)3.2.1 音调的确定 (6)3.2.2 节拍的确定 (7)3.2.3 编码 (8)3.3软件程序设计 (9)3.3.1 程序流程图 (9)3.3.2 程序源代码 (10)4 调试 (10)4.1实验环境 (10)4.1.1 PROTEUS软件简介 (10)4.1.2 KEIL简介 (11)4.2仿真调试 (11)4.3花样灯3种效果 (12)4.4实物调试 (13)5 总结 (14)参考文献 (15)附录 (16)附录1仿真电路图 (16)附录2实物图 (16)附录3元器件清单 (16)附录4程序源代码及注释 (17)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音乐盒。

该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路、LED显示电路以及扬声器组成。

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，扬声器发出某个音调，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1 概述本课程设计是以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。

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 设计意义音乐盒的起源，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。

本课程设计的音乐盒，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。

扬声器发出某个音调，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 设计内容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。

2）按下按键1进入LED花样灯模式，再按切换花样，共三种花样。

3）按下按键2进入演奏歌曲模式，再按切换歌曲，共两首歌。

2 硬件设计本课程设计“简单的音乐盒”是以AT89C51单片机为核心，主要包括AT89C51单片机模块、按键输入模块、扬声器模块、LED 显示模块、电源模块五个模块，通过两个按键的输入，一方面来控制音乐的切换，音乐包括两首歌曲：挥着翅膀的女孩和寂寞沙洲冷；另一方面控制流水灯的变换，主要包括三种花样：（1）单灯流水（2）从两边向中间移动（3）从第一个亮到最后一个，中间不熄灭。

主控单片机负责接收按键的输入，根据输入的按键信号，控制音乐播放曲目和音乐花样灯的显示样式，从而达到音乐的播放并伴随灯光闪烁的功能。

2.1 音乐盒的结构框图单片机模块按键输入模块扬声器模块LED 显示模块音乐盒的设计框图图2-1 系统结构框图2.2 单片机模块2.2.1 AT89C51系列单片机介绍AT89C51是一种带4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，其可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

其外形及引脚排列如图3.1所示，40只引脚功能可分为3类：电源及时钟引脚——Vcc 、Vss 、XTAL1、XTAL2；控制引脚——PSEN 、ALE/PROG 、EA/Vpp 、RST ；I/O 口引脚——P0、P1、P2与P3，为4个8位I/O 的外部引脚。

它作为主控芯片，控制按键信号、歌曲播放信号等，并发出相应的命令。

2.2.2 最小系统最小系统：给单片机提供稳定的震荡频率和在上电时可靠的复位信号（如下图3.2所示）。

其中含有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

X1晶体振荡器，它的作用是提供稳定的时钟脉冲，C1和C2是晶振的匹配电容。

C3和R1是复位电路，在刚上电一瞬间，电源电压不稳定，这样会使单片机工作在不稳定的状态下，从而使单片机的指令乱飞，会让单片机不能从正确的地方开始执行程序。

其作用就是在这段电压不稳定的时间内，使单片机一直处于复位的状态，使单片机正常工作。

图2-2 单片机最小系统2.3 扬声器模块蜂鸣器，是电容性的器件，三极管通断，间歇充电，充满了播放，声音较小。

且是有源器件，只能发出嘀嘀声，声音频率固定，因此采用扬声器。

扬声器的功率是比较大的，单片机的I/O驱动能力不能让扬声器发出声音，因此要在中间加上驱动电路。

此模块采用2N2905三极管，对驱动电流进行放大。

图2-3 音乐播放电路图2.4 LED显示模块LED显示电路是由8个LED发光二极管组成，连接方式为共阳极，LED一端接到单片机的P1口，另一端接一个排阻，若为低电平，可使LED亮起。

发光二极管的亮、灭由内部程序控制，8个LED发光二极管分别对应不同的音阶，所以LED会随着音阶的变化按规律亮、灭。

图2-4 LED显示电路图2.5 按键模块此模块采用两个独立式按钮，分别与单片机的P3.2、P3.3口连接，按下Key1，花样灯改变样式，按下Key2，歌曲变换。

起到控制花样彩灯的变换、切换歌曲的功能。

图2-5 按键电路3 软件设计3.1 音乐盒的功能框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，第一种单灯流水，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。

开始Key1 切换LED显示花样 Key2切换播放歌曲图3-1 音乐盒功能结构图3.2 音调、节拍以及编码的确定方法一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。

因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。

3.2.1 音调的确定不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。

把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。

两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。

在钢琴等键盘乐器上，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；E–F、B–C两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。

通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上﹟号或者b号的叫变化音。

﹟叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。

例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO 的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。

1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。

利用定时器计时这半个周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。

2）利用AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。

此外结束符和休止符可以分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应的停顿效果。

3）例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每次计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。