1、1基于 STC89C52 电子琴音乐盒的设计陈远芳物理与电子信息学院电子信息科学与技术专业 2010 级 指导教师：谢春茂摘 要:本设计采用了蜂鸣器发声来实现歌曲的播放，能保持基本音调不变，流畅播放出歌曲。现选用 AT89C52 单片机。主要设计模块包括数码管显示部分，功能键盘部分，蜂鸣器发声部分，彩灯部分。数码管采用共阳极数码管，通过单片机 P1 口控制，实现歌曲序号的显示；功能键盘采用按键开关，通过单片机P3 口控制，实现歌曲播放顺序的调换和暂停播放功能；蜂鸣器由单片机的 P2口控制，实现歌曲播放；彩灯是由普通发光二极管代替，能实现单色长亮和闪烁效果。主要工作过程是通过按下功能键实现上一首
2、和下一首及暂停播放，同时有数码管显示当前播放歌曲的序号，蜂鸣器播放出音乐。 关键字：STC 89C52；电子琴；音乐盒；显示电路2An Electronic Music Box Based on STC89C52Chen YuanfangSchool of Physics and Electronic Information, Electronic Information Science and Technology Grade 2010 Instructor: Xie ChunmaoAbstract:The main design module includes a digital disp
3、lay of the keyboard function of the audible buzzer of some lantern.LED digital tube using a total of anode, through the P1 port single-chip control, the realization of the show the serial number songs; functions using the keyboard button switches, single-chip P3 through population control, to achiev
4、e the change the order of songs to play and pause functions; buzz P2 is controlled by MCU port control, the realization of music playback; lantern is to replace ordinary light-emitting diodes, to achieve long-monochromatic light and scintillation effects. The main process is to achieve by pressing f
5、unction keys on the first one and the next, and suspension of play, while the digital display the serial number of the currently playing song, the music player buzzer, when the player when the final with a Nocturne lantern flashing. The use of single-chip design and programming software KeilC52 prog
6、ramming and simulation software PROTEUS single- chip , such as electrical and electronic knowledge, with KeilC52 programming software programming, and simulation software PROTEUS single-chip simulation. Key words: STC89C52; Electronic Organ;Music Box; Display Circuit目 录摘要 .1Abstract.2第一章 引言 .31.1 背景
7、 .31.2 设计功能 .4第二章 方案选取 .42.1 数码管 .42.2 STC89C52 .6第三章 关于音乐知识 .103.1 音调、节拍以及编码的确定方法 .103.2 音调的确定 .113.3 节拍的确定 .123.4 音乐的编码 .13第四章 硬件设计 .154.1 STC89C52 最小系统 .154.1.1 晶振电路 .154.1.2 复位电路 .164.1.3 时钟电路 .164.2 发声模块模块 .17第五章 软件设计 .185.1 数码管显示模块 .195.2 T0 值以及对应频率 .19第六章 总结与展望 .21参考文献 .22附录 .23致谢 .350第 1 章 引
8、言1.1 背景电子乐器的产生，首先是模仿”乐器之王“ 管风琴 (Pipe Organ)。管风琴发明于公元前，鼎盛于 17 世纪。它是靠水力或人力鼓风，吹响与建筑物一样高大的管子而发音的乐器。管风琴是大型键盘乐器，结构非常复杂。管风琴有手键盘和脚键盘构成，有些手键盘多达 4-5 层。一架管风琴的演奏可以和一个管弦乐队媲美。管风琴结构复杂，体积庞大，造价昂贵，受演出场地、环境限制，不易搬动。为了使之轻便，1907 年，美国人 T卡西尔发明了用电磁线圈产生音阶信号的电风琴。1920 年，苏联人利昂特里尔发明了”空中电琴“ 。1939 年，美国市场上开始销售” 艾伦风琴 “，这种电子风琴比管风琴轻便经
9、济，普遍用于教学、音乐厅等，因而有一定市场。至 1950 年，美国年产电子琴达 10 万台，接近钢琴产量。1964 年，美国人穆格发明了合成器。日本于 20 世纪 50 年代从美国进口电子琴。1959 年，由雅马哈(YAMAHA)株式会社生产了世界上第一台立式电子琴，取名为”伊莱克通“(Electone) ，它有三层键盘。1980 年，随着电子集成电路的出现，电子琴开始向小型化发展，雅马哈等厂家生产了便捷式单键盘电子琴(Portatone Portasound)。1983 年，雅马哈生产的电子合成器 DX7 和电钢琴问世。1986 年，HX 系统高级历史电子琴问世。我们常见并熟悉的双排键电子琴
10、是日本于 1991 年之后生产的 EL，ELS 系列以及便携式双排键 DDK7。在中国，1958 年北京邮电学院研制了一台电子管单音电子琴。由于种种原因，至 1977 年后，我国才大批生产电子琴。1989 年，我国年产儿童电子琴200 万台，并出口 39 万台。中国的电子琴事业正在迅速发展。电子琴发展很快，琴的各项功能日趋完善。音色和节奏有最初的几种发展到几百种。除寄存音色外，还可通过插槽外接音色卡。合成器的某些功能，如音色的编辑修改、自编节奏、多轨录音、演奏程序记忆等也运用到电子琴上。音乐盒又称八音盒。音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。当时为使教会的的钟塔报时，而将大小的钟表上机
11、械装置，被称为“可发出声音的组钟”。1598 年，意大利 籍耶稣会士利玛窦第一次来到北京，随行礼物中就有八音琴一台。这是有史书记载的最早进入中国的八音琴。经过各种的发明创造，1780 年前后，拉匀芳的瑞士人从人偶自动钟的原理获得启示，发明了一种令人1赞叹的机制机械鸟鸣钟。1796 年，日内瓦钟匠的发明，给机械音乐盒带来了革命性的改变，使音乐盒的体积缩小达到极限，而在接下来的世纪得以成功的发展。同一年瑞士钟表匠安托法布尔开发了圆筒型八音盒，这是世界上最古老的八音盒。这项古董收藏于上海八音盒珍品陈列馆。1870 年，德国的发明家首创了盘式音乐盒。17 世纪初，音乐盒的工业成为瑞士超过制表和缝制蕾丝
12、业的第一大产业，这使得位于瑞士侏罗山边的小镇闻名于世。二战后，日本人大力进军音乐盒产业。1992 年，中国第一台具有知识产权的八音琴在韵升诞生。本设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，达到电子琴固有的基本功能，也就是简易电子琴；同时利用单片自带内存存储音乐。1.2 设计功能1.设计 8 个按键，模拟电子琴中 8 个音符；2.存放三首音乐；3.通过数码管显示音符；4.设置停止，播放键；第 2 章 方案选取2.1 数码管led 数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管
13、实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。led 数码管常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10 位等等.，led 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图 2 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led 数码管广泛2用于仪表，时钟，
14、车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用 LED 数码管内部引脚图片。图 2.1 8 段数码管每一笔划都是对应一个字母表示 DP 是小数点.透过分时轮流控制各个LED 数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。每位元数码管的点亮时间为 12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 口，而且功耗更低。LED 数码管有共阴极和共阳极两类，如图 2.2 所示。共阴极 L
15、ED 数码管的发光二极管的阴极共地，如图 2.3（a） ，当某个发光二极管的阳极电压为高电平时，二极管发光；而共阳极 LED 数码管是发光二极管的阳极共接，如图2.3（b） ，当某个二极管的阴极电压为低电平时，二极管发光。abcdefgdpR(a) 共 阴 极abcdefgdpR(b) 共 阳 极+5V aabbcdcedfegfg176432 51098GNDGNDdp（a ） 共阴极 （b） 共阳极图 2.2 LED 数码管管脚配置图 图 2.3 两类 LED 数码管本设计中采用一位数码管显示每次按下的音符。32.2 STC89C52STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性
16、能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/ 计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2
17、级中断结构） ，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T 可选。a 主要特性：8K 字节程序存储空间;512 字节数据存储空间;内带 2K 字节 EEPROM 存储空间;可直接使用串口下载;a 图 2.4 STC89C52 引脚图 b.如图 2.4 引脚说明4 主电源引脚（2 根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V
18、电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（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。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，
19、每个口有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根。PO 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7c.时钟电路STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD和 TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图 2.5（a）所示，在
20、RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在 1.212MHz 之间选择，电容值在530pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图 2.5（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和P2，供单片机使用。5（a ）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图 2.5 时钟电路d.复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其
21、主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 2.1 所示。表 2.1 一些寄存器的复位状态寄存器 复位状态 寄存器 复位状态PC 0000H TCON 00HACC 00H TL0 00HPSW 00H TH0 00HSP 07H TL1 00HDPTR 0000H TH1 00HP0-P3 FFH SCON 00HIP XX000000B SBUF 不定IE 0X0000
22、00B PCON 0XXX0000BTMOD 00H （2）复位信号及其产生RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。6复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图2.6（a）所示。这佯
23、，只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 2.6（b）所示；而按键脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图 2.6（c ）所示：（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c ）按键脉冲复位图 2.6 复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于 2 个机器周期。本系统的复位电路采用图 2.6（b）上电复位方式。第三章 关于音乐知识3.1 音调、节拍以及编码的确定方法一般说来，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。其中节拍表示一个音符唱多
