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电子音乐播放器的设计与实现

2014-6-14 23:17| 发布者: dzly| 查看: 579| 评论: 0|原作者: 刘瑞涛

摘要: 本文主要使用通用的8 位单片机和语音驱动电路来实现音乐播放器的设计与实现,从硬件电路设计和软件程序设计两方 面进行深入的阐述。该设计能够完成音乐歌曲的存储、音频解码和播放,还可通过数码管显示播放音乐的信息。
  0 引言
  现实生活中,有很多电子产品需要播放音乐以实现某些提醒功能,例如音乐门铃通过按键触发芯片里的音乐编码通过扬声器发出电子歌曲,微波炉计时结束时通过音乐提示人们加热完毕。利用单片机实现这种简单音乐的播放有很多优点,其外部电路相对简单,控制比较方便,可以存储多首歌曲并能通过下载程序进行更新,因此很受电子开发人员的青睐。本文主要介绍如何利用AT89S51 单片机和音频驱动电路来的设计来实现电子音乐播放器的实现。
  1 设计流程及思路
  本文的设计思路主要是包括以下三个方面:首先要认真分析音乐产生的基本原理;其次要结合单片机的内部结构找出发出不同频率的实现方法;最后完成硬件电路原理图设计和软件程序设计。
  1.1 音乐产生的原理音作为一种物理现象,是由于物体振动而产生的,人耳能听到的声音频率大约在11-20000Hz,而音乐使用的频率一般在27-4100Hz。声音频率在音乐中叫做音阶,一首音乐是许多不同的音阶组成的,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了。对于单片机来说,产生不同频率的可以使用内部的定时器,通过产生不同周期的脉冲来产生方波频率信号。在使用中需要注意的是,根据某一音阶的频率就可知道它的周期,必须将周期除以2,得到的半周期的时间才是我们用定时器定时的时间,这是由于脉冲是由各1/2 的高低电平组成。在本文中,单片机工作在12MHz 时钟频率下,对应的时钟周期为1us,使用内部定时器T0,采用工作方式一,改变TH0,TL0 的数值即可改变不同频率的脉冲信号,根据上面叙述的原理,得到下面求计数值的公式:T=65536-Fi÷2÷Fr
  其中,Fi:单片机内部脉冲周期,当为12MHz 晶振时此值为1MHz;Fr:产生音阶所需要的频率。
  通过上面的公式,得到C 调各音阶频率与计数值T的对照表如表1 所示。

  节拍是组成音乐的另外一个关键部分,在单片机系统中可以通过延时函数来实现。如果1/4 拍的延时设为0.2s,那么1 拍的时间就为0.8s,依次类推。节拍的延时时间值与音乐的曲调值有相对应的关系。表2 是各调节拍的时间设定。
  1.2 音频功放方案选择对于单片机来说,普通IO 口的驱动能力不能直接使得蜂鸣器或扬声器播放音乐,因此需要在单片机IO 口和发声器件之间连接功率放大电路。
  常用的功率放大电路有两种方案,一种是用三极管音频功放电路,一种是基于LM368 的音频功放电路。由于三极管音频放大电路所需要电子元器件多,电路硬件设计复杂,故放弃这种方案,选用LM368 音频放大电路,其优点是采用集成电路封装,外围元器件少,静态功耗低,电源电压范围宽,效率高,失真度低。
  2 硬件电路原理设计
  硬件电路图主要由AT89S51 单片机基本电路、LM386音频放大电路和扬声器3 部分组成。硬件原理图如图1 所示,主要包括单片机最小系统,采用上电复位和12MHz 晶振,P1.0 输出音频信号;发声部分由LM386 和扬声器组成。P1.0 输出的脉冲信号经过R1 和R2 组成的回路输入到LM386 的IN+脚,经LM386 整理的信号从VOUT 脚输出,然后进入R3 和C4 构成的串联补偿网络,使等效负载近似呈纯阻,放置自激或过压。
  3 软件程序设计
  软件程序设计是电子音乐盒的关键部分,音乐对各音符的音阶和节拍主要都是通过程序驱动单片机IO 口来实现的。软件程序中主要包括两部分:一是根据音阶的不同而对定时器的计数初值进行对应的设置;二是根据节拍的不同而编写不同定时时间的延时函数。在实际编写中,可以将这些信息统一存放到数据表中,通过查表的方式取得不同的音阶和节拍。主程序流程图如图2 所示。
  4 结束语
  本设计实现了电子音乐播放器预期目标和功能,在制作中利用单片机基本IO 口和LM386 音频放大电路,在确保功能的前提下实现了硬件电路的最小化。由于本设计使用了教学中常用的51 单片机,而且音乐的发声完全是由程序产生不同频率的方波实现的,使得系统的开发时间和设计难度大大减少,具有很强的成本优势。后期还可以将存储器件、显示器件等外围芯片加上,还能实现存储歌曲,显示歌曲信息等功能,具有很强的后续开发潜力。
  参考文献:
  [1]田媛.单片机音乐播放器功能多样性的设计与实现[J].湖南工业职业技术学院学报,2013(8):1-3. 
  [2]许红换.基于单片机AT89C52 的数字音乐盒设计[J].电源技术应用,2013(7):199. 
  [3]常书惠.基于单片机控制的音乐播放器[J].电子商务,2013(9):70-71.http://www.you01.com
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  127-128.
  

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