数字音乐盒的设计与实现

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1、课程设计报告课程设计名称：微机系统综合课程设计课程设计题目：数字音乐盒的设计与实现251总体设计方案1.1题目介绍与要求本次课程设计的任务是运用伟福Lab8000试验箱和keil软件设计并实现一个数字音乐盒，要求采用I/O产生一定频率的方波，从而驱动蜂鸣器发出不同的音调，演奏乐曲；并且需要采用七段数码管显示当前播放的歌曲序号和播放时间；还得通过数字键盘直接选择乐曲，控制选择上一曲和下一曲音乐，具有暂停和播放控制功能。1.2设计思路1.2.1音调的产生频率的高低决定了音调的高低。音乐的十二平均率规定：每两个八度音（如简谱中的中音1和高音1

2、）之间的频率相差一倍。在两个八度音之间又分为十二个半音。另外，音名A（简谱中的低音6）的频率为440Hz，音名B到C之间、E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音1到高音1之间每个音名对应的频率，所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频得到的。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。利用51单片机的内部定时器使其工作在计数器模式M

3、ODE1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。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，在每次技术956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。计数脉冲值与频率的关系公式如下：25N=Fi/2/FrN：计算值；Fi：内部计时一次为1us，故其频率为1MHz；其计数值的求法如下：初值T=65536-NC调各音符频率与计数值T

4、的对照表如表1.1所示。表1.1C调各音符频率与计数值T的对照表低音频率N参数中音频率N参数高音频率N参数Do2621908229Do523956115Do10465757Do#2771805217Do﹟554903108Do﹟11095454Re32941701204Re587852102Re11755151Re﹟3111608193Re﹟62280497Re﹟12454848Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa﹟3701351162Fa﹟

5、74067681Fa﹟14804141So3921276153So78463877So15683838So﹟4151205145So﹟83160272So﹟16613636La4401136136La88056868La17603434La﹟4641078129La﹟93253664La﹟18653232Si4941012121Si98850661Si197630301.2.2节拍的产生构成音乐需要节拍，让音乐具有旋律，而且可以调节各个音的快慢度。若1拍实0.5s，则1/4拍为0.125s。至于1有多长时间，可以按照设计者来决定，只要好

6、听就行。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。节拍与节拍码对照表如表1.2所示。表1.2节拍与节拍码对照节拍码节拍数节拍码节拍数2511/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的

7、节拍。如果1拍为0.4秒，1/4拍为0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍的延迟时间为1，则1拍的延迟时间应为4，以此类推。所以只要求得1/4拍的延迟时间，其余的节拍就是它的倍数。表1.3所示。表1.31/4和1/8节拍的时间设定曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125毫秒调4/462毫秒调3/4187毫秒调3/494毫秒调2/4250毫秒调2/4125毫秒2硬件电路设计2.1系统原理25数字音乐盒的核心主要分为三个方面，分别是七段数码管、键盘和蜂鸣器。用定时器中断的方式来控制蜂鸣器和扫描4*4键盘，在程序中用

8、显示函数让数码管显示，需要显示出歌曲序号和播放时间，并且能用键盘控制播放的音乐。原理框图如图2.1所示。图2.1系统原理框图2.2单片机8051单片机是在课堂上学习的单片机型号，也是这次课程设计的核心器件，