单片机音乐计时器Proteus仿真+代码设计分享 -

标题: 单片机音乐计时器Proteus仿真+代码设计分享 [打印本页]

作者: sfja 时间: 2019-6-20 15:53
标题: 单片机音乐计时器Proteus仿真+代码设计分享
仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）

要求通过4个按键来设置想要倒数的时间，其中系统默认倒计时为1分钟，K1可调整倒计时间1~60分钟，K2可设置倒计时为5分钟，K3可设置倒计时为15分钟，K4可设置的倒计时为20分钟，K5为启动键。当初值被设定好，只要启动K5，就可以启动倒计时功能。当计时为0时播放音乐，而且它能循环播放，可随时人为停止。
二. 方案原理
此次设计以89C52芯片为核心来设计音乐计时器，其具有倒数计时、时间设置、音乐演奏等功能。除了设定默认值为1分钟外，本计时器还有5分钟，15分钟和20分钟的快捷键，而且可在上述时间的基础上任意调整自己想设定的倒计时时间。当倒计时结束时，计时器会播放音乐，可循环播放，亦可随时停止。
  这个音乐计时器由四个模块组成，分别是数码管模块，倒计时模块，音乐模块和核心处理模块。通过对P2口的查询，我们可以实现对时间的不同设定和调整。系统晶振为12MHz，RESET管脚处连接复位开关。同时，我们使用查询方式来设定定时器时间。
三. 方案具体说明
通过计算某一音频周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。利用单片机定时器计时这个半周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O口反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相，这样就能在此I/O口上得到此频率的脉冲，再结合中断延时程序，程序中节拍控制是通过调用延时子程序DELAY的次数来实现，产生音乐。利用P2.1、P2.2、P2.3管脚，对应开关K2、K3、K4，分别启动不同的倒计时程序5分钟、15分钟、20分钟。通过查询方式对P3.2管脚进行查询，进入1到60分钟的时间调整程序。P0引脚作为显示输出连至LED显示器，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3为位选信号，控制不同位的数码管。程序中使用定时器T0方式1来产生歌谱中各音符对应频率的音频脉冲，由P1.5通放大输出，，1拍为748 ms。确定了设计思路后，就可以具体设计了。先编写程序，然后加入硬件进行调试。
四. 模块原理说明
（一）.数码管模块
   数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，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数据，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端口，而且功耗更低。
（二）.倒计时模块
   定时器倒计时部分用中断来实现功能。定义定时器0，工作方式1，当时间过去1s后，数码管就按照设定规则显示数字。
（三）.音乐模块
（1）音乐的产生主要是通过单片机的I/O口输出高低不同的脉冲信号来控制蜂鸣器发音。要想产生音频脉冲信号，需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。利用单片机定时器计时这个半个周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O口反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相，这样就能在此I/O口上得到此频率的脉冲。
通常，利用单片机的内部定时器0，工作在方式1下，改变计数初值TH0和TL0来产生不同频率。对于音乐的节拍，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位代表音符的节拍。如果1拍为0.4S，1/4拍为0.1S，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，那么1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY,其余的节拍就是它的倍数。
总而言之，一首乐曲是由音阶和节拍两大要素构成。一首乐曲演奏的原理是：不同音阶分别对应不同的频率，发出不同的音调，而节拍则控制发出音调时间的长短；若将乐曲的音调连续发出，并使其按相应的节拍变化，即可演奏一首乐曲。根据这一特点，我们采用单片机辅以相应的接口来设计音乐播放器。
（2）产生音乐通过单片机的I/O口输出高低不同的脉冲信号来控制蜂鸣器发音。利用AT89C52单片机的内部定时器0，工作在方式1下，改变计数初值TH0和TL0来产生不同的频率。若单片机采用12MHz晶振，要产生频率为587Hz的音频脉冲时，其音频脉冲信号的周期T=1/587=1703.577us,约1704us,半周期的时间852us,因此只要今计数器计数=852us/1us=852,在每计数852次时将I/O口反相，就可得C调中音Re。
计数脉冲值与频率的关系如下：
N=Fi/2/Fr 式中：N—计数值
Fi—机器频率。晶体振荡器为12MHz时，内部计时一次为1us，故其频率为1MHz
Fr—想要产生的频率  所以定时常数（计数值T）的求法：    T=65536-N=65536-Fi/2/Fr  例如，设Fi=1MHz，求低音Do(262Hz)、中音Do(523Hz)和高音Do(1046Hz)的计数初值。
解：T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-500000/Fr
低音Do的T=65536-500000/262=63628
中音Do的T=65536-500000/523=64580
高音Do的T=65536-500000/1046=65058
（四）.核心处理模块
对计时器和中断进行初始化后，系统出现默认时间设定值，也就是1分钟。如果有按键按下，屏幕上面的时间会发生改变。K1可调整倒计时间1~60分钟，K2可设置倒计时为5分钟，K3可设置倒计时为15分钟，K4可设置的倒计时为20分钟。在时间设定完毕后，利用K5启动计时器，在计时结束后调用音乐函数，SPEAKER就会播放出我们所设定的旋律。
五. 实验原理图
六. 实验感悟
在本次设计中，我重新复习了中断和计时器部分的知识，同时也学到了单片机播放音乐的原理。然而在实验过程中，我遇到了不少问题：1.复位开关失效，即它并未有起到复位效果；2.每次设定好初始值后，计时器往往会自动启动计时功能，即K5失效；3.K5按键不灵敏，往往需要重复按2次以上才会启动计时；4.SPEAKER并没有按照程序的设定播放出一段完整的音乐。如今，通过调试和修改，一到三的问题得到了解决，而第四个问题，只有在对程序进行编译，才能发现错误的所在。在整个实验过程中，我在不断的修改与调整中学习到越来越多的东西，同时也让我原本掌握的知识更加牢固，这对我来说是大有裨益的。
七. 相关程序
#include<reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit SPK=P1^5;
sbit K1=P2^0;
sbit K2=P2^1;
sbit K3=P2^2;
sbit K4=P2^3;
sbit K5=P2^4;
sbit A1=P1^0;
sbit A2=P1^1;
sbit A3=P1^2;
sbit A4=P1^3;
uchar miao_g,miao_d,fen_g,fen_d;
uchar code Num[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
uchar num1;
uchar code song[]={0x58,0x84,0xA8,0x84,0x68,0x82,0x62,0x5C,0xA4,0xA4,0xA4,0xA4,0x93,0x81,0x9C,0x9C,0xC8,0xC4,0xC8,0xD2,0xC2,0xA8,0x92,0x82,0x6B,0xC4,0xC4,0xC4,0xA8,0x94,0x8C,0xFF};
//音律部分，前四位为音阶，后四位为节拍，其中以1/4节拍为单位节拍；
uchar m;
uchar code yinjie[]={0xff,0xff,0xFC,0x4A,0xFC,0xAE,0xFD,0x08,0xFD,0x30,0xFD,0x80,0xFD,0xC6,0xFE,0x02,0xFE,0x2A,0xFE,0x5C,0xFE,0x84,0xFE,0x98,0xFE,0xC0,0xFE,0xE8,0xFF,0x06};
//音阶所对应的计时器初值，前两位是占位，中间14位是中音1~7，后面14位是高音1~7，晶振为12MHz；
uchar ding;
void delay_1();//1/4节拍函数声明；
void delay(uint k);//计数器延时函数声明；
void display(uint fen_g,uint fen_d,uint miao_g,uint miao_d);//数码管显示函数声明；
void music();//音乐函数声明；
void delayxiaodou(int n);//消抖函数声明，用于主函数K5；
//数码管部分
void delay(uint k)       //延时函数，用于计时器计算1s部分和数码管延时显示部分
{  uint x,y;
for(x=k;x>0;x--)
         for(y=125;y>0;y--);
         }
void delayxiaodou(int n)
{
   while(n--);
}
void display(uint fen_g,uint fen_d,uint miao_g,uint miao_d) //数码管显示时间
{

         P0=0xFF;                //消隐；
   A1=1;A2=0;A3=0;A4=0;
      P0=Num[fen_g];
      delay(1);
      P0=0xFF;
      A1=0;A2=1;A3=0;A4=0;
      P0=Num[fen_d];
      delay(1);
      A1=0;A2=0;A3=1;A4=0;
      P0=0xFF;
      P0=Num[miao_g];
      delay(1);
      A1=0;A2=0;A3=0;A4=1;
      P0=0xFF;
      P0=Num[miao_d];
      delay(1);
      TR0=0;

}
//倒计时部分
void timer()interrupt 1       //定时器0，方式1
{
TH0=0x3C;  //50ms倒计时
TL0=0xB0;
num1++;
if(num1==20) //50ms*20=1s
{ num1=0;
   miao_d--;
         if(miao_d==-1)
         { miao_d=9;
            miao_g--;
               if(miao_g==-1)
               {  miao_g=5;
                  fen_d--;
                        if(fen_d==-1)
                        {  fen_d=9;
                           fen_g--;
                              if(fen_g==-1)
                              {
                                 fen_g=5;}}}}}}
//音乐部分
void music()
{  uint data j=0;
uchar data g;
      uchar data i;
      while (*(song+j)!=0xff)//歌曲的停顿；
      { g=*(song+j)&0x0F;//低4位，节拍；
         m=*(song+j)>>4;       //高4位，音阶；
            TH1=yinjie[2*m];
            TL1=yinjie[2*m+1];
            TR1=1;
            if((yinjie[2*m]==0xff)&&(yinjie[2*m+1]==0xff))
            {  TR1=0;
               SPK=1;}
            for(i=g;i>0;i--)
            {  delay_1();
               TR1=0;
               j++;
               }}}
void delay_1()//1/4       节拍所需要用的时间，约187ms；
{  uchar m,n,p;
for(m=100;m>0;m--)
   for(n=20;n>0;n--)
         for(p=15;p>0;p--);
}
void timer0() interrupt 3       //半个周期后，SPK处的脉冲反相，得到音阶；
{ TH1=yinjie[2*m];
  TL1=yinjie[2*m+1];
  SPK=!SPK;
  }
//核心处理模块
void main()
{
TMOD=0x01; //启动定时器，初值为50ms；
TH0=0x3C;
TL0=0xB0;
ET0=1;    //定义中断；
ET1=1;
EA=1;
TR0=0;       //时钟初始化；
miao_g=miao_d=fen_g=0;
fen_d=1;
ding=0;
while(1)
{
   display(fen_g,fen_d,miao_g,miao_d);
      if(K5!=0)
      {
      if(K1==0)                //K1按键：在1分钟基础上递增，可自定义计时时间；
         {  delayxiaodou(100);
            if(K1==0)
               { miao_g=miao_d=0;
                  fen_d++;
                     if(fen_d==10)
                     {  fen_d=0;
                        fen_g++;
                        if(fen_g==6)
                        {fen_d=0;
                        }}}}
                        while(!K1);
      if(K2==0)                      //K2按键：初值为5分钟；
         {  delayxiaodou(100);
            if(K2==0)
               {
                  miao_g=miao_d=0;
                  fen_d=5;
                        fen_g=0;

                        }
                        }
                        while(!K2);
      if(K3==0)                      //K3按键：初值为15分钟；
         {  delayxiaodou(100);
               if(K3==0)
               { miao_g=miao_d=0;
                  fen_d=5;
                     fen_g=1;

                     }
                     }
                     while(!K3);
            if(K4==0)                //K4按键：初值为20分钟；
            {  delayxiaodou(100);
               if(K4==0)
               {  miao_g=miao_d=0;
                  fen_d=0;
                        fen_g=2;

                        }
                        }
                        while(!K4);
                        }
            if(K5==0)                //K5按键：初值设定好后，启动倒计时；
               {  delayxiaodou(1);
                  if(K5==0)
                     {  ding++;
                        if(ding==2)
                        { ding=5;}
                        }}
                        while(!K5);
               if(ding==5)
                     TR0=1;
                              //倒计时结束；
                     display(fen_g,fen_d,miao_g,miao_d);
                     if(fen_g==0&&fen_d==0&&miao_g==0&&miao_d==0)
                        music();
      }
      }

全部资料51hei下载地址：

单片机设计——音乐计时器.zip (472.64 KB, 下载次数: 105)

作者: 慕寒老婆 时间: 2019-10-19 19:48
portues 工程文件是哪个呀？下载之后，没有找到
后来才知道原来需要安装Proteus7.5才能打开,下面是仿真图

51hei.png (18.19 KB, 下载次数: 100)

作者: 慕寒老婆 时间: 2019-10-19 19:57
请问压缩包里的protues工程文件在哪里呀没有找到

作者: TZTZCOM 时间: 2020-3-6 16:56
不错的设计，值得学习

作者: a782153803 时间: 2020-5-29 18:45
好东西谢谢楼主

作者: 羽儿 时间: 2020-6-20 19:45
为啥数码管一闪一闪的，除了复位和K5能按，其它按钮都按不了，小白的我太难了

作者: jiny~~ 时间: 2021-4-26 16:49

羽儿发表于 2020-6-20 19:45
为啥数码管一闪一闪的，除了复位和K5能按，其它按钮都按不了，小白的我太难了

哇，我也是

呜呜呜，那你现在解决了吗

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