基于ATmega128單片機(jī)的燈光音樂(lè)控制器的設(shè)計(jì)

向清華 南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院

當(dāng)今，在人們的娛樂(lè)休閑生活中，音樂(lè)是必不可少的一部分。而現(xiàn)在應(yīng)用最多的音樂(lè)播放軟件由于手機(jī)、電腦等硬件設(shè)備的功能限制，不能將樂(lè)曲與視覺(jué)感受很好的結(jié)合。本文從這一點(diǎn)出發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于ATmega128單片機(jī)的燈光音樂(lè)控制器，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)音樂(lè)播放軟件的基本功能，同時(shí)融合了對(duì)燈光的控制，以求達(dá)到更好的娛樂(lè)作用。

1 總體電路設(shè)計(jì)

本課題實(shí)現(xiàn)的具體功能有：

1.由蜂鳴器播放出存放在單片機(jī)中的樂(lè)曲，可由CHANGE按鍵切換曲目，并將正在播放的曲目編號(hào)在液晶顯示屏上顯示；

2.由按鍵JIEZOU_F、JIEZOU_N、JIEZOU_S分別選擇播放歌曲的節(jié)奏為快、正常、慢，并將當(dāng)前播放的節(jié)拍值在液晶顯示屏上顯示出來(lái)，同時(shí)在一個(gè)點(diǎn)陣屏上根據(jù)節(jié)奏逐列點(diǎn)亮顯示；

3.當(dāng)曲目號(hào)、節(jié)奏選定后便可點(diǎn)擊START按鍵播放所選的曲子，在液晶顯示屏上顯示“PLAY”狀態(tài)；

4.在樂(lè)曲的播放過(guò)程中，可以點(diǎn)擊PAUSE按鍵將正在播放的樂(lè)曲暫停，在液晶顯示屏上顯示“PAUSE”狀態(tài)，若再次點(diǎn)擊PAUSE按鍵，則可以從暫停的地方開(kāi)始繼續(xù)向后播放，在液晶顯示屏上顯示切換回“PLAY”狀態(tài)；

5.在樂(lè)曲的播放過(guò)程中，可以點(diǎn)擊SILENCE按鍵將蜂鳴器置為靜音狀態(tài)，再次點(diǎn)擊SILENCE按鍵即可切換回正常狀態(tài)；

6.PINPU按鍵用來(lái)控制一個(gè)點(diǎn)陣屏顯示當(dāng)前播放的音階，用點(diǎn)陣屏的一列從下至上依次代表 1（Do）、2（Re）、3（Mi）、4（Fa）、5（Sol）、6（La）這6個(gè)音階；

7.在播放樂(lè)曲時(shí)液晶顯示屏上也同步顯示數(shù)字1、2、3、4、5、6分別對(duì)應(yīng)6個(gè)音階；

8.在樂(lè)曲播放時(shí)若點(diǎn)擊STOP按鍵，可提前結(jié)束播放，在液晶顯示屏上由“PLAY”狀態(tài)變?yōu)椤癝TOP”狀態(tài)；若不點(diǎn)擊STOP按鍵，當(dāng)一首曲子播放結(jié)束時(shí)，自動(dòng)退出“PLAY”狀態(tài)，顯示“STOP”。

電路組成方框圖如圖1所示，電路原理圖如圖2所示。

圖1 ：電路組成方框圖

圖2 ：電路原理圖

2 單元電路設(shè)計(jì)與分析

2.1 復(fù)位、晶振模塊

復(fù)位電路接至ATMEGA128單片機(jī)的RESET引腳，可將單片機(jī)復(fù)位重置；晶振電路接至ATMEGA128的XTAL1與XTAL2引腳，當(dāng)單片機(jī)使用外部時(shí)鐘時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)可以由該晶振電路提供。復(fù)位、晶振電路圖如圖3。

圖3 ：復(fù)位、晶振及接口電路

2.2 按鍵模塊

按鍵模塊接至ATMEGA128單片機(jī)的PB0～PB7、PG0，通過(guò)按鍵的選擇可以控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的燈光音樂(lè)控制器的功能。按鍵模塊的電路原理圖如圖4。

圖4 ：按鍵模塊及接口電路圖

本課題中使用了10個(gè)按鍵，它們的實(shí)現(xiàn)原理與功能說(shuō)明如下。

a)一個(gè)按鍵用于復(fù)位功能，接至ATMEGA128的RESET引腳。當(dāng)按鍵按下時(shí)RESET引腳電平為低，即可復(fù)位單片機(jī)；

b)三個(gè)按鍵用于選擇節(jié)奏，分別對(duì)應(yīng)節(jié)奏的快、中、慢。這三個(gè)按鍵分別接至ATMEGA128單片機(jī)的PB0、PB1、PB2引腳（端口初始化為輸入、帶上拉電阻），當(dāng)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的引腳電平變?yōu)榈碗娖?，在主函?shù)中將PINB與0x07相與，根據(jù)結(jié)果即可得知是哪個(gè)按鍵按下，并依此設(shè)置節(jié)拍值（等待定時(shí)器中斷的時(shí)間）；

c)一個(gè)按鍵用于開(kāi)始樂(lè)曲的播放，該按鍵接至ATMEGA128單片機(jī)的PB3口（端口初始化為輸入、帶上拉電阻），當(dāng)按鍵按下時(shí)PB3口變?yōu)榈碗娖健Ｔ谥骱瘮?shù)中將PINB與0x08相與，將結(jié)果與0x00比較即可知道按鍵是否按下，若按下即可開(kāi)始讀取音階，通過(guò)蜂鳴器播放；

d)一個(gè)按鍵用于停止樂(lè)曲的播放，該按鍵接至ATMEGA128單片機(jī)的PB4口（端口初始化為輸入、帶上拉電阻），當(dāng)按鍵按下時(shí)PB4口變?yōu)榈碗娖健Ｔ谥袛喑绦蛑袑INB與0x10相與，將結(jié)果與0x00比較即可知道按鍵是否按下，若按下，直接將指針指向樂(lè)曲的最后一個(gè)音階，完成樂(lè)曲的停止操作；

e)一個(gè)按鍵用于樂(lè)曲的頻譜（音階），該按鍵接至ATMEGA128單片機(jī)的PB5口（端口初始化為輸入、帶上拉電阻），當(dāng)按鍵按下時(shí)PB5口變?yōu)榈碗娖?。在中斷程序中將PINB與0x20相與，將結(jié)果與0x00比較即可知道按鍵是否按下，若按下通過(guò)改變連接點(diǎn)陣屏的I/O口電平即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣的點(diǎn)亮；

f)一個(gè)按鍵用于樂(lè)曲的暫停操作，該按鍵接至ATMEGA128單片機(jī)的PB6口（端口初始化為輸入、帶上拉電阻），當(dāng)按鍵按下時(shí)PB6口變?yōu)榈碗娖?。在中斷程序中將PINB與0x40相與，將結(jié)果與0x00比較即可知道按鍵是否按下，若按下將單片機(jī)置于循環(huán)，等待暫停鍵再次按下后從原來(lái)的地方往后繼續(xù)播放；

g)一個(gè)按鍵用于靜音的操作，該按鍵接至ATMEGA128單片機(jī)的PG0口（端口初始化為輸入、帶上拉電阻），當(dāng)按鍵按下時(shí)PG0口變?yōu)榈碗娖?。在中斷程序中將PING與0x01相與，將結(jié)果與0x00比較即可知道按鍵是否按下，若按下將連接蜂鳴器的I/O口置恒為低電平，而指針繼續(xù)往后移動(dòng)，當(dāng)靜音按鍵再次按下，將蜂鳴器重新置于正常工作的狀態(tài)；

3 點(diǎn)陣顯示模塊

該模塊放置了兩個(gè)MATRIX-8*8-GREEN點(diǎn)陣屏，接至ATMEGA128單片機(jī)的PA0～PA7、PD0～PD7，分別用于顯示節(jié)奏的快慢和音樂(lè)的頻譜（音階）的變化。點(diǎn)陣顯示模塊電路原理圖如圖5，接口模塊如圖6。

圖5 ：點(diǎn)陣顯示模塊電路

圖6 ：點(diǎn)陣顯示接口電路

其中，圖5中左邊一個(gè)點(diǎn)陣用于顯示音樂(lè)節(jié)奏的快慢；右邊一個(gè)點(diǎn)陣用于顯示頻譜（音階），該點(diǎn)陣可以由按鍵PINPU選擇是否顯示。

4 蜂鳴器模塊

蜂鳴器模塊為發(fā)出音樂(lè)聲音的模塊，蜂鳴器的一端接至ATMEGA128的PC0口，另一端接地，由單片機(jī)程序控制PC0口的電平變化的頻率以改變蜂鳴器發(fā)出的音階，通過(guò)不同音階的組合便可形成音樂(lè)。蜂鳴器模塊原理圖如圖7。

圖7 ：蜂鳴器及接口電路

5 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊用于顯示當(dāng)前播放狀態(tài)及當(dāng)前拍值的時(shí)長(zhǎng)、頻段的范圍。該模塊使用的是LM041L液晶屏，其中VSS、VEE接至電源，VDD接地，RS引腳接至PF0，RW引腳接至PF1，使能端E接至PF2，通過(guò)這三個(gè)引腳可實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏的命令/數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)；液晶屏的D0～D7端分別接至單片機(jī)的PE0～PE7。液晶顯示模塊原理圖如圖8所示。

圖8 ：液晶顯示及接口電路