基于單片機的音樂播放器硬件設計

朱建武

摘要：介紹了一種基于89C58RD單片機的音樂播放器硬件設計方案，可在數碼管上顯示時間，通過外置喇叭自動播放音樂。

關鍵詞：單片機? 存儲芯片? 液晶屏?? 音頻功率放大器

1.設計要求

在基于單片機的音樂播放器系統設計中，采用89C58RD+型單片機為硬件基礎，通過C語言程序對芯片進行編程。單片機需外接+5V穩壓電源，并通過MAX232電平轉換芯片和串口接入PC機。單片機工作時，用軟件對定時器初值進行設定，從而得到所需要的聲音頻率;通過四位共陰LED數碼管，可顯示時間，并可進行定時設置;通過LM386N1芯片，將單片機輸出的信號放大，接入喇叭即可發聲。

2.分析

（1）對時間進行定時，當定時時間到后，通過喇叭能連續播放一段音樂。要求播放出的音樂的音階準確，不能有太大偏差，否則會造成音樂聲音刺耳難聽;音樂播放必須連貫，即音樂必須有節奏感;喇叭放出的音樂聲音響亮，不能太小，否則不能達到樂曲的提示作用。

（2）在四位共陰LED數碼管上顯示出時間（24小時制），包括小時、分鐘，當定時1秒后，秒數加1;當定時滿60秒后，秒數歸零，分鐘數加1;當定時滿60分鐘后，分鐘數歸零，小時數加1;當定時滿24小時后，小時數歸零。

本設計的軟件部分包含了兩個重要組成部分：音樂編程和時間程序。

設計的軟件流程：程序開始運行時先對單片機進行初始化，其中包括定時器及其工作方式的選擇、外部中斷設定、定時器初值的設定。利用單片機，通過軟件的方式產生所需要的音樂頻率，并將收到的信號與音頻編碼表進行對比。若信號在編碼表中，則將該頻率的定時器初值寫入定時器中，并讀取頻率的音階，再從單片機的P1.0口輸出，經過音頻放大器驅動喇叭發出聲音，利用驅動喇叭演示程序即可控制音樂的節拍。若信號不在編碼表中，則返到初始化。

3. 硬件部分功能簡介

設計的硬件流程如下，首先，PC機通過串口及MAX232芯片將程序下載到單片機中，其中包括把一個個的單音寫入單片機的ROM存儲器中，程序運行時再將音樂數據按順序讀出，利用單片機的定時器中斷控制音樂節拍的長度，這樣就能形成一段樂曲。在單片機P1.0口接入音頻放大電路，將單片機輸出的信號放大，再通過喇叭播放音樂。單片機P2口接4位共陰LED數碼管，并外接1K歐的排阻，利用單片機內部的定時器中斷控制時間程序，然后在數碼管上顯示出時間。

3.1 硬件電路圖

通過串口與電腦相連相互傳送數據。單片機通過P0口控制液晶顯示，通過PI口控制24C1024芯片存儲數據，通過串口將菜譜數據寫入到24C1024芯片中去，同時調用24C1024芯片數據顯示到液晶屏中。按鍵部分圖略。按鍵選擇菜名，客人最后確認后通過串口回傳到PC中。

4. 仿真與調試過程

4.1時間顯示程序仿真

對于時間顯示程序，采用了Preteus軟件來仿真。首先進入Preteu界面，設計一個簡單的仿真電路，及一個單片機的基本外圍電路，在P0.0-P0.7接一個4位共陰數碼管和排阻，如圖6-1。最后，把程序調入單片機中，開始運行。

（1）調試過程中所遇到的問題：運行程序時LED4位共陰數碼管顯示程亂碼。

原因分析：數碼管初始設置有錯。

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

（2）數碼管顯示的時間與真正的時間進度不一致。

原因分析：定時器初值設置有誤。本次設計的晶振為6MHZ，而程序中的初值卻設置成了12MHZ晶振所采用的值5000，導致顯示的時間比真正的時間要慢。

解決方案：將定時器初值改為12MHZ晶振初值的一半，及2500即可。

4.2音樂播放程序調試過程

關于音樂播放程序的調試，首先采用Preteus軟件來仿真，但是該仿真軟件中沒有喇叭或蜂鳴器等聲音播放工具。于是將3.1中的單片機的P1.0處接了一個示波器，想通過這樣來仿真并調試音樂播放程序，但是效果不是很理想。程序運行的時候，能看見示波器有不同頻率的波形交替出現，但是頻率變換得很快，無法確認是否顯示的是所需要的頻率，并且無法辨別音頻變換的節奏是否正確。此方法并不適用。

接下來制作了一個簡單的單片機播放器電路。即在實驗板上焊接實驗電路，電路由單片機89C58RD+、MAX232的外圍電路組成，并在單片機的P1.0處用三極管連接一個簡單的音頻放大器，再外接一個喇叭。將程序寫入單片機中，這樣就能聽出聲音和音樂節奏是否正確。

5.總結

用單片機技術設計、制造的播放器控制系統，具有集成度高、功能強、體積小、速度快、存儲量大、指令豐富，抗干擾性強，性能價格比高，通用性好，推廣范圍大，工作可靠，指示準確，易于匹配，使用壽命長，標準化系數高等一系列優勢和特點。最后可在數碼管上顯示時間，當定時時間到后，喇叭自動播放一段連續的音樂。此設計擺脫了傳統鬧鐘的刺耳聲音，取而代之的是美妙的音樂，能為人們的日常生活提供準確的計時，且成本低廉，值得推廣。