1. 绪 论
1.1 课题背景
简简单单的几个音符，却展现了它奇特多彩的个性，呈现出一个色彩斑斓的世界。
人们的生活离不开音乐，音乐可以陶冶人们的情操,使心灵变得纯净、美好,使人的大脑变得聪明、伶俐;音乐可以让生活充满欢乐、祥和;音乐甚至可以治理环境,让人与人之间的关系变得更亲近、和谐。
音乐的基本要素是指构成音乐的各种元素，包括音的高低、音的长短、音的强弱和音色。由这些基本要素互相结合，形成音乐的常用的“形式要素”，例如：节奏、曲调、和声，以及力度、速度、调式、曲式、织体等。
1、节奏：音乐的节奏是指音乐运动中音的长短和强弱。音乐的节奏常被比喻为音乐的骨架。节拍是音乐中的重拍和弱拍周期性地、有规律地重复进行。我国传统音乐称节拍为“板眼”，“板”相当于强拍；“眼”相当于次强拍（中眼）或弱拍。
2、曲调：曲调也称旋律。高低起伏的乐音按一定的节奏有秩序地横向组织起来，就形成曲调。曲调是完整的音乐形式中最重要的表现手段之一。曲调的进行方向是变幻无穷的，基本的进行方向有三种：“水平进行”、“上行”和“下行”。相同音的进行方向称水平进行；由低音向高音方向进行称上行；由高音向低音方向进行称下行。曲调的常见进行方式有：“同音反复”、“级进”和“跳进”。依音阶的相邻音进行称为级进，三度的跳进称小跳，四度和四度以上的跳进称大跳。
3、和声：和声包括“和弦”及“和声进行”。和弦通常是由三个或三个以上的乐音按一定的法则纵向（同时）重叠而形成的音响组合。和弦的横向组织就是和声进行。和声有明显的浓、淡、厚、薄的色彩作用；还有构成分句、分乐段和终止乐曲的作用。
4、力度：音乐中音的强弱程度。 5、速度：音乐进行的快慢。
6、调式：音乐中使用的音按一定的关系连接起来，这些音以一个音为中心（主音）构成一个体系，就叫调式。如大调式、小调式、我国的五声调式等。调式中的各音，从主音开始自低到高排列起来即构成音阶。
7、曲式：音乐的横向组织结构。
8、织体：多声音乐作品中各声部的组合形态（包括纵向结合和横向结合关系）。
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自1976年9月Intel公司推出MCS-48单片机以来，有关公司都争相推出各自的单片机。如GI公司推出PIC1650系列单片机，Rockwell公司推出了与6502微处理器兼容的R6500系列单片机。
1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位单片机MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分别在原有8位单片机的基础上推出了16位单片机HPC16040和μPD783××系列。
1987年Intel公司又宣布了性能比8096高两倍的CMOS型80C196，1988年推出带EPROM的87C196单片机。由于16位单片机推出的时间较迟、价格昂贵、开发设备有限等多种原因，至今还未得到广泛应用。而8位单片机已能满足大部分应用的需要，因此，在推出16位单片机的同时，高性能的新型8位单片机也不断问世。如：Motorola公司推出了带A/D和多功能I/O的68MC11系列，Zilog公司推出了带有DMA功能的Suqer8，Intel公司在1987年也推出了带DMA和FIFO的UPI-452等。
目前国际市场上8位、16位单片机系列已有很多，但是，在国内使用较多的系列是Intel公司的产品，其中又以MCS-51系列单片机应用尤为广泛，二十几年经久不衰，而且还在更进一步发展完善。
近十几年来，单片机作为微计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已经对人类社会产生了深远的影响。单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集及处理、科技计算、商业管理及办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低可靠性和通用灵活性等特点，尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性好、结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在我国已经得到广泛的应用。由于MCS-51单片机易于学习、掌握、性能价格比高，另外以MCS-51单片机的基本内核为核心的各种扩展型、增强型的单片机不断推出，所以在今后若干年内，MCS-51系列单片机仍是我国在单片机应用领域中首选机型。单片机技术在自动控制领域中有着十分广泛的应用。如汽车、航空、电话、传真、视频等，很多行业设计自动控制情况下，通常会涉及单片机技术。
本次毕业设计内容是基于单片机音乐播放器，“单片机音乐播放器”是一个比较贴近实际生活的题目，也有一定的趣味性。因此，我们对设计始终保持了较浓的兴趣，设计中始终以贴近实际为原则，包括硬件电路的可行性，软件程序的编译运行的可靠性，电路的成本价格等都做了相应的考虑。
作为单片机的重要硬件资源之一，利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，也可以产生包括\"Do\"、\"Re\"、\"Me\"等音阶在内的各种频率声音。将各个音阶连接在一起，
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便可组成一支曲子或是演奏一段旋律。基于这个思想，本次毕业设计了一款特殊的\"音乐播放器\"，其核心器件采用STC89C52单片机。本播放器具有电路简单的特点。
1.2 单片机简介
1.2.1单片机的特点及发展概况
单片机是一个单芯片形态,面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，并正在深深地改变着我们的社会。 一、单片机的基本组成：
单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成 一台功能独特的，完整的单片微型计算机。 二、单片机的特点：
单片机独特的结构决定了它具有如下特点. (1)高集成度,高可靠性：
单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高,体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内,故可靠性高。 (2)控制功能强：
为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力、I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 (3)低电压,低功耗：
为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。 (4)优异的性能价格比：
单片机的性能极高，为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉,其性能价格比极高。 三、单片机的应用：
由于单片机功能的飞速发展，它的应用范围日益广泛，已远远超出了计算机科学的领域，
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小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，到处都离不开单片机。其主要的应用领域如下：
(1)在测控系统中的应用
单片机可以用于构成各种工业控制系统，自适应控制系统，数据采集系 统等。例如，工业上的锅炉控制、电机控制、车辆检测系统、水闸自动控制、数 控机床及军事上的雷达、导弹系统等。 (2)在智能化仪器仪表中的应用
单片机应用于仪器仪表设备中促使仪器仪表向数字化、智能化、多功能化和综合化等方向发展。单片机的软件编程技术使长期以来测量仪表中的误差修正,线性化的处理等难题迎刃而解。 (3)在机电一体化中的应用
单片机与传统的机械产品结合使传统的机械产品结构简化，控制走向智能化，构成新一代的机电一体化产品.这是机械工业发展的方向。 (4)在智能接口中的应用
计算机系统，特别是较大型的工业测控系统中采用单片机进行接口的控制管理，单片机与主机并行工作，可大大提高系统的运行速度。例如，在大型数据采集系统中，用单片机对模/数转换接口进行控制不仅可提高采集速度，还可以对数据进行预处理：如数字滤波、误差修正、线性化处理等。 (5)在人类生活中的应用
单片机由于其价格低廉，体积小巧，被广泛应用在人类生活的诸多场合，如洗衣机、电冰箱、空调器、电饭煲、视听音响设备、大屏幕显示系统,、电子玩具、信用卡、楼宇防盗系统等。单片机将使人类的生活更加方便舒适、丰富多彩。 四、单片机的发展概况
单片机出现的历史并不长，它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体上同步。1970年微型计算机研制成功后，随即在1971年，美国Intel公司生产出了4位单片机4004，它的特点是结构简单、功能单一、控制能力较弱，但价格低廉。1976年Intel公司推出了MCS-48系列单片机，它以体积小、功能全、价格低等特点获得了广泛的应用，成为单片机发展进程中的一个重要阶段，此可谓是第一代单片机。在MCS-48系列单片机的基础上，Intel公司在20世纪80年代初推出了第二代单片机的代表MCS-51系列单片机。这一代单片机的主要技术特征是为
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单片机配置了完美的外部并行总线和串行通信接口，规范了特殊功能寄存器的控制模式，以及为增强控制功能而强化布尔处理系统和相关的指令系统，为发展具有良好兼容性的新一代单片机奠定了良好的基础。近几年出现了具有许多新特点的单片机，可称之为第三代单片机。它以新一代的80C51系列单片机为代表.同时16位单片机也有很大发展。
尽管目前单片机品种繁多，但其中最为典型的仍当属Intel公司的MCS-51系列单片机。它的功能强大、兼容性强、软硬件资料丰富。国内也以此系列的单片机应用最为广泛。直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。在今后相当长的时间内，单片机应用领域中的8位机主流地位还不会改变。
1.3单片机的主要技术发展方向
纵观单片机20多年的发展过程，再从半导体集成电路技术的发展和微电子设计技术的发展，我们可以预见未来单片机技术发展的趋势。单片机将朝着大容量高性能化，小容量低价格化，外围电路的内装化以及I/O接口功能的增强，功耗降低等方向发展。 (1)单片机的大容量化
单片机内存储器容量进一步扩大。以往片内ROM为1KB～8KB,RAM为64字节～256字节。现在片内ROM可达40KB,片内RAM可达4KB，I/O也不需再外加扩展芯片。OTPROM、FlashROM成为主流供应状态。而随着单片机程序空间的扩大，在空余空间可嵌入实时操作系统RTOS等软件。这将大大提高产品的开发效率和单片机的性能。 (2)单片机的高性能化
今后将不断改善单片机内CPU的性能，加快指令运算速度，提高系统控制的可靠性，加强位处理功能，中断与定时控制功能。并采用流水线结构，指令以队列形式出现在CPU中，因而具有很高的运算速度。有的甚至采用多流水线结构，其运算速度比标准的单片机高出10倍以上。单片机的扩展方式从并行总线发展出各种串行总线，并被工业界接受，形成一些工业标准。如I2C总线、DDB总线、USB接口等。它们采用3条数据总线代替现行的8位数据总线，从而减少了单片机引线，降低了成本。 (3)单片机的小容量低廉化
小容量低廉的4位，8位机也是单片机发展方向之一。其用途是把以往用数字逻辑电路组成的控制电路单片化。专用型的单片机将得到大力发展。使用专用
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单片机可最大限度地简化系统结构，提高可靠性，使资源利用率最高。在大批量使用时有可观的经济效益。 (4)单片机的外围电路内装化
随着单片机集成度的提高,可以把众多的外围功能器件集成到单片机内.除了CPU,ROM,RAM外,还可把A/D,D/A转换器,DMA控制器,声音发生器,监视定时器,液晶驱动电路,锁相电路等一并集成在芯片内.为了减少外部的驱动芯片,进一步增强单片机的并行驱动能力.有的单片机可直接输出大电流和高电压,以便直接驱动显示器.为进一步加快I/O口的传输速度,有的单片机还设置了高速I/O口,可用最快的速度触动外部设备,也可以用最快的速度响应外部事件. (5)单片机将实现全面的低功耗管理
单片机的全盘CMOS化,非CMOS工艺单片机的淘汰,将给单片机技术发展带来广阔的天地.最显著的变革是本身低功耗和低功耗管理技术的飞速发展.低功耗的技术措施可提高可靠性,降低工作电压,可使抗噪声和抗干扰等各方面性能全面提高.这是一切电子系统所追求的目标。
1.4课题研究的意义
随着单片机飞速的发展，单片机所占有的领域越来越广泛。比如智能仪表、测控系统、电能变换、通信，特别是机电产品类的。本论文以音乐播放器为研究课题，该音乐播放器具有体积小、重量轻、音质好、价格便宜等特点。这个音乐播放器经过改进将和MP3的功能一样，比如歌曲名显示和歌词同步之类的功能。
基于单片机的音乐播放器可应用于mp3，mp4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能，作为单片机的重要硬件资源之一，利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，也可以产生包括\"Do\"、\"Re\"、\"Me\"--等音阶在内的各种频率声音。将各个音阶连接在一起，便可组成一支曲子或是演奏一段旋律。基于这个思想，我设计了一款特殊的\"音乐播放器\"，本播放器可实现播放、暂停、复位等功能。为了体现乐曲播放过程中的动态效果，增加了1只LED，作随机闪烁以指示旋律的节奏。由于时间及条件限制，本设计实现了一种简单的音乐播放器，其核心器件采用STC89C51单片机，本播放器具有电路简单，功能强大，易于拓展等特点。在此基础上，可以添加按键，LED显示屏等模块，实现切换歌曲，歌名显示，动感音乐屏等功能。
现代社会音乐播放器不仅仅是为了播放歌曲，还有很多很多方面的作用。比如用于提示、医疗等，在这些方面音乐播放器也起到了很大的作用。
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1.5音乐播放系统主要研究内容
本论文主要研究内容包括：
1、LED显示器硬件原理与软件模块编程。 2、行列式键盘的硬件工作原理和软件编程。 3、单片机音乐播放原理与软件编程。
4、编写了单片机宽音域高音准的音乐播放程序。 通过研究这些内容使我更能了解单片机的工作原理。
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2. 系统总体设计
2.1 应用系统功能的确定
按下键位 显示键码 播放音乐显示键码 结束
图2-1 应用系统功能结构图
该系统具有以下几个功能： ⑴ 能够判断播放的第几首歌曲。 ⑵ 用键盘来选择播放相应的歌曲。 ⑶ 能够存储几首歌曲。
2.2 机型和器件的选择
2.2.1 机型的选择
STC89C52是由STC公司推出的一种小型单片机，95年出现在中国市场。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。 (1)引脚
89C52共有20条引脚，89C52继承了8031最重要引脚。P1口共8脚，准双向端口。P3.0～P3.6共7脚，准双向端口，并且保留了全部的P3的第二功能，如P3.0、P3..1的串行通讯功能，P3.2、P3..3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。
在引脚的驱动能力上面，89C52具有很强的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可达到20mA。相比之下，89C52/89C51的端口下拉能力每脚最大为15mA，但是限定9脚电流之和小于71mA。这样，引脚的平均电流只9mA。89C52驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。为了增加对模拟量的输入功能，89C52在内部构造了一个模拟信号比较器，其输入端连到P1.0和P1.1口，比较结果存入P3.6对应寄存器，（P3.6在89C52外部无引脚）。对于一些不大复杂的控制电路我们就可以增加少量元件来实现，例如，对温度的控制，过压的控制等。 ① 主电源引脚（2根）
VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源
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GND(Pin20)：接地线 ②外接晶振引脚（2根）
XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 ③控制引脚（4根）
RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 ④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7 P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7 P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7 P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7 (2)电源
89C52有很宽的工作电源电压，可为2.7～6V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。89C52工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电态仅为20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。 (3)存储器
89C52片内含有2k字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM，与80C31内部完全类似。由于52内部设计全静态工作，所以允许工作的时钟为0～20MHz,也就是说，允许在低速工作时，不破坏RAM内容。相比之下，一般8031对最低工作时钟限制为3.5MHz，因为其内部的RAM是动态刷新的。89C52不允许构造外部总线来扩充程序/数据存储器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR一类的引脚。
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(4)内部I/O控制
89C52在内部I/O控制上继承了MCS51的特性：5路2级优待中断，串等口，2路定时器/计数器。 (5)程序保密
89C52设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。 (6)软硬件的开发
89C52可以采用下面2种方法开发应用系统。
（1）由于89C52内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C52的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。当做这种调试不能够了解片内RAM的内容和程序的走向等有关信息。
（2）将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0～P1.7和P3.0～P3.6引出来仿真205T,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如，2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。 (7)STC89C52主要功能特性
表2.1 STC89C52主要功能特性
主要功能特性
兼容MCS51指令系统 32个双向I/O口 3个16位可编程定时/计数器中断 2个串行中断 2个外部中断源 2个读写中断口线 低功耗空闲和掉电模式 (8)性能价格比
下面就目前国内全胜较多的两种单片机，讨论一下2051的性能价格比。 与80C31系统相比较
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8K可反复擦写Flash ROM 256x8bit内部RAM 时钟频率0-24MHz 可编程UART串行通道 共6个中断源 3级加密位 软件设置睡眠和唤醒功能 兰州交通大学毕业设计（论文）
如果需要构成一个80C31的最小系统的话，除了CPU之外，至少需要一片27C64,而系统的有效引脚和89C52基本相同。从元器件的成本，电路板的面积和加密性来看，使用89C52都是合算的。 与PIC单片机比较
目前，国内小型的单片机全胜较多的有PIC系列，89C52与PIC相对应芯片比较有如下特点：89C52的价格高于PIC的OTP型号，但大大低于PIC的EPROM型，89C52片内不含Watch Dog，这是89C52的不足之处，中断系统堆栈结构、串等通讯笔定时器系统都大大强于PIC系统。由于PIC芯片中无标准串等口，所以在单片机的联网应用上面，PIC不太适合。与PIC相比52更适合于较复杂的应用场合，适合一些软件需要多次修改的应用。 (9)应用
就目前中国市场的情况来看，89C52有很大的市场。其原因有下列4点： （1）52采用的是MCS51的核心，十分容易为广大用户所接受； （2）52内部基本保持了80C31的硬件I/O功能；
（3）52的Flash存贮器技术，可重复擦/写1000次以上，容易解闷调试手段；（4）更适合小批量系统的应用，容易实现软件的升级。
89C52适合于家用电器控制，分布式测控网络，I/O量不足不是很大的应用系统。
2.2.2 器件的选择
根据市场资源、价格、质量等要求，选择了4×4行列式键盘、LED数码显示、芯片的外围元件、扬声器等器件。
4×4行列式键盘又叫矩阵式键盘。用I／O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如，用2×2的行列结构可构成4个键的键盘，4×4行列结构可构成16个键的键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省I／O口线。 LED数码显示：7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示0~9等10个数字和小数点，使用非常广泛，它的外观如下。这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的A～DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。那么，实际的数码管的引脚是怎样排列的呢？对于单个数码
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管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为1~10脚，左上角那个脚便是10脚了，上面两个图中的数字分别与这10个管脚一一对应。注意，3脚和8脚是连通的，这两个都是公共脚。
图2.1 LED数码管
2.3 软硬件功能划分
由于不是成批生产，又要提高运行速度、简化硬件结构、降低成本、所以音乐播放器能够用软件实现的功能尽量用软件技术实现。
2.3.1 软件功能划分
① 键位的确定 ② 音乐频率的确定 ③ 音乐节拍的确定 ④ 按键所对应的歌曲的确定 ⑤ 显示相应键码 ⑥ 数码显示的确定
2.3.2 硬件功能划分
① 键盘矩阵电路 ② 数码显示电路 ③ 音乐发音电路
2.3.3单片机系统
单片机系统框图如下图2.2：
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图2-1 单片机系统框图 人机接口 图 2.2 单片机系统框图 图 2.2 单片机系统框图单片机控制电路 电源电路 显示电路 第13页
软件控制程序 兰州交通大学毕业设计（论文）
3. 系统硬件设计
3.1 硬件电路设计框图
根据设计要求与设计思路，确定系统设计方案，图3-1为该系统设计方案的硬件电路设计框图，其硬件电路由行列式键盘电路、时钟电路、复位电路、数码显示电路、蜂鸣器电路等组成。
行列式键盘电路 单 时钟电路 数码显示电路 片 机 蜂鸣器电路 复位电路
图3-1 硬件电路设计框图
3.2 功能电路分析
3.2.1 时钟电路
实验板的时钟振荡源电路如图3-2所示。其中JT 为11.0592MHz 的晶振，电容CB能起到微调振荡频率的作用。它可以提供单片机的工作所需的振荡频率。
每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯
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系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
图3-2 时钟电路
3.2.2 复位电路
如图3-3所示为实验板的复位电路，当RESET 信号为低电平时，开发板为工作状态，当RESET 信号为高电平时，开发板为复位或下载程序状态。由于STC89C51具有ISP 的功能，即可以通过并口线直接将程序下载到单片机内，因此，在STC89C52 具有两种状态，下载程序状态和运行状态，在ISP 典型电路中，下载口的第4 脚和STC89C52的RESET 相连，当下载线插入到开发板的下载口下载程序时，RESET 信号被拉高，系统进入下载程序的状态，待下载完毕，RESET 重新拉低，变为运行状态。
图3-3 单片机复位电路
3.2.3 行列式键盘
实验板提供了16个按键，4×4行列式键盘如图3-4所示。通过芯片SN74F244（A）进行键盘行扫描，而通过芯片SN74F244（B）进行列扫描，从而实现了键盘矩阵。
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图3-4 行列式键盘
3.2.4 数码显示电路
如图3-5所示实验板用了6个共阳数码管，比如当K0为低电平，通过反向器SN74F573，B1为高电平，则Q1导通，选择E1数码管。同理当K1为低点平时，通过反向器SN74F573，B2为高电平，则Q2导通，则选择E2数码管，依次类推。
图3-5数码显示电路
3.2.5 蜂鸣器电路
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
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1、硬件连接
SPEAKER与P3.2口相连，当P3.2输出高电平时蜂鸣器不响，而P3.2输出低电平时蜂鸣器发出响声。当然我们只要控制P3.2输出高低电平的时间和变化频率，就可以让蜂鸣器发出悦耳的音乐。
图3-6 蜂鸣器的硬件连接
2.软件设计方法
图3-7 蜂鸣器软件设计方法
3.3基于STC89C52音乐播放器系统设计框图
图3-8是以STC89C52单片机为核心的音乐播放器系统硬件设计结构框图。该系统主要由复位电路、按键电路、时钟电路、STC89C52单片机、显示电路、扬声器驱动电路等组成。
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图3-8 系统总体设计框图
图中按键主要是控制播放乐曲的方式，可以实现停止和启动的功能，也可以实现播放下一曲和上一曲的功能。数码观管主要是显示当前播放乐曲的曲目。
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4. 系统软件设计
4.1音乐播放系统软件接口定义
P1口有两个作用： （1）作为LED的字位码。 （2）作为键盘扫描。 P0 口是作为LED的字形码。 P3.2有两个作用：
（1）第一个作用是作为片选信号。
（2）第二个是作为音乐的输出，与蜂鸣器电路连接，发出声音。
键盘是作为输入设备，当K1按下时，选择第一首歌。当K2按下时，选择第二首歌。
表4-1存储单元分配
项目 TL1 TH1 21H 延时 R4 放TH1/ TL1的变址内容 22H 节拍码 R5 设置数据指针 30H 延时 R7 音乐程序 R2 存储单元 20H 项目 延时 存储单元 R3 4.2音乐播放器软件结构设计
系统软件体系结构采用模块化设计方法，分为LED显示模块、键盘扫描模块和音乐播放模块。其结构如图4-2：
主程序 键盘扫描模块 LED显示的模块 音乐播放模块
图4-2 软件模块化设计图
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键盘扫描模块主要是判断按下的哪个键，LED显示模块的功能就是显示键码，而音乐模块主要是负责选歌。这样我们就可以分成一个一个模块，然后对各个模块分别进行设计、编制和调试，最后将各个调试好的程序模块连成音乐播放器的总程序。
这样比单个程序模块的设计和调试比较方便、容易完成。
4.3软件模块的具体设计
4.3.1 主程序模块设计
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开始 保护现场 定义口线 设置定时器T0中断 判断休止符 Y N 调用延时子程序 选择数码管 调用选歌子程序 取TH0/TL0 启动T0 判断有无键闭合 N 查表取常数 调用延时子程序 是结判断闭合键束符键号 N Y 显示音乐号 P3.2取反 恢复初始条件 T0中断 节拍时间到 YY 调用延时子程序 返回 图4-3主程序模块设计
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4.3.2 子程序模块的实现
1.LED显示的模块设计
LED是发光二极管显示器的缩写。LED显示器由于结构简单、价格便宜、体积小、亮度高、电压低、可靠性高、寿命长、响应速度快、颜色鲜艳、配置灵活、与单片机接口方便而得到广泛的应用。
LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。LED显示器有多种形状，如：“米”字型显示器，点阵显示器和七段数码显示器等，在单片机系统中有使用最多的是七段数码显示器。 LED七段数码显示器有8个发光二极管组成显示字段，根据内部发光二极管的连接形式不同，LED有共阴极和共阳极两种，如图4-4所示。
图4-4 LED七段数码显示器
共阴极LED数码显示器内部所有发光二极管阴极连接在一起，形成公共阴极，一般接地（或低电平），如图4-4b所示。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。
共阳极LED数码显示器内部所有发光二极管阳极连接在一起，形成公共阳极，一般接电源正极（或高电平），如图4-4c所示。当某个发光二极管的阴极接低电平时，该发光二极管点亮。
为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码也要显示的字形相对应，因此称之为字形码。LED七段数码显示器共有8个发光二极管，需要一个8位端口去控制，因此提供给LED的字形码也是8位的。假设LED七段数码显示器各字段与控制端口位的对应关系见表 4-5所示。
表4-2 LED七段数码显示器各字段与控制端口位的对应关系
段码位 D7 D6 D5 D4 第22页
D3 D2 D1 D0 兰州交通大学毕业设计（论文）
显示位 Dp G F E D 如图4-5系统采用的是共阳极LED显示器 C B A
图4-5 共阳极LED显示器
该LED显示模块程序原理：如果我们要显示“1”，则须当Q1导通，选择E1数码管。由表4-3得出字形码为F9H，然后把该字形码送入P0口，这样就实现了显示功能。
表4-3 LED七段数码显示器字形代码表 字型 0 1 2 3 4 5 6 7 8 共阳极段码 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 共阴极段码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 字型 9 A B C D E F 空白 P 共阳极段码 90H 88H 83H C6H A1H 86H 84H FFH 8CH 共阴极段码 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 00H 73H 2.键盘扫描模块设计
⑴键盘的分类
键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如BCD码键盘、ASCLL码键盘等；而靠软件来识别的称为非编码键盘；非编码键盘又分为：独立式非编码键盘和行列式非编码键盘。
音乐播放器键盘扫描系统则采用的是行列式非编码键盘。 ⑵行列式键盘接口电路
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图4-6 行列式键盘接口电路
⑶ SN74F244芯片的内部结构图
图4-7 SN74F244芯片的内部结构图
SN74F244主要是起放大作用，A1作为输入信号，而Y1作为输出信号。 ⑷ 键盘扫描的原理 ① 键盘扫描模块流程图
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写P0口 读P0口 N 判断有无键按 Y 判断键号 图4-8 键盘扫描模块流程图
②键盘扫描原理
当P1口输入（01111111）2，及P1.7为零。假设是K1键按下，读P1口，则P1口的数据为（01110111）2，，及P1.3为零。如果不是，就判断K1键没有按下，继续扫描键盘。根据图4-8可知，由这两条线所交的键为K1键，然后把K1键对应的键号送入寄存器。 3.音乐播放模块设计
⑴音乐产生的方法
在音乐中使用的各个固定频率的音叫音级。两音之间音高的距离叫音程。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。
一首音乐是许多不同的音级组成的，而每个音级对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了。要产生音频信号，只要算出某一音频的周期（频率的倒数），将此周期除以2即为半周期的时间，利用定时器计时此半周期时间，计时到后取反输出，重复此过程即得到此频率的声音信号。此信号从P3.2脚输出。
定时器T0工作在定时方式1，改变TH0及TL0，产生不同的音频频率。
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比如要产生262HZ的音频信号，单片机晶振频率为12MHz。先假设T0初值为X，最大记数值为M，要求记数的值为N，因为X=M-N，又因为
16
N=[〔(1/262)/2〕*（fosc/12）]，所以N=1908 ，所以X=2-1908=63628。
根据以上算法可以列出高中低音符与单片机计数器T0相关的初始值如表4-4所示。
表4-4 计数器T0的初始值 音符 频率（HZ） 简谱码（T值） 音符 63628 63835 64021 64103 64260 64400 64524 64580 64684 64777 64820 频率（HZ） 简谱码（T值） 64898 64968 65030 65058 65110 65157 65178 65217 65252 65283 低1 DO 262 低2 RE 294 低 3 M 330 中 5 SO 784 中 6 LA 880 中 7 SI 988 高 1 DO 1046 高 2 RE 1175 高 3 M 1318 高 4 FA 1397 高 5 SO 1568 高 6 LA 1760 高 7 SI 1967 低 4 FA 349 低 5 SO 392 低 6 LA 440 低 7 SI 494 中 1 DO 523 中 2 RE 587 中 3 M 659 中 4 FA 698 ⑶ 下面为音符字定义，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据
表4-5 音符定义
DW DW DW 63628 63835 64021 64103 64260 64400 64524 1234567 低音 54520 64684 64777 64820 64898 64968 65030 1234567 中音 65058 65110 65157 65178 65217 65252 65282 1234567 高音 ⑶音乐的节拍
定时时间为0.10s左右，作为音符节拍的最小时间单位，即1/8拍，该时间要求不必很准确，该时间越短，音乐播放节奏就越快。时间取0.10s时，定时时间由延时子程序来实现。其它的音符节拍都是1/8拍的整数倍，借助软件计数，允许中断的次数就是倍数。例如，要得到1拍的延时，只要中断8次即可。
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5.总结与展望
5.1总结
通过将近2个月的研究与调试我基本完成了STC89C52单片机音乐播放器的设计。本论文主要研究内容包括：
1、LED显示器硬件原理与软件模块编程。 2、行列式键盘的硬件工作原理和软件编程。 3、单片机音乐播放原理与软件编程。
4、编写了单片机宽音域高音准的音乐播放程序。
5.2展望
STC89C52芯片有多组引脚，可实现多种拓展功能，由于知识，能力，时间，条件所限，我只实现了播放自编歌曲的功能，其实，还可以同时拓展LED点阵屏幕，按键选歌，以及多组灯光闪亮等功能，换用更高档的芯片后，甚至可以实现MP3的丰富功能，在补充了相应知识后我将尝试实现更多的功能。
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致 谢
本文经过了几个月的努力，顺利的完成了基于单片机的音乐播放器的设计。本次设计主要涉及了单片机原理及接口技术的相关知识和汇编语言编程的诸多要领。在设计中让我更深的了解到单片机的功能与单片机的应用领域。也让我学会了查阅资料、如何使用伟福软件调试，懂得了团结互助、不懂就问的精神。
本设计还有一些功能有待于研究，比如为音乐播放器增添音乐彩灯、显示歌曲名、歌词同步等。这样会使本设计更加的完美。
结合实际，用经济的STC89C52芯片。及外围芯片设计了音乐播放系统。经模拟软件运行证明，该系统功能（包括键盘矩阵、LED显示、音乐播放）完备，运行稳定可靠，操作简便，性能价格比高，能够创造很好的经济效益。
本文在伍院长和王老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向伍院长和王老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少资料，才使我的毕业论文工作顺利完成。
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参考文献
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附录A 音乐播放系统电路原理图
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附录B 程序清单
E
BIT P2.2
BIT P2.1
BIT P2.0 ;定义口线
BIT P3.2
RW RS
LEDLOCK KEYRD
BIT P3.3
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; SONGNUM EQU 30H ORG 0000H AJMP MAIN
;;;;;;;;;;;;定时/计数器T0中断入口地址;;;;;;;;;;;; ORG 000BH
AJMP PIT1 ;调用TO中断子程序 ORG 0100H ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;主程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; MAIN:
CLR E ;键盘扫描
RW
CLR
SETB RS
MOV P1,#0FEH ;选择数码管
SETB LEDLOCK NOP
CLR LEDLOCK
MOV P0,#89H ;上电显示\"H\" LOOP:
MOV P1,#7FH ;循环扫描按键 0111,1111
KEY
LCALL
LJMP LOOP ;;;;;;;;;;;;;;;按键扫描程序;;;;;;;;;;;;;;;;; KEY:
CLR KEYRD NOP MOV A,P1
CJNE A,#077H,NEXT_1 ;0111,0111
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MOV A,#01H
LJMP SENDLED
NEXT_1: CJNE A,#07BH,KEY ;0111,1011
MOV A,#02H
LJMP SENDLED ;;;;;;;;;;;;;;;显示程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;; SENDLED: MOV B,A
MOV DPTR,#KJ
MOVC
A,@A+DPTR
MOV P0,A
ACALL L1 ;调用音乐子程序 SC: NOP
RET
KJ: DB 0C0H
DB 0F9H DB 0A4H
;;;;;;;;;;;;;;;;;音乐程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; L1: MOV SP,#60H MOV TMOD,#01H SETB ET0 SETB EA
START0: MOV 30H,#00H ;设置数据指针 NEXT: LCALL SON ;判断是那首歌 ;;;;;;;;;;;;;;;;取节拍码;;;;;;;;;;;;;; MOV A,30H L2: MOVC A,@A+DPTR MOV R2,A JZ ENDD ANL A,#0FH MOV R5,A MOV A,R2
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SWAP A ANL A,#0FH JNZ SING CLR TR0 AJMP D1 ;;;;;;;;;;;;;;;取TH0/TL0的初值;;;;;;;;;;;;;;; SING: DEC A MOV 22H,A RL A
MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR MOV TH0,A MOV 21H,A MOV A,22H RL A INC A
MOVC A,@A+DPTR MOV TL0,A MOV 20H,A SETB TR0
D1: ACALL DELAY ;调用延时子程序 INC 30H AJMP NEXT ENDD: CLR TR0 AJMP LOOP ;;;;;;;;;;;;;;;;;;T0中断子程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; PIT1: PUSH PSW PUSH ACC MOV TL0,20H MOV TH0,21H CPL P3.2
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POP ACC POP PSW RETI ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; SON: MOV A,B
CJNE A,#01H,SON1 ;选歌 MOV DPTR,#TABLE_1 RET
SON1: CJNE A,#02H,SON MOV DPTR,#TABLE_2 RET
;;;;;;;;;;;;;;;;延时子程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
DELAY: MOV R7,#02 ;延时 DELAY0: MOV R4,#187 DELAY1: MOV R3,#248 DJNZ R3,$ DJNZ R4,DELAY1 DJNZ R7,DELAY0 DJNZ R5,DELAY RET
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;两只蝴蝶;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; TABLE_1: DB 62H,52H,64H,04H, DB 52H,62H,52H,44H,04H
DB 22H,42H,54H,64H,52H,42H,22H,42H,14H,04H DB 62H,52H,64H,04H DB 52H,62H,52H,44H,04H
DB 22H,42H,54H,64H,52H,42H,22H,42H,54H,04H DB 62H,52H,64H,04H DB 52H,62H,52H,44H,04H
DB 22H,42H,54H,64H,52H,42H,22H,42H,14H,04H DB 62H,82H,84H,04H
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DB 82H,92H,82H,64H,04H
DB 52H,62H,54H,64H,52H,42H,22H,42H,44H,04H
DB 82H,82H,92H,0B2H,0A2H,0A2H,92H,62H,52H,52H,66H,04H DB 62H,62H,82H,94H,94H,22H,62H,56H,04H DB 62H,82H,82H,62H,84H,04H DB 0B4H,0A2H,92H,0A2H,64H,04H
DB 92H,92H,0A2H,92H,82H,62H,53H,63H,53H,84H,04H DB 82H,82H,92H,0B2H,0A2H,0A2H,92H,62H,52H,52H,66H,04H DB 62H,62H,82H,94H,94H,22H,62H,56H,04H DB 62H,82H,82H,62H,84H,04H DB 0B4H,0A2H,92H,0A2H,64H,04H
DB 92H,92H,0A2H,92H,82H,62H,53H,63H,53H,84H,04H DB 62H,82H,82H,62H,84H,04H DB 0B4H,0A2H,92H,0A2H,64H,04H
DB 92H,92H,0A2H,92H,82H,62H,53H,63H,53H,84H,04H DB 00H
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;记事本;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
TABLE_2: DB 84H,82H,82H,82H,0B2H,0B2H,82H,0C2H,
DB 0C3H,82H,84H,0B2H,0A2H,0A2H,93H,04H
DB 94H,92H,82H,82H,63H,62H,62H,52H,52H,42H,44H,04H DB 62H,52H,52H,42H,84H,04H DB 92H,82H,94H,82H,63H,04H
DB 84H,82H,82H,82H,0B2H,0B2H,82H,0C2H,0C3H,83H,04H DB 84H,0B2H,0A2H,0A2H,93H,94H,82H,92H,82H,63H,04H DB 52H,62H,52H,62H,44H,04H DB 52H,62H,52H,42H,84H,04H
DB 14H,62H,52H,52H,42H,54H,42H,44H,04H DB 0A2H,0B2H,0A2H,63H,04H DB 0A2H,0B2H,0A2H,63H,04H
DB 0D2H,0C2H,0C2H,0B2H,0C2H,0B2H,0B2H,0B2H,94H,84H,94H,64H,04H DB 64H,62H,52H,52H,42H,44H,04H
第35页
兰州交通大学毕业设计（论文）
DB 64H,62H,52H,52H,42H,84H,04H DB 84H,92H,82H,92H,83H,63H,04H DB 0A2H,0B2H,0A2H,63H,04H DB 0A2H,0B2H,0A2H,63H,04H DB
0D2H,0C2H,0C2H,0B2H,0D2H,0C2H,0C2H,0B2H,0C2H,0C2H,0C4H,0E4H,64H,04H DB 0D4H,0C2H,0D2H,0C2H,0B2H,94H,04H DB 0D4H,0C2H,0D2H,0C2H,0B2H,0C4H,04H
DB 0D4H,0C2H,0D2H,0C2H,0B2H,0C4H,0B4H,96H,04H DB 00H
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;音乐频率子程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
TABLE: DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 ;低音1234657 DW 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030 ;中音1234567 DW 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65282 ;高音1234567 END
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