基于单片机的数字式音乐盒设计

陆伟

摘要：本文介绍了一种数字式音乐盒。本设计是基于STC89C51单片机芯片电路，加上外部的播放设备，通过软件程序来控制单片机内部的定时器演奏出优美动听的音乐，该设计可以通过功能键来选择乐曲、播放或暂停，可以通过数码管显示正在播放的歌曲的序号，还可以根据选用的单片机CPU存储容量的大小，存储尽可能多的歌曲。本设计软硬件上具有独特的优点，成本低，电路制作简单。

关键词：单片机 音乐盒 动态显示 LM386

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0194-02

传统音乐盒一般是笨重的机械型的，发音单调的，制造工艺复杂，成本高，不能实现批量生产。本文设计的音乐盒是以单片机为核心元件的电子式音乐盒，体积小，重量轻，功能多，易于使用，并且能演奏和弦音乐，具有较高的商业价值。

1 系统概述

本系统包括：主控机模块、音乐机模块、按键模块、LM386功放模块。

2 模块设计

2.1 主控机模块

主控机模块为整个系统的核心模块。具有：显示控制、按键控制、向下位机传输控制信号三大功能， 如图1所示。

2.2 音乐机模块

音乐机的作用就是根据主控机传输的相应信号进行判断，相应的播放对应的歌曲。通过主控机的P2.5～P2.7传过来的数据给音乐机的P1.0～P1.2，实现两块单片机的通讯，最终通过音乐机的P0.0口传输出音乐信号，定义单片机的一个I/O端口为声音输出口，在规定的节拍内，根据音符有几个字节产生不同的延时，将声音输出口不断的置高电平和置低电平（即不断的取反），就可以得到该音调。选择适当的单元间隔时间延迟，音乐机就可以输出美妙的音乐。如图2所示。

2.3 显示模块

显示模块主要包括数码管，单片机等其他元件，如图3所示。该模块有播放开机动画和显示点歌的曲目两大功能。

采用数码管动态显示，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a ，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的输入输出线来控制，当单片机输出字形码时，所有数码管接收相同的字形代码，需要显示的数码管的选通控制被打开，显示字形；而不需要显示的数码管的选通控制没有被打开，数码管不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的公共端COM 端，使各个数码管轮流受控显示。各个LED管被依次点亮，循环进行显示，利用人体的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应，再加上扫描的速度足够快，不会有闪烁感，达到了多个数码管同时显示的效果。和静态显示相比，动态显示的效果相同，并且能够节省大量的I/O端口，降低功耗。

2.4 按键模块

按键是输入信号的主要工具，该模块主要由五个独立按键组成：复位键；上一曲键；按键3：启动；按键4：下一曲；按键5：停止。

因为按键较少，本设计选择了独立式键盘，其特点是每一个按键单独占有一根检测线与CPU相连。当某个按键被按下时，相对应的I/O接口变为低电平，没有被按下的按键，由于内部有上拉电阻，CPU对应的I/O接口的输入为高电平。通过判断I/O接口的状态，就可以知道哪个键被按下。

2.5 LM386功放模块

LM386是低电压小功率音频放大集成电路，采用8脚双列直插式塑封包装。外接元件极少，不需要用输入耦合电容；负反馈电路在内部，增益有26db 和46db两种可供选用；输入级采用仪表用放大器的形式，带有同相输入和反相输入两个引脚；静态功耗小，当电源电压为6伏时，静态功耗为24mw，特别适用于电池供电的场合，而数字式音乐盒的动力来源是电池，所以非常适合用作音乐盒的放大电路。功放电路如图4所示。

3 结语

基于单片机制作的电子式音乐盒，当键盘有键按下时，判断键值，启动计数器T0，产生一定频率的脉冲，驱动蜂鸣器，放出乐曲。可根据需要选歌，也可以根据需要设置所放歌曲的节奏，还可以根据选用的单片机CPU存储容量的大小，存储尽可能多的歌曲。控制功能强大，有较高的商业价值。

功率因数、交流频率等参数的测量，而且具有检测供电状态的功能。在基站动力环境监控中发挥着重要的作用。

3.2 电池组供电状态采集模块

电池组供电状态采集模块的应用，通过传感器和信号对供电电路进行调理，同时采用12位AD转换器转换对模块进行处理，为动力电参数采集模块提供供电状态参数，实现了电池组电压、电流、充电等参数的监测。电池组供电状态及电参数采集模块的组成图2所示。

3.3 开关状态参数采集模块

对于移动通信基站动力环境监控系统，我们需要严格检测开关量参数。这些开关量主要包括以下三种类型：交流、直流供电线路供电状态和环境监测传感器输出干接点开关状态。这几种类型的开关输入信号主要是通过采光电隔离器进行信号变换。

交流供电线路供电状态采用AC/DC输入模式。同时为了防止输入交流信号过零现象的发生，我们采用开关输入量滤波技术进行开关信号的采样。具体来说，就是在开关信号采样时，其周期应为2mS，采样次数为十次，且确保连续采样；当低电平次数超过6次时，被监测交流支路供电处于正常状态。直流供电线路供电状态采用DC/DC输入模式，当被监测支路供电处理正常状态时，为低电平的输出端。而环境监测传感器输出干接点开关状态同样采用DC/DC输入模式，端阳极通过输入限流电阻，并连接高电平。且将光电隔离器阴极与环境监测传感器继电器常开点接地进行连接。采用光电隔离器实现水浸、震动、烟雾等状态的监控目标。

3.4 通讯设备供电状态采集模块

动力电参数采集模块与电池组供电状态采集模块之间的通信和动环数据采集器与环境监测参数采集模块之间的通信都是通过RS-485方式来实现的；在串行通信中，串口波特率为9600bit/S。数据格式为：1起始位，8 数据位，1停止位，校验方式位，每一字节的校验方式位为无校验；且各个数据包的校验方式均采用CRC16方式。

3.5 人机接口设计

为了掌握好现场设备运行状态，管理人员在数据采集器上设置了LCD320240液晶显示屏和1个翻页按键、2个数据增减按键、1个设置选择按键等几个按键。管理人员可以通过显示屏设备观察到交流供电参数、直流供电参数，报警信息以及传感器的工作状态；同时还可以设置各种报警参数。

4 结语

综上所述，本文探讨了移动通信基站动力环境监控系统的构建，此监控系统主要采用功能模块化结构，实现了基站运行状态和环境的监测。同时，在监控系统各个功能模块连接时，我们采用串行通信方式，这种通信方式具有操作灵活、监控方便的特点，大大满足了移动通信基站运行状态和环境监测的需求。目前来说，该监控系统在我国通信行业基站监控中得到了广泛的应用，并取得良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]侯永涛.移动通信基站动力及环境监控管理系统建设的探讨[J].邮电设计技术，2007（2）：52-55.

[2]康健.电力通信电源及动力环境监控系统的解决方案[J].电力学报，2005（4）：4180420.