基于单片机STC89C52的数字音乐盒设计一、引言1.1设计的目的通过课程设计，让学生熟悉单片机微机应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤。

对学生进行基本技能训练，例如：组成系统、编程、调试、查阅资料、焊接电路板等。

使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

1.2 设计的基本要求（1）利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏不同的乐曲（至少3首歌曲）；（2）采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号；（3）可通过功能键选择乐曲，暂停，播放，上一首，下一首；扩展功能：利用一个循环跟每一个音调同步，每改变一个音调就变换一下彩灯，从而实现音乐控制彩灯的功能。

二、总体设计2.1基本工作原理1、播放音乐的原理发音原理：播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。

首先要了解对应的音调，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。

对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。

另外，音符的频率有所不同。

基于上面的内容，这样就对发音的原理有了一些初步的了解。

音符的发音主要靠不同的音频脉冲。

利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，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，利用定时器计时这个半周期时间，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、音符频率的产生 音符及定时器的初值：例如：中音1（DO ）的音频=523HZ,周期T=1/523s=1912s μ 定时器/计数器0的定时时间为：T/2=1912/2s μ=956s μ定时器956s μ的计数值=定时时间/机器周期=956s μ/1s μ=956(时钟频率=12MHZ)计算得到定时器0的初值为65536-956=64580，将初值装入T0的寄存器里，启动T0后，每计数956次后就溢出中断，进入中断服务程序后，只要将I/O 口的输出值取反，就可以得到中音1（DO ）的音符音频。

只要改变计数初值，就能得到不同频率的音符。

表（1）是C 调各音符频率与计数初值的对照表：音符、音符编码及定时器初始值：为了产生音符必须求出低音到高音的计数初值，而为了便于写谱，必须进行简单的编码，在编程时，根据音符编码查找对应的计数初值，比如说音乐是C调的，低音5（SO）直接写为编码1，低音6（LA）直接写为编码2。

表（2）是音符编码表：3、节拍频率的产生音乐中的节拍是利用延时产生的。

例如：1拍=0.4s，1/4拍=0.1s。

如此类推，可得到其他节拍的时间。

为了便于写谱，也将节拍进行编码。

表（3）是节拍数编码表，表（4）是乐谱节拍编程时间延时表：在音符编码和节拍编码完成后，编程时，每个音符占一个字节，高4位是音符编码，低4位是节拍编码。

2.2硬件总体设计本设计是由五部分电路组成的，分别是时钟复位电路、单片机系统、按键电路、显示电路和音频输出电路。

硬件的总体框图如图（1）所示：图（1）根据系统框图，使用Proteus软件绘制总原理图，总原理图如图（2）所示：图（2）原理说明：（1）当键盘有键按下时，判断键值，启动定时器0，产生一定的频率，驱动蜂鸣器，播放歌曲，启动定时器1，显示歌曲序号；（2）用P0口控制七段数码管，P1口控制彩灯变化，P2.0控制喇叭，输出音频信号；（3）电路采用12MHz的晶振工作，起振电路中C1和C2为22pF的电容。

2.3软件总体设计本设计采用Keil软件进行编写程序并进行编译，采用Proteus软件进行仿真调试。

在编写程序之前，首先应该画出该程序的流程图，这样编程起来会比较简单一点，不会那么复杂。

音乐盒设计的总程序流程图如图（3）所示：图（3）按照主程序的流程图用Keil软件编写系统的主程序。

程序清单如附录所示。

三、硬件设计3.1单片机芯片的引脚及部分功能本设计采用的单片机型号是STC89C52，其引脚图如图（4）所示：图（4）跟51单片机一样STC89C52单片机也是8位的单片机，有32个准双向的I/O口，存储单元也分为了2种，程序存储器和数据存储器，其中数据存储器是256KB 的，可以扩展到64KB，而程序存储器是4KB的，也可以扩展到64KB。

STC89C52单片机的中断系统里有5个中断请求源，4个用于中断控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON，用来控制中断的类型、中断的开/关和各种中断源的优先级别，而引脚31,当接低电平时，单片机直接访问外部程序存储器，接高电平时，单片机访问片内程序存储器，当程序计数器PC的值超过4KB时，单片机也自动访问片外程序存储器。

引脚9是单片机的复位端，当接高电平时，单片机就会复位，而单片机32个I/O口中，P3口具有第二功能，可以实现串行和并行通信的数据接收和发送，也可以控制单片机的中断类型。

3.2 各个模块的硬件电路设计1、时钟复位电路时钟电路是由12MHz的晶振和2个22pF的电容组成，给单片机系统提供外部时钟信号源，以保证单片机内部定时器的正常工作。

而复位电路采用上电复位的接法，由一个10k的电阻和10uF的电容组成，在加电的瞬间电容通过充电，使RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。

时钟复位电路如图（5）所示：图（5）2、按键输入电路本设计采用三个按键来控制音乐的播放，其中按键S1是控制音乐盒播放下一首歌曲，按键S2是控制音乐盒播放上一首歌曲，而按键S3则是控制音乐播放和暂停，按键电路的接法如图（6）所示：图（6）3、显示电路本设计采用七段共阴数码管来显示当前播放歌曲的序号，其中a、b、c、d、e、f、g分别接到P0.0-P0.6口，而公共端接地，由于P0口里面没有接上拉电阻，在外部电路里还得接上上拉电阻，以保证P0口电平的正常输出。

显示电路的接法如图（7）所示：图（7）4、音频输出电路本设计采用喇叭作为音乐盒的音频输出，但是只有一个喇叭就构成整个音频输出电路的话，播放音乐的声音就会太小声，甚至有时小到连声音都听不到，为了增大喇叭的声音，才用一个放大电路使通过喇叭的电流增大，从而增大喇叭的输出功率。

放大电路是采用一个PNP型的三极管和两个电阻，其中一个作为反馈回路。

音频输出电路如图（8）所示：图（8）5、彩灯控制电路彩灯控制电路为本设计的扩展功能，通过音乐的播放，节拍的变化来控制彩灯的循环变化，彩灯电路有8个发光二极管和8个200欧的电阻组成，接到P1口，通过变化P1口的输出电平，控制彩灯的亮灭。

彩灯控制电路如图（9）所示：图（9）四、软件设计4.1本设计可以实现课程设计的基本要求，可以播放6首歌，并通过按键控制播放、暂停等功能。

主要的子程序框图如图（10）、（11）、（12）所示：音乐播放程序框图图(10)中断程序框图图（11）系统各主要程序的程序清单可见于附录编写完程序后，用Keil软件进行编译，看是否有错，如果有错应立刻修改，直到编译正确为止。

五、仿真、调试电路在Proteus软件绘制完原理图和编译完源程续后，将Keil软件编译完生成的Hex文件加载到Proteus软件绘制出的原理图里德单片机里，就可以进行仿真，验证是否能实现课程设计的基本功能。

当仿真成功后，就可以购买元器件，开始焊接电路板了，焊完电路板后，利用单片机开发板将程序下载到单片机芯片上进行调试，看是否焊接成功，如果没有同仿真时的结果一样，就得检查一下电路，看哪里出错了，再进行调整，达到预期的要求。

六、存在问题和解决方法在设计过程中，虽然在音频输出电路中加了放大电路，来增大输出的电流，但是在调试过程中喇叭的声音还是有点小声，我认为不要采用单个三极管作为放大电路，而应该采用集成运算放大器，因为集成运放里面已经是由多个三极管组成的多级放大电路了，在外部适当的添加一些电阻和电容就能实现功率的放大。

七、总结与体会通过这次课程设计，从整体上我对单片机微机应用系统开发、研制过程软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤更加了解。

不仅熟练地掌握了Keil软件和Proteus软件的使用方法，而且提高了我的动手能力和分析问题、解决问题的能力。

我觉得这次单片机课程设计是一个综合性的设计平台，除了熟练掌握了一些软件的使用和进行了基本技能的锻炼之外，还巩固了我的单片机知识，在编程方面，我也更加的熟练。

而且通过查阅资料，还拓展了我的知识视野，加强了我查阅资料的能力。

但是这次单片机课程设计也不是一帆风顺的，在编程和仿真过程中倒是没有出现太大的问题，而在焊接完电路板，进行电路调试时却发现整个电路都不工作。

我们检查了两天都没发现什么问题。

当我正想放弃时，我突然想起爱迪生说过的一句话“无论什么时候，不管遇到什么情况，我绝不允许自己有一点点灰心丧气。

”于是，我决定重新买器件再焊过一块电路板，老天还是很眷顾我的，第二块电路板调试最终成功了，我非常开心，我觉得第一块电路板里可能是电容或晶振坏了，但我又不知道怎么检查电容和晶振。

因此果断焊过第二块。

总而言之，这次课程设计我获益匪浅。

不仅锻炼了我各方面的能力，在人生哲理上，我也更加成熟。

我更加深刻地认识到：在人生的道路上，路并不是一直平坦的，会有无数的荆棘、无数的高墙挡在你的前面，但是只有坚持不懈，才能斩断挡在你面前的荆棘，退到你面前的高墙，开辟一条新的道路，只有这样才能跨越自己的极限，走到像《桃花源记》里面所说的世外桃源一样，最终你的梦想也将实现。

八、参考文献[1]单片机原理与接口技术，李朝青编著，北京航空航天大学出版社，2005年10月；[2]单片机课程设计指导，楼然苗、李光飞编著，北京航空航天大学出版社，2007年7月；[3]单片机控制实习与专题制作，蔡朝洋，北京航空航天大学出版社；[4]图书馆相关书籍；[5]网上资料；元件清单：附录源程序：OUT BIT P2.0 ;定义音频输出端口,p2.0N EQU 6 ;歌曲总数OUT_NUM EQU P0 ;数码管显视当前所放歌曲曲数ORG 0000HK2: AJMP MAINORG 0003HAJMP LAST_SONG ;外部中断0用于接上一曲歌按键ORG 000BHAJMP F_T0 ;定时器0用于定时，作音符发生器用ORG 0013Hq4: AJMP NEXT_SONG ;外部中断1接下一曲歌按键ORG 001BHAJMP START_PAUSE ;定时器1用计数，这里用作中断，接开始/暂停键,初值为0ffH，方式2ORG 0030HMAIN: MOV 50H,#00HMOV SP,#60HMOV DPTR,#TABLE ;DPRT指向每首歌曲的入口地址的地址。