课程设计：电子设计 题目名称：音乐流水灯
姓 名: 戴锦超 学 号: 08123447 班
级: 信科12-3班
完成时间： 2014年10月23日
1设计的任务
设计内容：动手焊接一个51单片机
成绩 设计目标：利用单片机上的蜂鸣器以及二极管实现音乐播放以及 根据音乐的节奏而规律性闪亮的二极管。 并且通过程序调节音乐节奏 的快慢。
2 设计的过程
基本结构
89C
在本次的试验中采用了 STC89C52R单片机，STC89C52R单片 机是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超强抗干扰的单片机， 指令代码完全兼容传统 8051单片机， 12时钟/机器周期，工作电 压：〜（5V单片机）/〜（3V单片机），工作频率范围：0〜40MHz, 相当于普通8051的0〜80MHz，实际工作频率可达48MHz,用户 应用程序空间为8K字节。
（STC89C52R引 脚图）
STC89C52R单片机的工作模式:
(1) 典型功耗 ＜卩A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行 原程序 (2) 空闲模式：典型功耗2mA
(3) 正常工作模式：典型功耗 4Ma〜7mA (4)
唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备
2•蜂鸣器及其工作原理：
蜂鸣器按其结构分主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器
两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜 片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通 过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁 铁的相互作用下，周期性地振动发声。本实验采用的是电磁式 蜂鸣器。
蜂鸣器按其是否带有信号源又分为有源和无源两种类型。
有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压， 其内部的震
P34
VCC(
TX1
荡器就可以产生固定频率的信号， 驱动蜂鸣器发出声音。 无源 蜂鸣器可以理解成与喇叭一样， 需要在其供电端上加上高低不 断变化的电信号才可以驱动发出声音。 本实验采用的是有源蜂 鸣器。
（蜂鸣器与单片机连接电路图）
软件设计过程
1. 蜂鸣器发声原理
本实验由于采用有源蜂鸣器，只需将引脚端口 P1A4清 零，蜂鸣器即可发声；P1A4置位，蜂鸣器停止发声。采用 置1置0的方法只能使蜂鸣器发声或停止发声，想要使蜂 鸣器发出声音，必须对蜂鸣器发出声音的音频和节拍进行 控制。
音乐基础
音调：
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TonQ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。例如高音DO的频率（1046Hz） 刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz） 刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频 率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音 RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。 节拍：
节拍是让音乐具有旋律 （固定的律动），而且可以调节各个 音的快满度。“节拍:即Beat,简单说就是打拍子，就像我们听 音乐不自主的随之拍手或跺脚。若 1 拍实，则 1/4 拍为。至于 1拍多少s,并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人 的心跳是每分钟 72 下，有些人快一点，有些人慢一点，只要 听的悦耳就好。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。
）
1 ） 控制发声频率
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STC89C52R的内部定时器使其工作在计数器 模式M0DE1下，改变计数值TH0及TL0从而产生不同频率。
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0x00,贝卩表示曲子终了；若查表结果为Oxff,则产 生相应的停顿效果。
以标准音高A为例，A的频率是440Hz,周期
T=1440=2272u&在占空比为50%的情况下，导通时间二断开时 间二半周期t=2272us/2=1136us利用P3A4端口的位操作，经 过不断地反相变换即可得
到标准音高 A 的音频脉冲。端口导通 时间与断开时的时间利用定时器实现。 具体的方法是将单片机 定时器的中断触发时间设为半周期t，这样每隔半周期端口反 相,输出连续的对应音高的频率。
设晶振的频率为f0,中断触发时间（半周期）为t，定时器 工作在模式1时计数器的初值为THL,高8位为THL,低8位 为T4时钟周期即为1/f0 ,定时器每一次累加用去一个机器周 期，一个机器周期包含 12个时钟周期，即定时器每次加一所 用时间是12f0。定时器在模式1下计时采用16位数，最大计 数为2A16-
1 （65535）,再次加一（65536）溢出触发中断。根 据以上分析可得如下关
系：
音频对应定时器初值的高8位
TH二THL/(2八8)=(65536-t* †f/12)/256;
2)控制发声节拍
每个音符的节拍可通过延时一定的时间来实现，在具体实
现时需要有一个基本的带参延时程序，用于主函数根据不同的 音符调用不同的时延。若以十六分之一音符的时长为基本延时 时间，则十六分音符只需调用一次延时程序，
用两次延时程序，以此类推。
八分音符则需调
†简谱编码
将简谱中的每个音符进行编码，每个音符用一个
un sig ned char字
音频对应定时器初值的低8位
TL=THL%(2A8)=(65536-t*f/12)%256;
附：八度12音阶定时器初值表(只含自然音)
低音音名
频率Hz 晶振 12MHz
中音音名
频率Hz 晶振 12MHz
冋曰曰名
频率Hz 晶振 12MHz
Do Re Mi Fa So La Si
262 294 330 349 392 440 494
0xF885 0xF95A 0xFA13 0xFA68 0xFB04 0xFB90 0xFC0C
Do Re Mi Fa So La Si
523 587 659 698 784 880 988
0xFC43 0xFCAD 0xFD0A 0xFD34 0xFD82 0xFDC8 0xFE06
Do Re Mi Fa So La Si
1046 1175 1318 1397 1568 1760 1976
0xFE21 0xFE56 0xFE85 0xFE9A 0xFEC1 0xFEE4 0xFF03
停顿编为0。字符的后四位表示节拍，节拍以十六分音符为单位（在 本程序中为
165ms）, —拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4, 其它的播放时间以此类推。以0xff作为曲谱的结束标志。程序从数组 中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，将
值赋给定时器0， 得到音调；接着分离出该数的低 4位，得到节拍。 本实验中播放音乐使用简谱如下：
符类型表示，简谱可用一个un sig ned char字符数组表示。字符的前 四位表示音频，可以表示0-f共十六个音符。本实验中米用了中音区 和高音区。中音do-si分别编码为
1~7,高音do-si分别编码为8~E,
送别
（美〉奧脩錐曲
率舰同埴周
p ,k — ■ ■ - - P-J || H~~~~F— 9 l=E4「乙 檢亭外，古道込 芳草碧连无
Ln^- -- ■ ----- 丄 •4」」- 丄一C 「—-- b
5 3 5 1 ——6 1 5
「二 a 2 -o
工晩五-柳7
J ■
笛声残,
6
1
5 —
夕 卑、山外山口
2 3 4'
1
将其编码成：
天之涯,
■
地之朗
1
7 n 1
-.i .之尽余今宵 _3 外古G 道i 込5 丰芳5 .i 山ID
结束
开始
定义全局变量a。变 量temp , j, jp。
uchar code sb[]={ --------
机与单片机的连接不上问题
计算机与单片机的连接需要在电脑端安装相应的 USB 转串的驱 动，由于我组没有使用实验室 windows xp 系统，而使用的是个人计 算机 windows 7 系统，所以需要针对 win 7 的驱动。后来联网搜索下 载相应的驱动之后解决了这一问题。
2•如何使蜂鸣器发出声音而非 Be-Be声
为了解决这个问题，我们深入研究了蜂鸣器发声原理与乐谱相关 的知识。通过学习相关知识发现，不同的音符对应不同的音高，音高 取决于发声频率。 所以可以通过构造不同频率的方波来使蜂鸣器发出 不同频率的声音， 具体实现时利用定时器计时， 定时器每一次累加消 耗一个机器周期，即 12个时钟周期。本实验采用晶振频率为
12MHz， 即定时器每一次累加消耗1us,通过设置定时器初值设定蜂鸣器取法 的时间
间隔，从而产生相应的音频。
每个音符不但有频率属性，还有节拍属性。对不同节拍的控制可 以采用延迟一定的时间来得到。
3.音乐节奏的调节
设置全局变量a,似的程序每循环一次就让音符的延时减一次 或加一次a，并利用中断让按键来控制。
a
5 总结
在本次课程设计中，我们进一步加深了对小型嵌入式系统的认 识。实验初期单片机需要自己焊接，通过亲手焊接电路板，了解了如
何将实验原理图转化为具体的硬件实物连接。通过使用 TN 单片机开 发板和
STC89C52R系统，对单片机应用开发有了初步的熟悉。在实 验的过程中，使用到了 C51的编译环境Keil C和单片机通讯程序 STC_ISP两者是单片机开发所不可缺少的
工具。在具体实施的过程 中，通过一一解决遇到的问题，增强了动手实践能力。
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