基于單片機(jī)的音樂(lè)播放器硬件設(shè)計(jì)

朱建武

摘要：介紹了一種基于89C58RD單片機(jī)的音樂(lè)播放器硬件設(shè)計(jì)方案，可在數(shù)碼管上顯示時(shí)間，通過(guò)外置喇叭自動(dòng)播放音樂(lè)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)? 存儲(chǔ)芯片? 液晶屏?? 音頻功率放大器

1.設(shè)計(jì)要求

在基于單片機(jī)的音樂(lè)播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用89C58RD+型單片機(jī)為硬件基礎(chǔ)，通過(guò)C語(yǔ)言程序?qū)π酒M(jìn)行編程。單片機(jī)需外接+5V穩(wěn)壓電源，并通過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片和串口接入PC機(jī)。單片機(jī)工作時(shí)，用軟件對(duì)定時(shí)器初值進(jìn)行設(shè)定，從而得到所需要的聲音頻率;通過(guò)四位共陰LED數(shù)碼管，可顯示時(shí)間，并可進(jìn)行定時(shí)設(shè)置;通過(guò)LM386N1芯片，將單片機(jī)輸出的信號(hào)放大，接入喇叭即可發(fā)聲。

2.分析

（1）對(duì)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，通過(guò)喇叭能連續(xù)播放一段音樂(lè)。要求播放出的音樂(lè)的音階準(zhǔn)確，不能有太大偏差，否則會(huì)造成音樂(lè)聲音刺耳難聽(tīng);音樂(lè)播放必須連貫，即音樂(lè)必須有節(jié)奏感;喇叭放出的音樂(lè)聲音響亮，不能太小，否則不能達(dá)到樂(lè)曲的提示作用。

（2）在四位共陰LED數(shù)碼管上顯示出時(shí)間（24小時(shí)制），包括小時(shí)、分鐘，當(dāng)定時(shí)1秒后，秒數(shù)加1;當(dāng)定時(shí)滿(mǎn)60秒后，秒數(shù)歸零，分鐘數(shù)加1;當(dāng)定時(shí)滿(mǎn)60分鐘后，分鐘數(shù)歸零，小時(shí)數(shù)加1;當(dāng)定時(shí)滿(mǎn)24小時(shí)后，小時(shí)數(shù)歸零。

本設(shè)計(jì)的軟件部分包含了兩個(gè)重要組成部分：音樂(lè)編程和時(shí)間程序。

設(shè)計(jì)的軟件流程：程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中包括定時(shí)器及其工作方式的選擇、外部中斷設(shè)定、定時(shí)器初值的設(shè)定。利用單片機(jī)，通過(guò)軟件的方式產(chǎn)生所需要的音樂(lè)頻率，并將收到的信號(hào)與音頻編碼表進(jìn)行對(duì)比。若信號(hào)在編碼表中，則將該頻率的定時(shí)器初值寫(xiě)入定時(shí)器中，并讀取頻率的音階，再?gòu)膯纹瑱C(jī)的P1.0口輸出，經(jīng)過(guò)音頻放大器驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出聲音，利用驅(qū)動(dòng)喇叭演示程序即可控制音樂(lè)的節(jié)拍。若信號(hào)不在編碼表中，則返到初始化。

3. 硬件部分功能簡(jiǎn)介

設(shè)計(jì)的硬件流程如下，首先，PC機(jī)通過(guò)串口及MAX232芯片將程序下載到單片機(jī)中，其中包括把一個(gè)個(gè)的單音寫(xiě)入單片機(jī)的ROM存儲(chǔ)器中，程序運(yùn)行時(shí)再將音樂(lè)數(shù)據(jù)按順序讀出，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷控制音樂(lè)節(jié)拍的長(zhǎng)度，這樣就能形成一段樂(lè)曲。在單片機(jī)P1.0口接入音頻放大電路，將單片機(jī)輸出的信號(hào)放大，再通過(guò)喇叭播放音樂(lè)。單片機(jī)P2口接4位共陰LED數(shù)碼管，并外接1K歐的排阻，利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器中斷控制時(shí)間程序，然后在數(shù)碼管上顯示出時(shí)間。

3.1 硬件電路圖

通過(guò)串口與電腦相連相互傳送數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過(guò)P0口控制液晶顯示，通過(guò)PI口控制24C1024芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)串口將菜譜數(shù)據(jù)寫(xiě)入到24C1024芯片中去，同時(shí)調(diào)用24C1024芯片數(shù)據(jù)顯示到液晶屏中。按鍵部分圖略。按鍵選擇菜名，客人最后確認(rèn)后通過(guò)串口回傳到PC中。

4. 仿真與調(diào)試過(guò)程

4.1時(shí)間顯示程序仿真

對(duì)于時(shí)間顯示程序，采用了Preteus軟件來(lái)仿真。首先進(jìn)入Preteu界面，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真電路，及一個(gè)單片機(jī)的基本外圍電路，在P0.0-P0.7接一個(gè)4位共陰數(shù)碼管和排阻，如圖6-1。最后，把程序調(diào)入單片機(jī)中，開(kāi)始運(yùn)行。

（1）調(diào)試過(guò)程中所遇到的問(wèn)題：運(yùn)行程序時(shí)LED4位共陰數(shù)碼管顯示程亂碼。

原因分析：數(shù)碼管初始設(shè)置有錯(cuò)。

解決方案：重新設(shè)置數(shù)碼管顯示參數(shù)，正確的設(shè)置為{0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f}。

（2）數(shù)碼管顯示的時(shí)間與真正的時(shí)間進(jìn)度不一致。

原因分析：定時(shí)器初值設(shè)置有誤。本次設(shè)計(jì)的晶振為6MHZ，而程序中的初值卻設(shè)置成了12MHZ晶振所采用的值5000，導(dǎo)致顯示的時(shí)間比真正的時(shí)間要慢。

解決方案：將定時(shí)器初值改為12MHZ晶振初值的一半，及2500即可。

4.2音樂(lè)播放程序調(diào)試過(guò)程

關(guān)于音樂(lè)播放程序的調(diào)試，首先采用Preteus軟件來(lái)仿真，但是該仿真軟件中沒(méi)有喇叭或蜂鳴器等聲音播放工具。于是將3.1中的單片機(jī)的P1.0處接了一個(gè)示波器，想通過(guò)這樣來(lái)仿真并調(diào)試音樂(lè)播放程序，但是效果不是很理想。程序運(yùn)行的時(shí)候，能看見(jiàn)示波器有不同頻率的波形交替出現(xiàn)，但是頻率變換得很快，無(wú)法確認(rèn)是否顯示的是所需要的頻率，并且無(wú)法辨別音頻變換的節(jié)奏是否正確。此方法并不適用。

接下來(lái)制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)播放器電路。即在實(shí)驗(yàn)板上焊接實(shí)驗(yàn)電路，電路由單片機(jī)89C58RD+、MAX232的外圍電路組成，并在單片機(jī)的P1.0處用三極管連接一個(gè)簡(jiǎn)單的音頻放大器，再外接一個(gè)喇叭。將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，這樣就能聽(tīng)出聲音和音樂(lè)節(jié)奏是否正確。

5.總結(jié)

用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的播放器控制系統(tǒng)，具有集成度高、功能強(qiáng)、體積小、速度快、存儲(chǔ)量大、指令豐富，抗干擾性強(qiáng)，性能價(jià)格比高，通用性好，推廣范圍大，工作可靠，指示準(zhǔn)確，易于匹配，使用壽命長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高等一系列優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。最后可在數(shù)碼管上顯示時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，喇叭自動(dòng)播放一段連續(xù)的音樂(lè)。此設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)鬧鐘的刺耳聲音，取而代之的是美妙的音樂(lè)，能為人們的日常生活提供準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)，且成本低廉，值得推廣。