微机控制系统应用方向学年设计任务书学院课程名称完成期限计算机与信息工程学院专业计算机科学与技术微机控制系统应用方向题目基于单片机的电子音乐门铃自 2013 年 7 月 3 日至 2013 年 8 月 29 日共8周一、项目的目的基于单片机的电子音乐门铃设计，强化动手能力，为毕业设计做准备。
二、项目任务的主要内容和要求1.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，从而演奏乐曲（至少三首乐曲，每首不少于 30 秒）内 2.客人可通过门铃按键器播放音乐，并显示等待时间。
容3.如果主人在家，可暂停并取消音乐播放。
及三、项目设计（研究）思路通过仿真软件 PROTUES 实现要求的硬件电路图，晶振电路、最小系统、任数码管、按键、蜂鸣器等；软件实现按键事件、音乐播放、数码管显示务等；首先实现硬件电路图，再软件处理的时候，通过中断和定时器，实现按键请求处理和计时显示处理，对于两个定时器T0 和 T1 同时使用不是很熟悉，刚开始二者总是不能同时实现，通过针对性测试和查找资料，最终实现。
四、具体成果形式和要求通过 PROTUES 仿真电路图展示项目主要功能。
起止日期工作内容进度7.4--7.5召开小组会议，讨论设计的主要内容，进行明确的分工；7.6--8.23查找参考资料，解决相关问题；安排8.23--8.26完成仿真电路图和实现代码；8.26--8.28书写设计文档。
主要参考资料指导教师意见系（教研室）主任意见1.彭伟 .单片机 C 语言程序设计实训 100 例[M], 电子工业出版社 ,2009.6.2.谭浩强 .C 语言程序设计（第二版） [M], 北京 :清华大学出版社 ,1991.3.李建忠 .单片机原理及应用 [M], 西安电子科技大学出版社 ,2008.2.（签字）：年月日（签字）：年月日微机控制系统应用方向学年设计说明书学院名称：班级名称：学生姓名：计算机与信息工程学院计科 101祖杰、赵雷、周来宇、朱路平、张毅苗学号：2010211154、2010211150、2010211151、2010211153、2010211147题目：基于单片机的电子音乐门铃设计指导教师姓名：董再秀起止日期：2013.07.03--2013.08.29目录第一部分：正文部分 (1)1 绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2主要工作 (1)1.3研究内容 (1)2 系统总体方案 (1)2.1系统组成框图 (1)2.2音乐门铃的功能结构图. (2)3 硬件设计 (2)3.1各部分硬件设计及其原理. (2)3.1.1 AT89C51简介 (2)3.1.2 时钟振荡电路 (3)3.2硬件电路图及功能 (3)4 软件设计 (4)4.1音调的确定 (4)4.2节拍的确定 (5)4.3编码 (6)5 调试 (7)5.1检查硬件连接 (7)5.2检查软件系统 (7)5.3测试结果 (7)总结 (8)致谢 (8)第二部分：参考文献 (9)附录 A 源代码及注释 (10)第三部分：指导教师评语 (15)第四部分：成绩评定 (15)第一部分：正文部分1绪论1.1研究背景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。
传统的门铃由于发音单调，已经不能很好满足人们的需要，不能实现批量生产。
本文设计的音乐门铃是以单片机为核心元件的电子式音乐门铃，体积小，功能强，能演奏和旋音乐，使用方便，并具有一定的商业价值。
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。
单片机技术与数码管显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。
1.2主要工作本设计是基于 AT89C51 单片机的可控音乐门铃程序设计。
该音乐门铃是一个依据单片机技术原理，通过 PROTEUS 仿真软件对硬件电路进行仿真制作以及利用 KEIL 软件对音乐门铃源程序进行 C 语言编译，而设计制作出的一个多功能音乐门铃。
1.3研究内容1)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，从而演奏乐曲（至少三首乐曲，每首不少于 30 秒）。
2)客人可通过门铃按键器播放音乐，并显示等待显示时间。
3)如果主人在家，可暂停并取消音乐。
2系统总体方案2.1系统组成框图音乐门铃的系统结构以AT89C51 单片机位控制核心，加上 2 个按键、时钟复位电路、蜂鸣器、数码管模块组成。
单片机负责接收按键的输入，根据输入控制音乐播放曲目和显示等待时间以及蜂鸣器发音。
系统组成框图如图2-1 所示。
蜂鸣器门铃按键AT89c51显示等待时间单片机复位按键等待时间清零图 2-1系统组成框图2.2音乐门铃的功能结构图音乐门铃的功能结构如图2-2 所示。
门铃按键是实现播放音乐的功能，可播放的曲目有 4 首，分别是千年之恋、寂寞沙洲冷、小小葫芦娃和同桌的你。
复位按键是实现音乐停止和时间清零的功能，由主人完成操作。
开始门铃按键复位按键播放音乐显示等待时间音乐停止等待时间清零图 2-2 音乐门铃功能结构图3硬件设计3.1各部分硬件设计及其原理3.1.1 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—FlashProgrammable 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。
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， 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3-1 所示图3-1 AT89C51 系列单片机3.1.2 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30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择 40PF10PF。
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。
振荡器电路如图 3-2 所示：图 3-2 单片机内部、外部振荡电路3.2硬件电路图及功能总体硬件电路实现功能如下，如图3-3 所示。
1）电路中用P3.2、P3.3控制按键。
2）P0.0-P0.7和 P2.0-2.7 控制数码管的时间显示。
3）P3.7 控制蜂鸣器。
图 3-3 硬件电路图4软件设计一般说来，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。
4.1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。
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。
及2）利用AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式TL0 以产生不同频率的方法。
MODE1下，改变计数值TH0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。
计数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi 2 FrN：计算值；Fi：内部计时一次为1us，故其频率为 1MHz ；3）其计数值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi2Fr例如：设 K=65536，F=1000000=Fi=1MHz ，球低音 DO（261Hz）。
中音 DO（ 523Hz）。
高音的 DO（1046Hz）的计算值T=65536-N=65536-Fi 2 Fr=65536-1000000 2 Fr=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=650594）C 调各音符频率与计数值T 的对照表如表4-1 所示。
表 4-1 C 调各音符频率与计数值T 的对照表低音频率T参数中音频率T参数高音频率T参数Do2621908229Do523956115Do10465757Do﹟2771805217Do﹟554903108Do﹟11095454Re2941701204Re587852102Re11755151Re﹟3111608193Re﹟62280497Re﹟12454848Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa﹟3701351162Fa﹟74067681Fa﹟14804141So3921276153So78463877So15683838So﹟4151205145So﹟83160272So﹟16613636La4401136136La88056868La17603434La﹟4641078129La﹟93253664La﹟18653232Si4941012121Si98850661Si197630304.2节拍的确定若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。