基于單片機的數字式音樂盒設計

陸偉

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

關鍵詞：單片機 音樂盒 動態顯示 LM386

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

傳統音樂盒一般是笨重的機械型的，發音單調的，制造工藝復雜，成本高，不能實現批量生產。本文設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，具有較高的商業價值。

1 系統概述

本系統包括：主控機模塊、音樂機模塊、按鍵模塊、LM386功放模塊。

2 模塊設計

2.1 主控機模塊

主控機模塊為整個系統的核心模塊。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主控機傳輸的相應信號進行判斷，相應的播放對應的歌曲。通過主控機的P2.5～P2.7傳過來的數據給音樂機的P1.0～P1.2，實現兩塊單片機的通訊，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，在規定的節拍內，根據音符有幾個字節產生不同的延時，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。選擇適當的單元間隔時間延遲，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。

采用數碼管動態顯示，動態驅動是將所有數碼管的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，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管接收相同的字形代碼，需要顯示的數碼管的選通控制被打開，顯示字形；而不需要顯示的數碼管的選通控制沒有被打開，數碼管不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的公共端COM 端，使各個數碼管輪流受控顯示。各個LED管被依次點亮，循環進行顯示，利用人體的視覺暫留現象和發光二極管的余輝效應，再加上掃描的速度足夠快，不會有閃爍感，達到了多個數碼管同時顯示的效果。和靜態顯示相比，動態顯示的效果相同，并且能夠節省大量的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。當某個按鍵被按下時，相對應的I/O接口變為低電平，沒有被按下的按鍵，由于內部有上拉電阻，CPU對應的I/O接口的輸入為高電平。通過判斷I/O接口的狀態，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；靜態功耗小，當電源電壓為6伏時，靜態功耗為24mw，特別適用于電池供電的場合，而數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 結語

基于單片機制作的電子式音樂盒，當鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計數器T0，產生一定頻率的脈沖，驅動蜂鳴器，放出樂曲。可根據需要選歌，也可以根據需要設置所放歌曲的節奏，還可以根據選用的單片機CPU存儲容量的大小，存儲盡可能多的歌曲。控制功能強大，有較高的商業價值。

功率因數、交流頻率等參數的測量，而且具有檢測供電狀態的功能。在基站動力環境監控中發揮著重要的作用。

3.2 電池組供電狀態采集模塊

電池組供電狀態采集模塊的應用，通過傳感器和信號對供電電路進行調理，同時采用12位AD轉換器轉換對模塊進行處理，為動力電參數采集模塊提供供電狀態參數，實現了電池組電壓、電流、充電等參數的監測。電池組供電狀態及電參數采集模塊的組成圖2所示。

3.3 開關狀態參數采集模塊

對于移動通信基站動力環境監控系統，我們需要嚴格檢測開關量參數。這些開關量主要包括以下三種類型：交流、直流供電線路供電狀態和環境監測傳感器輸出干接點開關狀態。這幾種類型的開關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采用AC/DC輸入模式。同時為了防止輸入交流信號過零現象的發生，我們采用開關輸入量濾波技術進行開關信號的采樣。具體來說，就是在開關信號采樣時，其周期應為2mS，采樣次數為十次，且確保連續采樣；當低電平次數超過6次時，被監測交流支路供電處于正常狀態。直流供電線路供電狀態采用DC/DC輸入模式，當被監測支路供電處理正常狀態時，為低電平的輸出端。而環境監測傳感器輸出干接點開關狀態同樣采用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境監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水浸、震動、煙霧等狀態的監控目標。

3.4 通訊設備供電狀態采集模塊

動力電參數采集模塊與電池組供電狀態采集模塊之間的通信和動環數據采集器與環境監測參數采集模塊之間的通信都是通過RS-485方式來實現的；在串行通信中，串口波特率為9600bit/S。數據格式為：1起始位，8 數據位，1停止位，校驗方式位，每一字節的校驗方式位為無校驗；且各個數據包的校驗方式均采用CRC16方式。

3.5 人機接口設計

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

4 結語

綜上所述，本文探討了移動通信基站動力環境監控系統的構建，此監控系統主要采用功能模塊化結構，實現了基站運行狀態和環境的監測。同時，在監控系統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、監控方便的特點，大大滿足了移動通信基站運行狀態和環境監測的需求。目前來說，該監控系統在我國通信行業基站監控中得到了廣泛的應用，并取得良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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