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蜂鸣器音乐播放设计课程报告

1. 项目背景

音乐是人类生活中不可或缺的一部分，利用电子设备播放简单的音乐可以应用于许多场景，如报警系统、电子玩具等。本项目使用ATmega16单片机和蜂鸣器，通过编程实现了一首简短的音乐《天空之城》的播放。通过这个项目，可以加深对单片机定时器、PWM（脉宽调制）以及蜂鸣器等硬件的理解和应用。

2. 系统概述

2.1 系统组成

本系统由以下主要部分组成：

ATmega16单片机：核心控制器，负责音乐数据的处理、定时器的设置以及蜂鸣器的控制。
蜂鸣器：通过PWM信号驱动发声，播放指定频率的音符。
LCD1602显示屏：用于显示当前播放的音乐名称或其他提示信息。

2.2 系统原理

音符频率定义：根据音乐的音阶，定义各个音符的频率。使用宏定义简化音符的频率设置。
定时器设置：利用单片机的定时器1产生PWM信号，驱动蜂鸣器发出不同频率的声音。
音乐播放控制：通过数组存储音乐音符和对应的节拍长度，根据数组内容依次播放各个音符，并控制节拍时长。

3. 硬件设计

3.1 硬件连接

蜂鸣器：连接到ATmega16的PD5引脚，通过PWM信号控制发声。
LCD1602显示屏：连接到单片机的PORTD，用于显示当前播放的音乐名称。

3.2 硬件配置

I/O口配置：
- 将PD5配置为输出模式，用于输出PWM信号驱动蜂鸣器。
- 将PORTB配置为输出模式，用于控制音符的频率显示。
定时器配置：
- 使用定时器1配置为CTC（清零计数器）模式，设置OCR1A寄存器以产生不同频率的PWM信号。

4. 软件设计

4.1 功能模块

初始化模块：初始化LCD显示屏、蜂鸣器及定时器。
音乐数据模块：定义音乐音符及对应的节拍长度。
播放控制模块：根据音乐数据，依次播放每个音符并控制节拍时长。
显示模块：在LCD显示屏上显示当前播放的音乐名称。

4.2 主要函数

timer1_init()：初始化定时器1，配置为CTC模式，设置PWM信号输出。
contorl_A()：根据音符频率，设置PORTB的输出状态，用于调试和显示。
delay1()：实现节拍控制的延时函数。
main()：主函数，初始化系统并循环播放音乐。

4.3 系统流程

系统初始化：初始化LCD显示屏、蜂鸣器及定时器，并显示初始信息。
音乐播放：从音乐数组中读取音符频率和节拍长度，设置定时器输出PWM信号驱动蜂鸣器发声。
节拍控制：根据节拍数组控制每个音符的播放时长，通过延时函数实现。

5. 详细实现

5.1 音符频率定义

使用宏定义各个音符的频率，简化代码编写：

c
#define L1 262
#define L2 286
#define L3 311
#define L4 349
#define L5 392
#define L6 440
#define L7 494
#define Z1 523
#define Z2 587
#define Z3 659
#define Z4 698
#define Z5 784
#define Z6 880
#define Z7 987
#define H1 1046
#define H2 1174
#define H3 1318
#define H4 1396
#define H5 1567
#define H6 1760
#define H7 1975

5.2 定时器初始化

配置定时器1为CTC模式，设置PWM输出：

c
void timer1_init(void) {
    DDRD |= 0x20;   // PD5 (OCR1A) 输出模式 脉冲驱动发声
    TCCR1B = 0x00; // 关闭 T1
    TCNT1H = 0x00;
    TCNT1L = 0x00;
    OCR1AH = 0x00;
    OCR1AL = 0x00;
    OCR1BH = 0x00;
}

5.3 音乐播放控制

通过数组存储音乐音符和节拍长度，并依次播放：

c
const unsigned int music0[] = {
    L6, Z3, L7,
    L6, Z1, Z2, Z1, Z3,
    L6, Z6, Z5, Z6, Z5, Z2,
    Z4, Z3, Z3,
    L6, Z6, Z5, Z2, Z3, Z4,
    Z3, Z1,
    L6, Z3, Z2, L7,
    L6,
    0xff
};
const unsigned char music0_JP[] = {
    8,  8,  16,
    4,  4,  4, 2,  16,
    8,  8,  4, 4,  4, 4,
    4,  4,  16,
    8,  8,  4, 4,  4, 4,
    16, 16,
    8,  8,  8, 4,
    24
};
void main(void) {
    LCD_init();
    timer1_init();
    DDRB = 0XFF;
    LCD_write_str(0, 0, "Beautiful myth ");
    while (1) {
        delay_nms(10);
        u = 0;
        while (music0[u] != 0xff) {
            OCR1A = 1000000 / music0[u] / 2;
            contorl_A(music0[u]);
            for (t = 0; t < music0_JP[u]; t++)
                delay1();
            u++;
        }
    }
}

5.4 音符显示控制

根据当前音符频率，设置PORTB的输出状态：

c
void contorl_A(unsigned int munum) {
    if (munum == L1 || munum == Z1 || munum == H1) {
        PORTB = 0x01;
    } else if (munum == L2 || munum == Z2 || munum == H2) {
        PORTB = 0x03;
    } else if (munum == L3 || munum == Z3 || munum == H3) {
        PORTB = 0x07;
    } else if (munum == L4 || munum == Z4 || munum == H4) {
        PORTB = 0x0f;
    } else if (munum == L5 || munum == Z5 || munum == H5) {
        PORTB = 0x1f;
    } else if (munum == L6 || munum == Z6 || munum == H6) {
        PORTB = 0x3f;
    } else if (munum == L7 || munum == Z7 || munum == H7) {
        PORTB = 0x7f;
    }
}

6. 总结

通过本项目的设计与实现，学习者可以深入理解如何利用单片机和蜂鸣器播放音乐，掌握定时器的配置及PWM信号的应用。同时，通过编写代码实现音乐播放过程，提高了编程能力和解决问题的能力。该项目不仅是一种理论知识的实践应用，也是一次有趣的电子制作体验。

资源


https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2

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