基于單片機的數(shù)字式音樂盒設(shè)計

陸偉

摘要：本文介紹了一種數(shù)字式音樂盒。本設(shè)計是基于STC89C51單片機芯片電路，加上外部的播放設(shè)備，通過軟件程序來控制單片機內(nèi)部的定時器演奏出優(yōu)美動聽的音樂，該設(shè)計可以通過功能鍵來選擇樂曲、播放或暫停，可以通過數(shù)碼管顯示正在播放的歌曲的序號，還可以根據(jù)選用的單片機CPU存儲容量的大小，存儲盡可能多的歌曲。本設(shè)計軟硬件上具有獨特的優(yōu)點，成本低，電路制作簡單。

關(guān)鍵詞：單片機 音樂盒 動態(tài)顯示 LM386

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0194-02

傳統(tǒng)音樂盒一般是笨重的機械型的，發(fā)音單調(diào)的，制造工藝復(fù)雜，成本高，不能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文設(shè)計的音樂盒是以單片機為核心元件的電子式音樂盒，體積小，重量輕，功能多，易于使用，并且能演奏和弦音樂，具有較高的商業(yè)價值。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)包括：主控機模塊、音樂機模塊、按鍵模塊、LM386功放模塊。

2 模塊設(shè)計

2.1 主控機模塊

主控機模塊為整個系統(tǒng)的核心模塊。具有：顯示控制、按鍵控制、向下位機傳輸控制信號三大功能， 如圖1所示。

2.2 音樂機模塊

音樂機的作用就是根據(jù)主控機傳輸?shù)南鄳?yīng)信號進行判斷，相應(yīng)的播放對應(yīng)的歌曲。通過主控機的P2.5～P2.7傳過來的數(shù)據(jù)給音樂機的P1.0～P1.2，實現(xiàn)兩塊單片機的通訊，最終通過音樂機的P0.0口傳輸出音樂信號，定義單片機的一個I/O端口為聲音輸出口，在規(guī)定的節(jié)拍內(nèi)，根據(jù)音符有幾個字節(jié)產(chǎn)生不同的延時，將聲音輸出口不斷的置高電平和置低電平（即不斷的取反），就可以得到該音調(diào)。選擇適當(dāng)?shù)膯卧g隔時間延遲，音樂機就可以輸出美妙的音樂。如圖2所示。

2.3 顯示模塊

顯示模塊主要包括數(shù)碼管，單片機等其他元件，如圖3所示。該模塊有播放開機動畫和顯示點歌的曲目兩大功能。

采用數(shù)碼管動態(tài)顯示，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a ，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的輸入輸出線來控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管接收相同的字形代碼，需要顯示的數(shù)碼管的選通控制被打開，顯示字形；而不需要顯示的數(shù)碼管的選通控制沒有被打開，數(shù)碼管不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的公共端COM 端，使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。各個LED管被依次點亮，循環(huán)進行顯示，利用人體的視覺暫留現(xiàn)象和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，再加上掃描的速度足夠快，不會有閃爍感，達到了多個數(shù)碼管同時顯示的效果。和靜態(tài)顯示相比，動態(tài)顯示的效果相同，并且能夠節(jié)省大量的I/O端口，降低功耗。

2.4 按鍵模塊

按鍵是輸入信號的主要工具，該模塊主要由五個獨立按鍵組成：復(fù)位鍵；上一曲鍵；按鍵3：啟動；按鍵4：下一曲；按鍵5：停止。

因為按鍵較少，本設(shè)計選擇了獨立式鍵盤，其特點是每一個按鍵單獨占有一根檢測線與CPU相連。當(dāng)某個按鍵被按下時，相對應(yīng)的I/O接口變?yōu)榈碗娖?，沒有被按下的按鍵，由于內(nèi)部有上拉電阻，CPU對應(yīng)的I/O接口的輸入為高電平。通過判斷I/O接口的狀態(tài)，就可以知道哪個鍵被按下。

2.5 LM386功放模塊

LM386是低電壓小功率音頻放大集成電路，采用8腳雙列直插式塑封包裝。外接元件極少，不需要用輸入耦合電容；負反饋電路在內(nèi)部，增益有26db 和46db兩種可供選用；輸入級采用儀表用放大器的形式，帶有同相輸入和反相輸入兩個引腳；靜態(tài)功耗小，當(dāng)電源電壓為6伏時，靜態(tài)功耗為24mw，特別適用于電池供電的場合，而數(shù)字式音樂盒的動力來源是電池，所以非常適合用作音樂盒的放大電路。功放電路如圖4所示。

3 結(jié)語

基于單片機制作的電子式音樂盒，當(dāng)鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計數(shù)器T0，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，驅(qū)動蜂鳴器，放出樂曲?？筛鶕?jù)需要選歌，也可以根據(jù)需要設(shè)置所放歌曲的節(jié)奏，還可以根據(jù)選用的單片機CPU存儲容量的大小，存儲盡可能多的歌曲?？刂乒δ軓姶螅休^高的商業(yè)價值。

功率因數(shù)、交流頻率等參數(shù)的測量，而且具有檢測供電狀態(tài)的功能。在基站動力環(huán)境監(jiān)控中發(fā)揮著重要的作用。

3.2 電池組供電狀態(tài)采集模塊

電池組供電狀態(tài)采集模塊的應(yīng)用，通過傳感器和信號對供電電路進行調(diào)理，同時采用12位AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換對模塊進行處理，為動力電參數(shù)采集模塊提供供電狀態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)了電池組電壓、電流、充電等參數(shù)的監(jiān)測。電池組供電狀態(tài)及電參數(shù)采集模塊的組成圖2所示。

3.3 開關(guān)狀態(tài)參數(shù)采集模塊

對于移動通信基站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，我們需要嚴格檢測開關(guān)量參數(shù)。這些開關(guān)量主要包括以下三種類型：交流、直流供電線路供電狀態(tài)和環(huán)境監(jiān)測傳感器輸出干接點開關(guān)狀態(tài)。這幾種類型的開關(guān)輸入信號主要是通過采光電隔離器進行信號變換。

交流供電線路供電狀態(tài)采用AC/DC輸入模式。同時為了防止輸入交流信號過零現(xiàn)象的發(fā)生，我們采用開關(guān)輸入量濾波技術(shù)進行開關(guān)信號的采樣。具體來說，就是在開關(guān)信號采樣時，其周期應(yīng)為2mS，采樣次數(shù)為十次，且確保連續(xù)采樣；當(dāng)?shù)碗娖酱螖?shù)超過6次時，被監(jiān)測交流支路供電處于正常狀態(tài)。直流供電線路供電狀態(tài)采用DC/DC輸入模式，當(dāng)被監(jiān)測支路供電處理正常狀態(tài)時，為低電平的輸出端。而環(huán)境監(jiān)測傳感器輸出干接點開關(guān)狀態(tài)同樣采用DC/DC輸入模式，端陽極通過輸入限流電阻，并連接高電平。且將光電隔離器陰極與環(huán)境監(jiān)測傳感器繼電器常開點接地進行連接。采用光電隔離器實現(xiàn)水浸、震動、煙霧等狀態(tài)的監(jiān)控目標。

3.4 通訊設(shè)備供電狀態(tài)采集模塊

動力電參數(shù)采集模塊與電池組供電狀態(tài)采集模塊之間的通信和動環(huán)數(shù)據(jù)采集器與環(huán)境監(jiān)測參數(shù)采集模塊之間的通信都是通過RS-485方式來實現(xiàn)的；在串行通信中，串口波特率為9600bit/S。數(shù)據(jù)格式為：1起始位，8 數(shù)據(jù)位，1停止位，校驗方式位，每一字節(jié)的校驗方式位為無校驗；且各個數(shù)據(jù)包的校驗方式均采用CRC16方式。

3.5 人機接口設(shè)計

為了掌握好現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)，管理人員在數(shù)據(jù)采集器上設(shè)置了LCD320240液晶顯示屏和1個翻頁按鍵、2個數(shù)據(jù)增減按鍵、1個設(shè)置選擇按鍵等幾個按鍵。管理人員可以通過顯示屏設(shè)備觀察到交流供電參數(shù)、直流供電參數(shù)，報警信息以及傳感器的工作狀態(tài)；同時還可以設(shè)置各種報警參數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，本文探討了移動通信基站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，此監(jiān)控系統(tǒng)主要采用功能模塊化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了基站運行狀態(tài)和環(huán)境的監(jiān)測。同時，在監(jiān)控系統(tǒng)各個功能模塊連接時，我們采用串行通信方式，這種通信方式具有操作靈活、監(jiān)控方便的特點，大大滿足了移動通信基站運行狀態(tài)和環(huán)境監(jiān)測的需求。目前來說，該監(jiān)控系統(tǒng)在我國通信行業(yè)基站監(jiān)控中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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