安徽工程科技学院机电学院
引 言
对于我们电子信息工程专业而言，《单片机原理与应用》是一门实用性很强的课程!在该课程的学习过程中!让我们最感兴趣的就是自己动手设计单片机控制系统。但是，要将单片机的硬件知识与软件知识融会贯通，设计出实用的系统却是让我们颇感困难的环节。许多同学对此感到无从下手。其实，对于单片机应用系统的设计还是有章可循的。
单片机多用于实时工业控制、通信设备和智能仪表中。但在某些方面,如有些教学实验中,加进一些音乐,一定会趣味横生。
本文介绍了笔者利用AT89C52型单片机和LM386型音频功率放大器构成了自动音乐播放器。设计音乐的思想是,选一个输出位,如P1。0端让其按音乐的变化节奏产生音频脉冲。要产生音频脉冲,就要算出某一音频的周期(1/频率),将此周期除以2,即半周期的时间,然后利用单片机计时器计此半周期的时间。每当计时到后就将输出脉冲的P1。0位反相,然后重复计此半周期时间再对P1。0反相,如此就可以在口端得到此频率的脉冲。计数器工作在模式MODE1下,改变计数值TH0及TL0以产生不同的音频声响。
据网络调查公司Jupiter Media Metrix的统计数据显示：使用音乐播放器(不论是离线播放器还是网络播放器)的家庭用户从2000年1月的3320万猛增到2001年1月的4170万。在工作中使用音乐播放器的专业用户数量也较去年同期上升了34.9%，从2000年1月的1160万增加到2001年1月的1570万。以单片机为基础的本设计成本低，效果好，值得推广。而如车载音乐播放器、能够播放流式音乐的播放器更是我们要深入的领域。
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颜静：基于单片机的音乐播放器的设计
第1章 绪 论
本设计系统是基于单片机的音乐播放器的设计，具有一定的实际意义。因此在设计过程中，设计的系统应该考虑到播放器便捷性和稳定性，使设计的系统能够使人们的生活更加丰富多彩。
系统的设计是先是通过第2章，方案的论证，确定系统的元器件。第3章，硬件电路的设计，硬件的设计是通过元器件的功能和使用方法进行的。第4章，软件程序的设计，系统的软件设计是根据单片机对其它元器件的控制进行设计的。以实现系统的采集功能。
1.1 单片机的发展状况
21世纪，电子技术进入了突飞猛进的发展阶段。随着集成电子技术的迅速发展，特别是微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫无夸张的说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来一次新的技术命。目前，单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已进入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一，单片机的发展阶段可分为：
第一阶段（1971~1974年）：1971年11月美国Intel公司首先设计成集为
2000只晶体管的4位微处理器Intel 4004，并且配有随机存储器ROM和移位寄存器等芯片，构成第一台MCS-4微型计算机。1972年4月Intel公司又研发成了功能较强的8位微处理器Intel 8008，这些微处理器虽说不是单片机，但从此拉开了研发单片机的序幕。
第二阶段（1974~1978年）：初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU、并行I\\O串口、8位定时器\\计数器，寻址范围不大于4K，且无串行口。
第三阶段（1978~1983年）：高性能单片机阶段。这一阶段单片机普遍带有串口、多级中断处理系统、16位定时器\\计数器。片内ROM、RAM容量加大，寻址范围到了64K，有的还带有A\\D转换接口。比如Intel公司的MCS-51,Motorola公司的6801等。这类单片机的应用领域已经及其广泛，这类系列的各类产品是目前国内外产品的主流。其中MCS-51系列产品，由于其优良的性能价格比，特别适合我国的国情，MCS-51系列单片机有可能稳定相当一段时期。现在国内的MCS-51热正在继续升温，随着我国经济建设步伐的加大，MCS-51系列单片机必将在各个领域大显身手。 第四阶段（1983~）：8位单片机巩固发展到16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。
MCS-51系列属高档单片机，近年来，Intel公司在提高该系列产品性能方面做了不少工作，相继推出了不少新产品：
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（1）8052\\8752\\8032：将原来8051\\8751\\8031单片机进行了扩展，片内数据存储器增至256字节，程序存储器增至8K，定时器\\计数器增至3个16位计数器，有6个中断源。
（2）低功耗看的CHMOS工艺芯片80C51\\87C51\\80C31：这种芯片允许电源波动范围大，为5V±20%，并有三种功耗控制方式。
（3）具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC.该芯片在片内固化有MCS-BASIC52解释程序，软件开发比较方便。此外还能实现BCD码的浮点运算以及16进制数和十进制数的转换。
（4）高性能的C52系列：在8052的基础上，采用CHMOS工艺，并将MCS-96系列中的一些高速输出、脉宽调制、上\\下定时器\\计数器移植进来，构成新一代MCS-51产品80C252\\87C252\\83C252，他们是MCS-51系列中的新产品。
1.2 设计的内容
设计的课题是“基于单片机的音乐播放器设计”，它是以单片机AT89C52作为硬件核心控制部件，结合负脉冲电路和LM386功率放大器，数码管构成典型的显示电路，以及其他外围设备组成的音乐播放系统。
根据音乐演奏控制器所要实现的显示与选曲及音乐产生功能原理，系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。其中，S1开关用来选曲，通过显示器显示歌曲序号。S2按钮用作播放。所设计的单片机乐曲播放控制器不仅能够播放悦耳的歌曲，同时设置按钮使所设计的程序能在五首歌曲之间进行选曲，并通过显示器使其显示歌曲序号。 本文设计的音乐演奏控制器是通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音节的声音，再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍。同时设置按钮使所设计的程序能在五首歌曲之间进行选曲、设计显示器使其显示歌曲序号。
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颜静：基于单片机的音乐播放器的设计
第2章 方案比较
设计的课题是“基于单片机的音乐播放器设计”，播放器要求方便快捷地进行音乐的播放。
2.1 设计要求
具体的设计应该满足以下功能： 硬件方面：
（1） 可以通过按键进行曲目的选择；
（2） 可以通过按键进行曲目的播放和停止； （3） CPU可以控制声音的音节和长短；
（4） 音频数据信息记录需要大量非易失性数据存储器实时快速地记录数据。因此
需要具有掉电保护功能的大容量存储器； （5） 可以通过显示器知道曲目的序号； 软件方面：
（1） 系统中外扩的各器件的初始化工作均在主程序中完成，其次，要设计如何调
用显示子程序以及乐曲播放程序。
（2） 在实际的控制过程，常要求有实时时钟，以实现定时或延时控制，所以需要
此类中断服务程序。
（3） 由于按键为机械开关结构，机械触点的弹性及电压突跳等原因，往往在触点
闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下不能进行状态的输入。为此需要进行去抖动处理的中断服务程序。（当然这种问题也可以通过硬件方案解决。）
2.2 方案的提出
方案一：基于C8051F350 单片机和AT45DB642D 存储器的音频播放器 音频播放器系统结构如图2-1所示, 它主要由C8051F350 单片机、PC 机、
AT45DB642D 存储器、RS232 串行通信接口、显示电路、键盘电路以及信号放大电路等组成。系统中单片机是控制核心, 通过UART串口与PC 机通讯, SPI 串口对存储器进行读、写操作。写操作就是数据下载过程, 即写入存储器的音频文件经PC 机里的Lab Windows/CVI 软件处理, 通过RS232 串行通信接口传输到单片机, 由单片机通过SPI 串口写入存储器。[1]读操作就是音频信号播放过程, 即由键盘选择播放曲目, 单片机通过SPI 串口读取存储器中的音频代码, 以单片机的电流模式DAC 输出, 再经信号放大电路后音频输出。键盘用来调节信号频率、控制音量和选择曲目, 单片机通过扫描方式读取键盘接口命令, 并根据查表程序选择相应的控制命令, 执行相应的操作。液晶显示
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模块显示曲目序号和相应的播放时间。该系统突出特点是合理应用了Flash 存储器
AT45DB642D,可以根据需要由PC 机将音频文件转换为适合音频播放器播放的文本文件, 并下载到存储器。存储在AT45DB642D 中的音频信息由单片机读取后播放,用户可以根据爱好调节播放频率和音量。
图2-1 C51F350单片机播放器系统结构图
系统控制核心器件选用美国Cygnal 公司的C8051F350 单片机, C8051F350的CIP-8051 结构, 流水作业执行指令, 大大提高指令的运行速度AT45DB642D 存储器( Flash RAM) 具有宽电源电压、大容量、接口简单、读写速度快等特点。设计应用中, 由于AT45DB642D 同时有EPROM的掉电数据不丢失和E2PROM 的电可擦写功能, 又能像SRAM进行随机快高密度、高可靠性的存储器。液晶显示屏采用定制的段位式液晶, 采用HT1620 驱动器驱动, 单片机和液晶屏的接口只需3条数据线。
方案二：基于SPCE061A 16位单片机的音乐播放器
音乐播放器的硬件结构如图2-2所示,选用SPCE061A单片机作为嵌入式系统的微处
图2-2 SPCE061A 16位单片机音乐播放器硬件结构框
理器,SPCE061A是一款资源丰富、功能强大、集成度高的16位结构微控制器,数字信号处理功能是其特色.它功耗小,系统处于备用状态(睡眠状态)时的耗电仅为2μA/3.6 V;内置2K字SRAM和32K的FLASH;2个16位可编程定时器/计数器;2个10位DAC(数/模转换)输出通道;2个16位通用可编程输入/输出端口IOA和IOB;丰富的中断资源:定时器A/B中断、时基中断、2个外部中断以及触键唤醒中断;7通道10位电压模/数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器;具备串行设备接口(SIO);低电压复位功能和低电压检测功能;WatchDog功能等。[2]
该系统集成了存储器、高速数/模转换器和原驱鸟器芯片功率放大器、键盘4个功
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