课程设计报告设计题目：单片机多功能音乐盒设计【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、时钟电路以及蜂鸣器组成。

使用两个按键控制音乐盒，一个用来暂停歌曲，另一个用来切换歌曲本音乐盒共有四首歌曲，还有4*4矩阵键盘电子琴弹奏功能，播放歌曲时，蜂鸣器发出音调，矩阵键盘无扫描信号，不动作。

当按下暂停歌曲键时，可继续弹奏电子琴。

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。

设计作者：吴文豪专业班级/学号：10应电三班 1006020144合作者1：专业班级/学号：合作者2：专业班级/学号：指导教师：王明文设计时间：2012年5月12日———2012年6月3日目录引言 (1)1．设计任务及要求 (2)1．1设计任务 (2)1．2设计要求 (2)1. 3研究内容 (2)2．系统总体设计 (3)2．1系统结构框图设计及说明 (3)3．软、硬件设计……………………………………………………………..3.1 系统硬件设计…………………………………………………………3．1．1系统硬件原理图及工作原理说明…………………………3．1．2单元电路设计原理与元件参数选择………………………3． 2系统软件设计……………………………………………………..3． 2． 1软件系统总流程图及设计思路说明…………………...3． 2． 2软件各功能模块的流程图设计及思路说明…………... 4．安装与调试……………………………………………………………….4．1安装调试过程………………………………………………………4．2调试中遇到的问题…………………………………………………5．结论………………………………………………………………………. 6．使用仪器设备清单………………………………………………………. 7．收获、体会和建议………………………………………………………. 8．参考文献…………………………………………………………………. 9．附录………………………………………………………………………引言21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。

这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。

面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息及时，清晰地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。

单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。

随着人类社会的发展，人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。

小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。

传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。

本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值。

电子琴是高科技在音乐领域的一个代表，它是古典文化与现代文明的一个浓缩体。

它不但可以帮助我们的音乐教师进行传统音乐文化的教育教学工作，而且由于它又具备现代音乐，特别是电子音乐、电脑音乐的基本结构、特征，因而使我们的教师在进行现代音乐、电子音乐、电脑音乐的教学时，更直接、更简便。

单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。

它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。

因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。

电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。

它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。

本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。

以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个弹奏按键、1个播放键，1个暂停键和扬声器。

概述本设计是以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。

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，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。

课题意义音乐盒的起源，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。

本文设计的音乐盒，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设计任务及要求1.1设计任务（1）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。

由蜂鸣器发出音调；（2）设计一个（4X4）的键盘，并将16个键设计成16个音；（3）可弹奏自己想要表达的音乐。

1.2设计要求（1）按设计指标进行电路设计;（2）列出音阶与单片机定时器输出频率关系表格;（3）制作符合设计指标的硬件电路。

1.3研究内容（1）电路有两种工作模式：演奏音乐模式和电子琴模式。

演奏音乐模式：演奏完整的一首的歌曲。

电子琴模式：数码管上0~F表示十六种音调。

包括高低音实现更多音乐弹奏（2）按下按键2进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共四首歌曲。

（3）按下按键1进入暂停歌曲模式，可以进行电子琴弹奏。

2 系统总体方案介绍2．1系统结构框图设计及说明2.12 系统组成框图及说明音乐盒的系统结构以AT89C51单片机位控制核心，4*4矩阵键盘，加上2个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、数码管6模块组成。

单片机负责接收按键的输入，根据的输入按键所对应的音符蜂由鸣器发音。

系统组成框图如图2.1所示。

图2.1 系统组成框图2.1.2 音乐盒的功能结构图及说明音乐盒的功能结构如图2.2所示。

Key2负责切换播放歌曲，播放歌曲共4首，分别是千年之恋和寂寞沙冷，七子之歌，感恩的心Key1负责暂停。

图2.2 音乐盒功能结构图2.1.3电子琴的功能结构图及说明电子琴的功能结构图如2.3所示。

4*4键盘按下获取相应的键值和音符有DO到XI 高低音共16个音。

并在数码管上显示。

图2.3电子琴功能结构图3.软、硬件设计3.1 总体设计框图图3.1总体设计框图3.2各部分硬件设计及其原理3.2.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除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。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图3.2所示图3.2 A T89C51系列单片机3.2.2 数码管显示电路和4*4键盘设计与原理对4*4矩阵键盘及单片机P1口进行扫描得到0~F的按键值由单片机P0口输出显示到数码管上，并由扬声器发出相对应的声音。

3.2.3 时钟振荡电路AT89C51中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。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自然振荡器。

外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。

对外接电容C1，C2虽然没有什么严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。

如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF±10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF±10PF。

用户也可以采用外部时钟。

采用外部时钟的电路如图示。

这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。

由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。

振荡器电路图如下：图3.2.3 单片机内部、外部振荡电路3.24硬件电路图及功能总体硬件电路实现功能如下，如图3.2.4所示1.电路中用P3.2、P3.3控制按键。