基于单片机的音乐盒设计

崔海霞

【摘 要】本设计采用单片机控制喇叭实现一个小型音乐盒。采用扬声器发声来实现歌曲的播放，流畅播放出歌曲并可以通过按键进行上下曲切换和开始/暂停，使用LCD1602显示播放的歌曲序号和名称。同时进行歌曲播放计时。

【关键词】单片机；音乐盒

一、研究内容

（一）音乐发音原理

播放一段音乐需要的是两个元素，一个是音调，另一个是音符。音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。另外，音符的频率有所不同。音符的发音主要靠不同的音频脉冲。利用单片机的内部定时器/计数器0，使其工作在模式1，定时中断，然后控制P1.0引脚的输出音乐。

（二）研究的主要内容

利用STC89C51单片机，结合LCD显示模块、喇叭、放大电路，完成音乐盒的播放；具体设计实现的功能如下：通过按键控制多首音乐播放，并可通过按键选择一个开始，一个暂停，一个翻上首，一个翻下首；通过显示电路显示播放歌曲名和编号；通过DS18B20实时采集环境温度并显示。能够对歌曲播放时长进行计时，并显示。

二、系统硬件方案选择

采用STC89C51单片机作为主控芯片。STC89C51是宏晶科技公司生产的一款低功耗、高性能的八位CMOS微处理器，片内具有8k在线编程Flash存储器。STC89C51单片机的内核采用的是MCS-51内核，指令完全兼容MCS-51，但是该单片机越做了升级使得芯片具有很多传统的51单片机不具备的功能，例如该芯片还有4K的EEPROM存储，在需要使用到掉电存储数据的时候就可以直接使用单片机内部的存储，不在需要在外接存储芯片进行存储。STC89C51单片机具有的开发简单、可在线编程下载、成本低是非常不错的选择。

三、系统总体方案

本设计的具体的系统方案如下图1所示。

选取STC89C51作为本设计的主控芯片，采用DS18B20采集温度，通过LCD1602显示歌曲名称和序号和温度值，并可以通过按键实现歌曲的开始/暂停播放，上下曲的切换等功能。

四、系统硬件电路设计

（一）STC89C51单片机的最小系统

本设计中采用的12M的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在20～40pF之间选择（本设计使用30pF）；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在30～50pF之间。通常选取30pF的陶瓷电容就可以了。

完整的STC89C51单片机最小系统电路图如图2所示。

图2 STC89C51单片机最小系统

（二）DS18B20温度传感器的介绍

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20温度传感器引脚图如图3所示。

（三）扬声器部分

扬声器采用的是直径4CM，8欧，0.5W的小喇叭，播放声音准确清楚。通过一端接地，一端接PNP三极管的集电极，三极管的基级接一个可调电阻，进行调节扬声器发出的声音。

（四）独立按键电路的设计

本设计中设置有按键电路，通过几个独立按键进行人机交互。按键通过一点连接单片机的I/O口一端连接电源地。这样设计是因为单片机的I/O在悬空没有作为输出的情况下是默认高电平的，在按键没有按下则相当于该I/O处于悬空状态。当按下后I/O口的电平就会被拉低，这样单片机只需要进行循环的检测I/O口是否有出现低电平就可以判断是否有按键按下，当然这种按键是金属解除的方式所以会有抖动纹波的情况，所以在程序中需要适当的加上短暂的延时消抖。

（五）系统硬件测试

系统硬件电路的测试主要是检测电路是否出现漏焊、短路、断路、虚焊、一些具有方向的元件是否方向弄错、电路设计错误等情况。

对于漏焊、元件方向弄错的檢测方法是将实物电路板对照着PCB图的线路，检查每一个元件和导线在实物上是否有出现。如果发现没有或者对不上的情况下需及时的重新对照确定漏焊时及时的补焊。

对于短路、断路、虚焊这些情况采用数字万用表。将数字万用表打到二极管档位，然后通过红表笔和黑表笔碰一起，万用表会发出鸣叫警示。根据这个原理就可以用来检测短路、断路、虚焊。在需要检测的元件或导线的两端用两根表笔检测，如果导通蜂鸣器会鸣叫，如果断开蜂鸣器不叫。这样根据我们所需要检测的情况，在结合检测的现象就可以测出线路是否有问题。

五、结论

通过硬件的选择和软件的设计，实现了单片机控制喇叭实现一个小型音乐盒。可以实现歌曲的播放、歌曲播放计时、按键进行上下曲切换和开始/暂停并且使用LCD1602显示播放的歌曲序号和名称。

【参考文献】

[1]王法能，单片机原理及应用，科学出版社.2004.

[2]楼然苗，李光飞，51系列单片机设计实例[M]，北京：北京航空航天大学出版社.2003.

[3]刘勇 编 数字电路，电子工业出版社，2004.