#主編#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.1項(xiàng)目說明22.2電子音樂盒系統(tǒng)的分析22.3電子音樂盒的硬件電路設(shè)計(jì)22.4系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)22.5系統(tǒng)調(diào)試22.6系統(tǒng)總結(jié)#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.1項(xiàng)目說明單片機(jī)自面世以來,憑借其小型的體積,消耗的功

率低,強(qiáng)大的運(yùn)算處理性能和低廉的價格,受到人

們的廣泛關(guān)注和高度的重視,發(fā)展也變得非常迅

速,不斷地拓寬其位數(shù),因此顯而易見的變化就是

運(yùn)行的速度變得愈加快速,采用精簡指令集,平均#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)周期減少,加快程序運(yùn)行速度,提高整體工作效

率。22.2電子音樂盒系統(tǒng)的分析22.2.1總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制芯片采用STC89C52RC,外圍電路包括按鍵電

路、液晶LCD1602顯示模塊、藍(lán)牙串口模塊、蜂鳴器以及#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)安卓手機(jī)客戶端應(yīng)用軟件組成。其中藍(lán)牙按鍵開關(guān)將音樂

盒控制模式分為按鍵輸入模式和藍(lán)牙串口接收模式,前者,播

放控制的上下曲、播放以及暫停等是由按鍵來控制;后者則

進(jìn)入等待串口中斷模式,等待從客戶端接收數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的

串口中斷控制。顯示電路LCD1602模塊可以顯示播放的歌

曲信息數(shù)據(jù),例如歌曲名稱、演唱者還有播放時長等。系統(tǒng)

總體設(shè)計(jì)框圖如圖22-1所示。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.2.2系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)1.單片機(jī)STC89C52RC和程序下載作為主要的控制部分,用定時器輸出音樂頻率,所有程序代碼等執(zhí)

行都要依賴此芯片,考慮到閃存達(dá)8k的空間,容量比較大,可以滿足

使用者存儲一些需要一直保存的程序和數(shù)據(jù)的要求,程序下載到

芯片中寫入也非常便利,可以用USB轉(zhuǎn)TTL電平兩根線,即RXD和

TXD,值得注意的是連接線上這兩個引腳和單片機(jī)不是對應(yīng)連接

而是交叉連接。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)2.LCD顯示電路為了豐富音樂盒的功能,實(shí)時地讓使用者了解正在播放歌曲的基

本信息,包括曲名、演唱者和播放時間的長度,播放計(jì)時單位以秒

來計(jì)時,可以很好地顯示當(dāng)前歌曲播放進(jìn)度情況,播放結(jié)束最終時

長就是歌曲的長度,合理地分配利用了兩行位置的空間顯示歌曲

的信息,并且盡可能減少占用I/O口,于是采用4線制的方式驅(qū)動顯

示LCD。3.蜂鳴器實(shí)現(xiàn)音樂發(fā)聲功能#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)作為音樂盒主要實(shí)現(xiàn)的功能就是播放歌曲,而蜂鳴器作為音樂頻

率的發(fā)聲源,巧妙地利用輸入不同頻率的高低電平產(chǎn)生振動發(fā)出

不同的音調(diào),以此為基礎(chǔ)選用電磁式蜂鳴器,加上一些對電流放大

的器件就可以聽到更為響亮的聲音。4.按鍵電路普通的按鍵便可以實(shí)現(xiàn)對播放模式的控制,以及是否進(jìn)入藍(lán)牙模

式的選擇,采取5個按鍵在個數(shù)比較少的時候,方便程序編寫,使用

非編碼的形式單純檢查按鍵是否有被按下,從對按鍵的狀態(tài)和實(shí)#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)現(xiàn)目的的類型判斷,就能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的控制,5個按鍵功能中選曲的

按鍵有兩個,一個按鍵能夠?qū)崿F(xiàn)即時切換歌曲的功能,剩下的3個按

鍵分別為藍(lán)牙、播放和暫停按鍵。5.手機(jī)端應(yīng)用軟件APP為了進(jìn)一步提高控制的智能化程度,利用藍(lán)牙串口和手機(jī)藍(lán)牙的

匹配和連接,既可以在一個房間的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)對音樂盒的播放控

制,應(yīng)用程序借助藍(lán)牙串口實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信號,一旦單片

機(jī)接收到,并且響應(yīng)了該信息引發(fā)串口中斷進(jìn)入播放的控制過#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)程。需要準(zhǔn)備好具有藍(lán)牙功能的安卓手機(jī),并且安裝好軟件即

可。22.3電子音樂盒的硬件電路設(shè)計(jì)22.3.1LCD1602液晶電路LCD1602作為顯示歌曲信息部分,分上下行顯現(xiàn),通常有背光

和無背光之分,工作電壓處在3.3~5.5V之間,價格便宜、能耗#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)較低,程序編寫方便,其內(nèi)部CGROM帶有的庫字符可以滿足

平常的顯示需求,CGRAM的空間也可由用戶自行設(shè)計(jì)自定

義字符,其引腳連接方式如圖22-2所示。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-2LCD1602電路連接22.3.2蜂鳴器的選擇及放大電路#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用無源電磁式蜂鳴器。無源電磁式蜂鳴器的工作

原理如下:單片機(jī)產(chǎn)生的方波交流信號使得支架上纏繞的線

圈產(chǎn)生交變磁通,鉬片在交變磁通的影響下按照輸入的驅(qū)動

信號頻率振動而發(fā)出聲響。所以與蜂鳴器相連接的I/O口的

電平需要根據(jù)音調(diào)頻率來回反復(fù)取反。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-3音樂盒音樂播放驅(qū)動電路圖#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.3.3藍(lán)牙通信本音樂盒的設(shè)計(jì)采用藍(lán)牙模塊HC05,該藍(lán)牙模塊是主從一

體、性能高的藍(lán)牙串口通信作為手機(jī)應(yīng)用客戶端與單片機(jī)

的交互模塊。該模塊的工作方式有命令響應(yīng)和自動連接兩

種。正常工作電壓在3.3~5V之間,工作時電流大小則會因?yàn)?/p>

串口通信頻率水平而發(fā)生改變,模塊波特率范圍在4800~138

240之間,默認(rèn)設(shè)置為9600波特率。模塊擁有6個引腳,分別為

電源、地、TXD、RXD、KEY和LED指示燈,LED指示燈在#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)匹配成功后能按照一次閃爍2次(2s一次)頻率工作,未匹配之

前則會一直閃爍。在模塊上電#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-4單片機(jī)與藍(lán)牙串口的連接方式22.4系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.4.1軟件的總體設(shè)計(jì)思路單片機(jī)音樂盒的程序包含按鍵選擇控制、藍(lán)牙串口數(shù)據(jù)接

收中斷、音樂播放和LCD顯示。按鍵程序?qū)Π存I進(jìn)行掃描

確定哪個按鍵被按下,進(jìn)而控制播發(fā)、暫停、上下曲等,當(dāng)藍(lán)

牙按鍵被按下則串口初始化,等待串口中斷,串口中斷接收藍(lán)

牙串口傳過來的數(shù)據(jù),然后對播放進(jìn)行控制,當(dāng)播放按鈕被按

下,音樂就會播放,LCD1602同時顯示歌曲名稱和歌手等信

息。按鍵模塊設(shè)計(jì)采用編程式鍵盤掃描,播放和暫停都設(shè)計(jì)#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)一個標(biāo)志,作為檢測記號,考慮到歌曲切換無法及時做出反應(yīng),

設(shè)置一個分離的按鍵開關(guān),并通過在中斷服務(wù)代碼中檢測有

無被按下操作,在音樂播放程序中設(shè)置標(biāo)記檢測歌曲切換動

作。播放時間長度的計(jì)時,通過設(shè)定定時計(jì)數(shù)器1來計(jì)時,每

隔1s觸發(fā)定時器中斷,在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)對秒數(shù)加1更新

顯示操作,音樂播放程序通過行和列定位到音調(diào)的位置,并按

照樂曲的節(jié)拍進(jìn)行延時,播放和切換歌曲,顯示器也同步更新

顯示的信息,手機(jī)端按鍵可以觸發(fā)向串口傳送不同的數(shù)據(jù)信#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)息,在串口中斷程序取得緩存區(qū)SBUF的數(shù)據(jù)后,根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)

入選擇語句,每次接收完需要對串口接收標(biāo)志位置零。系統(tǒng)

主程序軟件設(shè)計(jì)流程如圖22-5所示。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-5系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.4.2音調(diào)頻率生成和節(jié)拍的計(jì)算音調(diào)不同是由于發(fā)聲的頻率不一樣,產(chǎn)生音階Do、Re、Mi…

…Si等7個音符發(fā)聲的頻率。首先最基礎(chǔ)的是要知道這些音

的頻率具體數(shù)值,而這些音調(diào)頻率存在著數(shù)學(xué)關(guān)系,一旦確定,

比如Do音的頻率,其他音也就確定了,音調(diào)頻率簡單地可以分

為高、中、低。蜂鳴器發(fā)聲通過單片機(jī)輸出的脈沖高低電

平頻率和保持時間,確定歌曲音階的頻率和節(jié)拍,一首歌曲就

能被播放出來。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-6蜂鳴器I/O口取反時間示意圖#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)表22-1單片機(jī)音譜頻率計(jì)數(shù)初值表#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)表22-2節(jié)拍編碼值22.4.3LCD1602四線驅(qū)動顯示一般情況下,單片機(jī)和LCD1602連接線路要11根,其中有3條

控制線和8條數(shù)據(jù)傳輸線,為了簡化連接,事先程序編寫時用

短暫等待代替LCD讀取忙碌的狀態(tài),所以R/W這根線可以一#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)直接地,只需要RS和使能端EN的控制,這樣單片機(jī)能夠處于

寫狀態(tài),基本可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示;這樣減少了占用過多的單

片機(jī)I/O口,在程序上的優(yōu)化,使得與單片機(jī)相連接的高4位就

能驅(qū)動LCD1602的顯示。另外,顯示初始化程序編寫,需要對

歌曲顯示前做好初始化設(shè)置,如光標(biāo)是否閃動和方向怎樣移

動、幾位線制的驅(qū)動方式,清除屏幕等。寫指令和數(shù)據(jù)子程

序,其中指令程序是和設(shè)置顯示相關(guān)的命令會調(diào)用,寫數(shù)據(jù)過

程一定要遵守操作時序,否則容易出現(xiàn)顯示的問題,4線驅(qū)動#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)LCD顯示的軟件流程圖如圖22-7所示。22.4.4手機(jī)端APP的開發(fā)APPinventor2是基于云端計(jì)算服務(wù)器的可在線編寫開發(fā)

Android應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺,拋棄過于復(fù)雜的程序編寫,代碼

按照邏輯方式拼接而成的程序框圖結(jié)構(gòu)形式組成,首先,要對

整個屏幕UI做好布局設(shè)計(jì),例如按鈕的布局、按鍵背景、消

息對話框、藍(lán)牙客戶端等。其次,設(shè)計(jì)的藍(lán)牙連接控制客戶#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)端軟件,需要的元件有BluetoothClient(藍(lán)牙客戶端)、Notifier

(通知框)、texttospeech(文本對話框)還有4個button(按鈕),用

來做播放、暫停、上下曲的控制,這些元件可以從用戶界面

的元件庫中獲取。當(dāng)手機(jī)端與HC05(從機(jī))相連接后,在界面

的connect中便可以顯示HC05藍(lán)牙串口的名稱,如果不止有一

個藍(lán)牙設(shè)備,從列表中就可以選擇想要的連接設(shè)備。此次用

到的元件見表22-3,整個界面UI的布局如圖22-8所示。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)表22-3藍(lán)牙控制APP控件按鈕#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-74線驅(qū)動寫數(shù)據(jù)/命令程序流程#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-8藍(lán)牙控制APPUI布局#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.4.5串口中斷程序串口在接收數(shù)據(jù)時波特率設(shè)置不宜過高,因?yàn)樘吡?會導(dǎo)致

誤碼率上升,考慮傳輸速度等因素決定選擇9600Bd設(shè)置較為

合理,并且設(shè)置SMOD=0(定義波特率不變),然后選擇串口中

斷方式1包含1位起始位和停止位,8位有效的數(shù)據(jù)信息共10位

的異步接收/發(fā)送。程序設(shè)計(jì)流程圖如圖22-9所示,波特率單

位為Bd。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-9串口中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)流程圖#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.5系統(tǒng)調(diào)試首先做藍(lán)牙串口對接收數(shù)據(jù)的調(diào)試,確保能夠正

確從藍(lán)牙串口接收到數(shù)據(jù)之后,調(diào)試藍(lán)牙模塊與

單片機(jī)通信電路,將應(yīng)用程序由APPinventor2編

寫導(dǎo)出,在安卓手機(jī)上安裝成功后,從列表搜索到

藍(lán)牙串口設(shè)備,連接匹配,系統(tǒng)正確運(yùn)行。圖22-1#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)0a為藍(lán)牙模式播放的第三首歌曲,圖22-10b為普

通按鍵模式下播放歌曲2。#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)圖22-10播放音樂#第22章基于APP技術(shù)的電子音樂盒的設(shè)計(jì)22.6系統(tǒng)總結(jié)本章使用單片機(jī)STC89C52RC設(shè)計(jì)智能音