基于单片机的音乐播放器硬件设计

朱建武

摘要：介绍了一种基于89C58RD单片机的音乐播放器硬件设计方案，可在数码管上显示时间，通过外置喇叭自动播放音乐。

关键词：单片机  存储芯片  液晶屏   音频功率放大器

1.设计要求

在基于单片机的音乐播放器系统设计中，采用89C58RD+型单片机为硬件基础，通过C语言程序对芯片进行编程。单片机需外接+5V稳压电源，并通过MAX232电平转换芯片和串口接入PC機。单片机工作时，用软件对定时器初值进行设定，从而得到所需要的声音频率;通过四位共阴LED数码管，可显示时间，并可进行定时设置;通过LM386N1芯片，将单片机输出的信号放大，接入喇叭即可发声。

2.分析

（1）对时间进行定时，当定时时间到后，通过喇叭能连续播放一段音乐。要求播放出的音乐的音阶准确，不能有太大偏差，否则会造成音乐声音刺耳难听;音乐播放必须连贯，即音乐必须有节奏感;喇叭放出的音乐声音响亮，不能太小，否则不能达到乐曲的提示作用。

（2）在四位共阴LED数码管上显示出时间（24小时制），包括小时、分钟，当定时1秒后，秒数加1;当定时满60秒后，秒数归零，分钟数加1;当定时满60分钟后，分钟数归零，小时数加1;当定时满24小时后，小时数归零。

本设计的软件部分包含了两个重要组成部分：音乐编程和时间程序。

设计的软件流程：程序开始运行时先对单片机进行初始化，其中包括定时器及其工作方式的选择、外部中断设定、定时器初值的设定。利用单片机，通过软件的方式产生所需要的音乐频率，并将收到的信号与音频编码表进行对比。若信号在编码表中，则将该频率的定时器初值写入定时器中，并读取频率的音阶，再从单片机的P1.0口输出，经过音频放大器驱动喇叭发出声音，利用驱动喇叭演示程序即可控制音乐的节拍。若信号不在编码表中，则返到初始化。

3. 硬件部分功能简介

设计的硬件流程如下，首先，PC机通过串口及MAX232芯片将程序下载到单片机中，其中包括把一个个的单音写入单片机的ROM存储器中，程序运行时再将音乐数据按顺序读出，利用单片机的定时器中断控制音乐节拍的长度，这样就能形成一段乐曲。在单片机P1.0口接入音频放大电路，将单片机输出的信号放大，再通过喇叭播放音乐。单片机P2口接4位共阴LED数码管，并外接1K欧的排阻，利用单片机内部的定时器中断控制时间程序，然后在数码管上显示出时间。

3.1 硬件电路图

通过串口与电脑相连相互传送数据。单片机通过P0口控制液晶显示，通过PI口控制24C1024芯片存储数据，通过串口将菜谱数据写入到24C1024芯片中去，同时调用24C1024芯片数据显示到液晶屏中。按键部分图略。按键选择菜名，客人最后确认后通过串口回传到PC中。

4. 仿真与调试过程

4.1时间显示程序仿真

对于时间显示程序，采用了Preteus软件来仿真。首先进入Preteu界面，设计一个简单的仿真电路，及一个单片机的基本外围电路，在P0.0-P0.7接一个4位共阴数码管和排阻，如图6-1。最后，把程序调入单片机中，开始运行。

（1）调试过程中所遇到的问题：运行程序时LED4位共阴数码管显示程乱码。

原因分析：数码管初始设置有错。

解决方案：重新设置数码管显示参数，正确的设置为{0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f}。

（2）数码管显示的时间与真正的时间进度不一致。

原因分析：定时器初值设置有误。本次设计的晶振为6MHZ，而程序中的初值却设置成了12MHZ晶振所采用的值5000，导致显示的时间比真正的时间要慢。

解决方案：将定时器初值改为12MHZ晶振初值的一半，及2500即可。

4.2音乐播放程序调试过程

关于音乐播放程序的调试，首先采用Preteus软件来仿真，但是该仿真软件中没有喇叭或蜂鸣器等声音播放工具。于是将3.1中的单片机的P1.0处接了一个示波器，想通过这样来仿真并调试音乐播放程序，但是效果不是很理想。程序运行的时候，能看见示波器有不同频率的波形交替出现，但是频率变换得很快，无法确认是否显示的是所需要的频率，并且无法辨别音频变换的节奏是否正确。此方法并不适用。

接下来制作了一个简单的单片机播放器电路。即在实验板上焊接实验电路，电路由单片机89C58RD+、MAX232的外围电路组成，并在单片机的P1.0处用三极管连接一个简单的音频放大器，再外接一个喇叭。将程序写入单片机中，这样就能听出声音和音乐节奏是否正确。

5.总结

用单片机技术设计、制造的播放器控制系统，具有集成度高、功能强、体积小、速度快、存储量大、指令丰富，抗干扰性强，性能价格比高，通用性好，推广范围大，工作可靠，指示准确，易于匹配，使用寿命长，标准化系数高等一系列优势和特点。最后可在数码管上显示时间，当定时时间到后，喇叭自动播放一段连续的音乐。此设计摆脱了传统闹钟的刺耳声音，取而代之的是美妙的音乐，能为人们的日常生活提供准确的计时，且成本低廉，值得推广。