音乐播放系统的设计秦伟龙（安庆师范大学物理与电气工程学院安徽安庆 246011）指导老师：张朝龙摘要:在如今这个快速发展时代里，生活节奏的加快让人们长期处于一种工作、学习的压力状态,人们更需要一种简单方式调节生活和排解压力，对于调节心理压力而言音乐对于每一个人都十分重要，由此音乐播放器在国内已经开始普及。

本文介绍了一种以STC89C52RC型单片机为基础元件设计的智能音乐播放器。

该设计利用单片机编成技术对芯片进行功能设定，实现音乐的播放。

同时，利用单片机的定时器中断，在单片机内部产生所需要的音乐频率，并通过LM386音频功率放大器将音频信号放大，再通过扬声器连续播放一段音乐.而且还可以通过调节蓝白电位器控制音乐的音量。

本设计还增加了LCD1602液晶屏显示每一首歌曲和歌曲顺序。

该系统设计结构简单，音乐声清晰响亮，节拍正常。

关键词：单片机，音乐播放器，LCD1602液晶屏，音频功率放大器。

1 引言：在当今快节奏的生活下，人们都有着各种各样的工作和学习压力,每天都在忙碌于各种各样的事物当中。

在身体和心理上都处于一种疲惫状态。

在这种状态下，为了调节这种疲惫，一种简单而又享受的方式就尤为重要了。

音乐自古以来都是一种陶冶情操、排解压力的好方式。

在身心疲惫的时候听上一曲美妙的音乐，可以让人们的身体放松，大脑得到休息，工作，学习的效率大大增加。

而且音乐播放器系统结构设计简单，元器件价格低廉非常容易获得，可以批量生产。

因此在国内，音乐播放器已经推广到各个领域，并应用于生活中的各个方面。

本文介绍一种以STC89C52RC型单片机为基础元件设计的音乐播放系统。

以单片机为基础，具有操作简单，环节较少，实现功能多样等优点。

利用单片机编成技术产生一定频率方波信号，经音频电路放大并变换成正弦信号驱动扬声器，实现音乐的播放。

而且通过多次测试，音乐声音清晰响亮，节拍正常，无任何杂音。

学校的铃声，宿舍里早晨的闹钟，都将会由美妙的音乐代替。

公共场所中的计时报警装置也逐渐开始采用音乐来充当铃声。

该音乐播放系统不仅方便人们日常生活，而且为目前快节奏的生活增添了乐趣。

2 音乐播放器发音原理单片机不能演奏出多种音色的声音，更没有相应幅度的谐振频率。

单片机音乐播放器所能演奏的都是单音节频率。

所以单片机演奏出音乐声音是比较简单的音乐调调。

所以只要弄明白“音调”和“节拍”两个基本概念就可以了。

不同频率的方波信号在单片机内部的定时器产生后，经音频放大电路驱动扬声器发出不同音调的音乐，发音时间的长短可用延迟来控制。

把音乐的乐谱翻译成相应的定时常数后，再经发音设备中演奏出美妙的音乐。

音调代表一个音符的频率高度，节拍代表一个音符的时间长短。

音阶表示音调的高低，不同的音阶对应不同的频率。

因此，不同频率的方波信号就可以产生音阶，音阶与频率的关系见表1所示。

由于周期是频率的倒数，因此方波的周期可由单片机内部的定时器控制。

当定时器计数溢出时产生中断。

获取与扬声器连接的单片机P1.0口输出的方波信号的周期，取反后得到所需音乐频率，即得到控制音阶的目的。

表1音阶与频率的关系及方式1下定时器的初值音阶频率（Hz）定时器初值音阶频率（Hz）定时器初值音阶频率（Hz）定时器初值1 2 3 4 5 6 7 0 1311471651751962202470F85EH0F933H0F9F0H0FA49H0FAE6H0FB74H,0FBF4H0100H12345672622943303493924404940FC2FH0FC99H0FCF8H0FD22H0FD73H0FDBAH0FDFAH0100H12345675235876596987848809880FE17H0FE4CH0FE7CH0FE91H0FEB9H0FEDDH0FEFDH0100H注：0表示简谱中的空拍获取一个音符的频率后，相应频率的方波信号便可以由单片机产生，从而产生相应的音符声音。

再有单片机的定时器进行定时中断，在中断服务程序中，将单片机上完结单片机I/O口来回置高电平或者是低电平的，从而让扬声器发出声音。

通过节拍计算出每个音符所需要的时间，采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间，从而构成一首完整的音乐。

当晶体振荡频率为12MHz,定时器工作在方式1下时，若各音阶相对应的定时器计数初值为X，则可根据下式计算X：1/(f×2) =(216 -X) ×12/(12×106) (1) 音调的长短用节拍数表示（例如1/4拍、2/4拍、……），不同节拍数的不同音符的组合形成乐谱。

程序中，音的节拍可由延时子程序实现。

以标准高音A的频率F=440HZ，其对应的周期为：T=1/F=1/440=2272us (2) 因此需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272us的方波脉冲，也就是t=T/2=2272/2=1136us (3) 也就是说，单片机上定时器的中断出发时间为1136us。

如果单片机采用定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。

设外接晶振的振荡器频率为f，则定时器的预置初始值为：Temp=65536-(50000/CurrentFre)*10/(12000000/SYSTEM_OSC) (4)TH=Temp/256 (5)TL=Temp%256 (6)3 硬件电路设计3.1 系统的方案设计图 1 系统组成框图本文设计是基于STC89C52RC型单片机为基础元件设计的音乐播放器。

分别由复位电路、按键电路、晶振电路、音频电路、显示电路、电源电路以及单片机核心电路组成。

单片机核心电路以STC89C52RC 单片机为核心，兼有复位电路、晶振电路。

具有容量适中、功能丰富、性能可靠、价格低等优点。

电源电路具有指示正常上电和供电的作用,为每一个基础模块进行供电。

按键电路可实现切换上一首，下一首和暂停/播放的功能；操作简单，使用方便。

音频电路主要以LM386功率放大器为核心，驱动扬声器播放美妙的音乐，并且可以实现对音量大小的调控。

显示电路是选用LCD1602液晶作为显示播放的音乐名称和音乐序号，同时也能够对液晶显示的清晰度进行调节。

3.2 单片机简介STC89C52RC单片机引脚如图2所示。

STC89C52RC单片机拥有4KB的片内ROM和128B的片内图 2 STC89C52RC引脚RAM。

ROM和RAM的片外寻址范围都为64KB。

单片机拥有32个并行口和1个串行口。

在STC89C52RC 单片机中存在5个中断源，其中有两个外部中断源、两个内部中断源和一个串行中断源。

STC89C52RC 是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。

XTAL1和XTAL2：晶振外接引脚符。

当使用芯片内部时钟时，此二引脚端用于外接晶振和30PF 电容；当使用外部时钟时，则用于接外部时钟脉冲信号。

RST/VPD：复位信号。

用以完成单片机的复位初始化操作;当单片机掉电时，此引脚上可接备用电源，由VPD向片内RAM提供备用电源，保持片内RAM中的数据不丢失。

P3口线的第二功能。

P3的8条口线都定义有第二功能，如表2所示。

表 2 P3口各引脚与第二功能表引脚第二功能信号名称P3.0 RXD 串行数据接收P3.1 TXD 串行数据发送P3.2 INT0 外部中断0申请P3.3 INT1 外部中断1申请P3.4 T0 定时/计数器0的外部输入P3.5 T1 定时/计数器1的外部输入P3.6 WR 外部RAM写选通P3.7 RD 外部RAM读选通3.3 晶振电路单片机的晶振电路，如图3所示，在STC89C52RC芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。

而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。

图 3 晶振电路时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。

一般地，电容C1和C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2～12MHz。

晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。

STC89C52RC在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz。

3.4按键电路图 4 按键电路每个按键的功能分别为：AJ3播放\暂停, AJ2上一首歌，AJ4下一首歌。

其中AJ2接入单片机的P1.3引脚，AJ3接入单片机的P3.2引脚，AJ4接入单片机的P3.5引脚。

3.5音频发生及放大电路图 5 LM386功率放大电路LM386功率放大电路如图5所示。

LM386具有静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。

工作电压范围宽，4-12V或5-18V。

外围元件少，电压增益可调范围为20-200，低失真度等优点。

本设计音频放大电路为使外围元件最少，选用放大增益为20倍LM386功率放大器。

且电压增益20为LM386的内置电压增益。

经LM386放大的正弦波信号再经一定的容值的电容改变成正弦波驱动扬声器。

图6音频发声及放大电路音频发声及放大电路如图6所示。

利用STC89C52RC的I/O口产生一定频率的方波脉冲，由STC89C52RC单片机的P1.0输出，与音频放大电路的R6 10K电阻相连接。

通过LM386功率放大电路驱动扬声器发出不同的音调从而演凑乐曲。

其中RT1 104为阻值范围为10k的可调蓝白电位器，接入LM386 3号引脚同相输入端。

通过调节RT1接入阻值可改变LM386同相电压输入值，使得LM386功率放大器在放大倍数不变的情况下，进而增大或减小LM386的电压输出值，由此即可调节音乐的音量大小。

3.6 液晶显示电路LCD1602的接口信号说明如表7所示图7液晶显示电路LCD1602显示当前播放的音乐名，音乐序号。

3号引脚为液晶屏驱动电源。

该管脚的电平决定了液液晶屏的对比度，接正电时对比度最弱，接地时对比度最高，可用W1 103为阻值范围为1k的可调蓝白电位器，可用于调整液晶屏对比度。

从而控制LCD1602液晶显示屏的清晰度。

3.7 整体电路整体电路原理图如图8所示。

本设计整体电路由电源电路，液晶显示电路，按键电路，显示电路，音频放大电路和单片机核心电路组成。

图8整体电路单片机核心电路以STC89C52RC单片机为核心，兼有复位电路和晶振电路。

电源电路具有指示正常上电和供电的作用。

STC89C52RC单片机P1.3，P3.2，P3.5引脚与按键电路的AJ3播放\暂停, AJ2上一首歌，AJ4下一首歌相连接。

实现暂停/播放，上一首和下一首功能。

音频放大电路主要以LM386功率放大器为核心，单片机P1.0引脚与音频放大电路的R6相连接，使音频放大电路接收并放大单片机P1.0发出的信号，进而驱动扬声器播放美妙的音乐。

显示电路是选用LCD1602液晶作为显示音乐的名称，音乐序号。