單片機控制的音樂盒系統(tǒng)軟件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25196單片機控制的音樂盒系統(tǒng)軟件設(shè)計案例 1127651系統(tǒng)軟件設(shè)計 140941.1軟件設(shè)計工具 1293531.2系統(tǒng)整體設(shè)計框圖 1276941.3軟件設(shè)計思路 243541.4單片機發(fā)聲設(shè)計 3195991.4.1音調(diào)設(shè)計 3166961.4.2節(jié)拍設(shè)置 4156151.4.3顯示設(shè)置 43419第2章調(diào)試運行及實物的焊接 67779附錄一：設(shè)計圖 91系統(tǒng)軟件設(shè)計1.1軟件設(shè)計工具在過去四年的學(xué)習(xí)過程中，我們主要使用KeiluVision4編程軟件對所設(shè)計的單片機進行軟件編程，KeiluVision4于2009年2月發(fā)布，其設(shè)計了較為靈活的窗口管理系統(tǒng)，對使用者而言可以更好的利用屏幕空間管理更多的窗口，使用起來更加簡潔高效。KeiluVision5于2013年10月發(fā)布，其核心功能與KeiluVision4相比并未有太大的變化，且軟件運行起來更加穩(wěn)定，減少了閃退等事故的發(fā)生幾率，所以本次設(shè)計我選擇使用KeiluVision4的升級版KeiluVision5來進行程序編譯工作。1.2系統(tǒng)整體設(shè)計框圖圖5-1系統(tǒng)設(shè)計框圖1.3軟件設(shè)計思路在過去四年的學(xué)習(xí)中，C語言的學(xué)習(xí)和使用是學(xué)校編程教學(xué)內(nèi)容的重點，且KeiluVision5對單片機C語言的軟件開發(fā)有很好的兼容性，所以本次設(shè)計可以用C語言解決編程問題。1.4單片機發(fā)聲設(shè)計單片機所能發(fā)出的聲音非常單一，根本無法滿足音樂盒的需求，所以僅靠單片機完成設(shè)計是不可能的。因此，我們需要結(jié)合音調(diào)和節(jié)拍，在編程過程中對其進行調(diào)整，來達(dá)到讓音樂盒演奏歌曲的目的。僅有不同的聲音還不能夠組成音樂盒，節(jié)拍同樣也很重要，節(jié)拍主要控制單片機發(fā)出音符的時間，此時就需要對所要播放歌曲的樂譜進行研究，必須要知道所播放內(nèi)容中每一個音符的順序，還有音符持續(xù)的時間，這樣編寫出的程序才能使音樂盒正常發(fā)聲。1.4.1音調(diào)設(shè)計首先需要了解音調(diào)，音調(diào)在簡譜中表現(xiàn)為：1、2、3、4、5、6、7，對應(yīng)的讀法為：do、re、mi、fa、so、la、xi。根據(jù)世界范圍統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，樂器的發(fā)聲標(biāo)準(zhǔn)都是220Hz。在音樂中，標(biāo)準(zhǔn)音高被規(guī)定為中央C音上方的A音，它的頻率為f=440Hz，1(do)與高音1，2(re)與高音2等類似的音調(diào)正好相差一個倍頻程，在音樂學(xué)中稱它相差一個八度音。一般說來，通過對單片機的定時器做定時中斷，就可以讓單片機發(fā)出相應(yīng)的頻率，再對單片機上的蜂鳴器重復(fù)清零、置位操作，或者是將單片機上對應(yīng)的I/O口重復(fù)取反操作，便可以讓蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)的聲音。當(dāng)我們設(shè)定不同的定時值后，蜂鳴器就可以發(fā)出不同頻率的聲音[10]。以標(biāo)準(zhǔn)音高A為例，A的頻率f=440Hz，那么它對應(yīng)的周期就應(yīng)該是：T=蜂鳴器I/O口反應(yīng)時間圖如圖所示：圖5-2蜂鳴器I/O口反應(yīng)時間圖

由上圖可知，單片機上對應(yīng)的蜂鳴器的I/O接口來回取反的時間應(yīng)為T的一半，即t的值為1136μs，這個t也是單片機定時器上應(yīng)有的中斷觸發(fā)時間。假設(shè)f使外接晶振的振蕩器頻率，那么定時器的預(yù)置初始值為：Temp=65536-TH=TL=Temp%256其中，SYSTEM_OSC=22.1184MHz、TH=0xF7、TL=0xD8。1.4.2節(jié)拍設(shè)置音符節(jié)拍的設(shè)置需要結(jié)合一小段簡譜，如下圖所示：圖5-3簡譜示例圖其中1、2、5為一類，3、4為一類，6為一類總共三類。在簡譜中，單獨一個數(shù)字的出現(xiàn)表示一個四分音符，也就人們常說的一拍，如圖5-3所示的1、2下面有一條橫線，這表示1、2聲音發(fā)出的時長為八分音符長，即為四分音符的一半，表示半拍，3、4下面有兩條橫線，表示3、4聲音發(fā)出的時長為十六分音符長，即為八分音符的一半，表示四分之一拍，5的下面有一條橫線，表示其時長為八分音符長，即為四分音符的一半，表示半拍，6作為單獨的數(shù)字出現(xiàn)，下面沒有橫線，其時長為四分音符長，表示一拍。一般說來，若沒有特殊標(biāo)注出一拍的時長或沒有特別說明，那么我們默認(rèn)一拍的時長大約為400—500ms。若我取一拍的時長為400ms，那么當(dāng)以四分音符為一拍節(jié)拍時，四分音符的時長就為400ms,八分音符的時長就為四分音符的一半，即為200ms,十六分音符的時長就為八分音符的一半，八分音符的四分之一，即為100ms。在單片機中，選擇以計數(shù)器的模式來進行控制，將單片機初始化后，TH0與TL0就會計算半周期時間，I/O端口在一遍計時結(jié)束之后會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，重復(fù)半周期時間，I/O端口發(fā)生反轉(zhuǎn)以后，單片機I/O引腳就可以接收到頻率脈沖，該脈沖輸出到揚聲器后，單片機就可以發(fā)出想要的音樂了。1.4.3顯示設(shè)置LCD1602液晶顯示屏的讀、寫操作時序圖如下所示：圖5-4LCD1602液晶顯示屏的讀操作時序圖圖5-5LCD1602液晶顯示屏的寫操作時序圖由于1602液晶顯示屏是一個慢顯示器件，因此顯示屏在顯示前要先做一些其他操作，即在每條指令執(zhí)行之前，顯示模塊都要先確定模塊的忙標(biāo)志的電平信號，若忙標(biāo)志處于高電平，即表示顯示屏處于忙狀態(tài)，則無法執(zhí)行指令，指令將會失效，若忙標(biāo)志處于低電平，則表示顯示屏處于不忙狀態(tài)，此時則可以執(zhí)行指令即可在顯示屏上顯示字符。要顯示字符時要先告訴顯示模塊應(yīng)該在哪個位置顯示字符，之后才能完成顯示。

第2章調(diào)試運行及實物的焊接在搭建好設(shè)計的Proteus仿真并完成編程后，就需要將編譯好的出現(xiàn)導(dǎo)入Proteus的單片機中，觀察其運行結(jié)果。首先，雙擊Proteus里的單片機，如圖6-1所示，添加事先編譯好的.hex文件。圖6-1文件添加圖添加好文件后，點擊左下角的開始，電路通電，此時就可以開始測試所編譯的程序是否可以運行了。鍵盤各按鍵的功能如圖6-2所示：

圖6-2按鍵功能圖按鍵1~7：1~7這八個按鍵分別對應(yīng)的是七個不同的音，即：“do、re、mi、fa、so、la、xi”，當(dāng)電路電源接通后，按動1~7中的任意一個按鍵，都可以發(fā)出其對應(yīng)的聲音；按鍵8：8號按鍵對應(yīng)的是“高音do”，按動8號鍵即可發(fā)出“高音do”的聲音；按鍵9：按鍵9為歌曲選擇按鍵；按鍵10：按鍵10為空閑按鍵，沒有任何實際功能；音樂盒按鍵：當(dāng)電路電源接通后，按下音樂盒按鍵，可播放存儲好的音樂，且默認(rèn)為順序播放，此時按鍵1~8失效，即在音樂盒按鍵按下后，按動按鍵1~8不會有任何功能；電子琴按鍵：在音樂播放的過程中，按下電子琴按鍵，音樂立刻停止播放，此時按動按鍵1~8，可發(fā)出相應(yīng)的聲音；選擇歌曲按鍵：按下選擇歌曲按鍵后，需要再按動按鍵1~9，此時會播放所選擇的音樂，同時，按鍵1~8的電子琴功能失效，按動按鍵后不會發(fā)出相應(yīng)的聲音。如果在音樂盒播放音樂的過程中按下選擇歌曲按鍵，正在播放的歌曲會立即暫停，之后的操作不變；單曲循環(huán)按鍵：按下單曲循環(huán)按鍵后，當(dāng)前多播放的音樂會進入單曲循環(huán)模式，若在沒有音樂播放的情況下按動該按鍵，則不會有任何功能；

順序播放按鍵：在單曲循環(huán)按鍵按下后，歌曲進入單曲循環(huán)模式，此時若想繼續(xù)循環(huán)播放音樂，按下此按鍵即可實現(xiàn)順序播放音樂功能，如果在沒有音樂播放的情況下按下該按鍵，則沒有任何功能實現(xiàn)；開始/暫停按鍵：在音樂播放的過程中按下開始/暫停按鍵，即可實現(xiàn)音樂的開始與暫停。在音樂盒播放音樂的同時，1602顯示屏可正常顯示，LED等也正常發(fā)光。完成仿真與程序編譯并調(diào)試成功以后，就要對實物進行焊接，由于之前并沒有大量實物焊接的經(jīng)驗，所以就需要在購買實物元件時適量的多準(zhǔn)備一點，以防焊錯后沒有替代。在焊接時需要注意：注意要分清LED燈、電解電容、蜂鳴器的正負(fù)極性，它們都是需要將長的管腳接到正極、短的管腳接負(fù)極，一定不能焊接反，若是焊接反的話，輕則相應(yīng)的元器件被燒毀，重則可能產(chǎn)生爆炸，影響到焊接人員的安全[11]。在焊接電阻時，一定要注意電阻的阻值，不可以將錯誤的電阻焊接到電路里，否則電流受到影響，實物的成功率會受到很大的影響，且該失誤很不容易排查出來。焊接每個元器件時要精準(zhǔn)的控制好焊接時間，最好是將時間控制在2-4秒。若焊接時間過短，則可能焊接不牢，出現(xiàn)連接問題，若焊接時間過長，則可能會使焊點過脆，更有可能燒毀元器件。焊接器件時，應(yīng)該遵循先小后大，先低后高的焊接原則，即先焊接小器件，后焊接大器件，先焊接低器件，后焊接高器件。在焊接時，先焊接完電源部分，然后進行電源部分的功能測試，如果電源LED燈亮，則可以進行下一步焊接，若電源LED燈不亮，則需要立刻更換電源，重新焊接。烙鐵不允許長時間接觸焊盤，烙鐵的溫度很高，若是長時間接觸焊盤可能會導(dǎo)致焊盤脫落甚至器件的損壞。在焊接前盡量做好焊盤的模塊劃分，然后按照所分化的模塊來一部分一部分的焊接。在焊接完一個模塊后，不要著急于立即焊接下一個模塊，此時應(yīng)該先用萬用表測量一下，檢查電源和地之間是否有出現(xiàn)短路等故障，如果有短路，需立即檢測各焊接點，找到故障發(fā)生的原因并做出補救。芯片的安裝要注意1腳所在的位置，如果安放反了，芯片就會立即燒毀。觀察LED燈可以發(fā)現(xiàn)，其長引腳表示是正極，短引腳表示是負(fù)極，也可以通過觀察LED管內(nèi)部的電極，較小的部分是正極部分，較大的部分是負(fù)極部分