基于单片机 PWM 的音乐播放器设计是利用 PWM（脉冲宽度调制）驱动蜂鸣器以实现播放音乐。脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。27394
毕业论文关键字 音乐播放器 PWM 调制
Title Microcontroller-based PWM music player designAbstractMicrocontroller-based PWM music player design is the use of PWM (pulse widthmodulation) to drive the buzzer for playing music. Pulse Width Modulation (PWM)basic principles: that the inverter control circuit switching devices offcontrolled so that the output of a series of equal amplitude pulses obtained bythese pulses instead of a sine wave or waveform required. Generating a pluralityof pulses is in the half cycle of the output waveform, so that the equivalent voltagesinusoidal waveform of each pulse, the output of the obtained low harmonics andless smooth. According to certain rules of each pulse width modulated, you canchange the size of the inverter circuit output voltage, output frequency can bechanged.Keywords music player PWM Modulation
目录
目录.I
1 引言..1
1.1 本课题研究的目的和意义.. 1
1.2 国内外发展现状.. 2
2 硬件设计原理.3
2.1 主要外设介绍.. 3
2.2 系统设计原理 4
2.3 MSP430 单片机概述.. 5
2.4 MSP430 单片机的应用. 7
2.5 PWM 模块介绍 8
2.6 PCM 波介绍. 9
3 MSP430集成开发环境IAREW430..13
3.1 创建新项目. 14
3.2 编辑文件.. 15
3.3 编译链接.. 16
3.4 IAR C-SPY 仿真 19
4 软件设计流程..20
4.1 总体流程.. 20
4.2 音乐播放.. 21
5 程序调试和结果分析..24
结论.25
致谢.26
参考文献..27
1 引言PWM（脉宽调制）技术现已广泛应用于电力电子技术。PWM 控制方法简单，灵活和动态响应特性好，目前也是研究员们的一个热门的研究方向。随着因特网的广泛普及和信息的飞速传播,新的技术与新的生活方式带给了我们社会动感的魅力，而音乐则是此过程中的润滑剂，音乐，可以调节环境中的气氛，也可以调节人们的心情。音乐播放器的诞生，让动听的声音有存储载体，使优美的音乐可以通过它进行广泛的传播和无限共享，在人们的生活中扮演了一个很重要的角色。因此在工作、生活节奏高度紧张的当代社会，随地地享受音乐已成为人们生活中。而随着科学技术的不断提高，计算机网络技术的日益发展，基于单片机 PWM系统的音乐播放器已经开始逐渐渗入到人类社会生活的各种领域中。而随着当今社会人们对生活水平要求变高，家用汽车不断普及，音乐播放器与汽车导航系统的结合也日益广泛和成熟。1.1 本课题研究的目的和意义播放音乐最简单的方法就是采用专用的音乐芯片，这种方法的缺点就是音乐芯片只能一次性进行烧录，因此播放的内容不能够随意改变。然而采用单片机播放音乐则能够很好地克服这一缺点，其播放的内容以及歌曲的数量，只需要改变内部存储器存储的数据，就可以随时进行修改。随着电子技术的不断发展，单片机驱动蜂鸣器被广泛应用于电脑、打印机、报警器、电子玩具和汽车电子等电子产品的系统，来提示状态或者进行警告。蜂鸣器按照其供电种类可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。无源蜂鸣器的发声原理是在其两端加上方波电压。然后再利用单片机 PWM 模块端口的输出信号直接驱动蜂鸣器发出声音，这样进行音乐播放只需要对相应寄存器赋值就可以控制 PWM 信号的周期和脉宽。它具有占用硬件资源少、软件占用CPU时间短、音乐音调及节拍易控制的优点。此次课题通过设计出一种用 PWM 模块控制蜂鸣器时出现音乐播放器，希望能够达到清楚了解 matlab 的操作流程、c 程序设计中的相关机制和 MSP430 单片机的软件设计模式，以及使用者模式的目的。通过从软件设计和硬件实现两个方面出发，完全熟悉设计、编码和测试的过程，为之后更好地工作奠定了坚实的基础。1.2 国内外发展现状当前，国内外的研究重点大多都是基于单片机音乐播放器的设计与应用。但是基本都存在着两个问题：一个是在设计过程中，过多描述了如何利用单片机来实现音乐播放控制功能的硬件电路设计， 而很少涉及到如何将音乐简谱转换为能够贮存播放的乐谱码；二是乐谱码占用了两个字节，因此调用单片机的资源比较多，编程相对复杂。如果把桌面市场作为一个例子来说，现在已经出现了许多类型的媒体播放器，每一种播放器都有它们自己不同的技术特点，另外，它们各自采用的体系结构也不尽相同。这里面着重介绍一下微软公司推出的基于Windows的媒体播放器Windows Media Player，它可以播放和组织计算机及Internet 上的数字媒体文件,支持目前流行的大多数多媒体格式,如asf、wmv、wma、wav、avi、midi、vod、au、mp3 等。目前它的最新版本是随着 Windows 7推出的 WMP12,包括 Windows Media Audio 12、Windows Media Video 12 和 MP3 编解码器等,并采用了 Windows DRM (Digital Rights Management,数字版权管理)技术。2 硬件设计原理2.1 主要外设介绍2.1.1 蜂鸣器蜂鸣器是一种电子讯响器，它是通过直流电压进行供电的一体化结构的电子器件。计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品里面都有蜂鸣器的相关应用。单片机的 I/O 口无法直接驱动蜂鸣器，因为蜂鸣器的工作电流比较大。所以只能使用放大电路进行驱动。这里的放大电路一般只要使用三极管放大电路就可以了。本次设计实验中需要用到的蜂鸣器电路示意图如图2.1 所示。蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管，各元件的作用如以下表格2.1 所示。表 2.1 蜂鸣器模块的组成表题元件名称 功能介绍蜂鸣器 发声元件续流二极管 提供续流滤波电容 滤波三极管 开关补充说明蜂鸣器：发声元件。有源蜂鸣器发声靠施加直流电压，无源蜂鸣器发声靠方波驱动，续流二极管：为蜂鸣器提供续流。否则蜂鸣器两端产生的几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。滤波电容：作用是滤波，滤除蜂鸣器电流对其它部分的影响，也可改善电源的交流阻抗，如果可能，最好是再并联一个220uF 的电解电容。三极管：起开关作用，基极的高电平使三极管饱和导通，蜂鸣器发声；基极低电平使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。2.2 系统设计原理音乐播放器，它的本质就是将原本已经记录下来的数字信号，通过单片机的输出端口转化成模拟声波信号，再经由蜂鸣器转换成人耳可以听到的声音。基于单片机 PWM 的音乐播放器设计的原理，是利用 MSP430F149 单片机芯片为工作平台，并将方波信号通过 PWM 脉冲宽度调制模块进行输出，从而来驱动蜂鸣器发出声音，播放音乐。相比于传统的音乐播放器中使用的 51 单片机而言，使用 MSP430 单片机来控制驱动蜂鸣器发声的方波信号的脉宽和频率，这种方法不会因为使用了单片机内部的定时器，进而引起传输延迟，导致音乐播放出现失真。并且，使用 MSP430 单片机，不仅仅可以在实现上变得简单容易，更重要的是，这种方法最后所占用的软件和硬件的资源容量相对比较小，所占用的时间也比较短。具体来说，就是通过设计MSP430 单片机的内部寄存器，并对其进行初始化和赋值，同时用以来控制输出的方波信号的脉宽，以及频率。此时，从 MSP430 单片机的 PWM 调制后输出的信号就是已经优化过脉宽和频率的方波信号， 即用来驱动蜂鸣器发声的输入控制信号。为了使 MSP430 单片机能够进行正常的工作和运行，其外围电路就起了至关重要的作用，其中，电源电路用来给 MSP430 单片机供电；晶振电路用以给 MSP430 单片机提供各种不同频率的信号；复位电路则是将已经设置过的软硬件进行初始化。综上所述，基于单片机 PWM 的音乐播放器的硬件设计基本思想，主要就是通过将MSP430单片机作为整个音乐播放器系统的核心， 和PWM 模块的输出功能输出不同占空比的用以控制蜂鸣器的方波信号来产生音乐。2.3 MSP430单片机概述MSP430 系列单片机作为 16 超低功耗 MSP430 MCU 1996 年起开始被美国德州仪器推向市场， MSP430 单片机芯片的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）包含着简短而又精悍实用的指令集（RISC） ，所谓的混合信号处理器，就是可以根据现实需要，从而把几个功能不同的数字电路、模拟电路模块以及微处理器模块集成在一个单片机上，这就是前面所讲的 “单片机”解决方案。2.3.1 MSP430单片机的特点虽然MSP430 MCU版本的时间不长，但是得益于MSP430单片机优良的工作性能，在短短的几年里得到了迅速的发展，随着信息通信和多媒体技术的发展，MSP430单片机的应用日趋广泛。你可以从TI的官方网站是下载到设备、仿真软件和免费软件的最新信息。 对于不同的产品使用中，MSP430单片机具有不同功能的、各种类型的设备，其最主要特征如下：超低功耗MSP430 MCU采用1.8〜3.6V的电源电压，待机电流低于1uA，在RAM数据保持方式下仅消耗0.1uA，在活动模式时耗电250uA/ MIPS ，此时输入输出端口的漏电流往往可以达到最大值。其次，独特的时钟系统设计。 MSP430 系列单片机中往往含有两种时钟系统，一种是锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统以及基本时钟系统，此外还有一种DCO数字振荡器时钟系统。其中在MSP430单片机中可以使用一个频率为32768Hz的晶振，或者也可以运用两个晶振进行工作。MSP430单片机芯片通常会采取相异的工作模式，从而在不同的系统中进行运行操作，此时，不同系统中使用的MSP430单片机芯片的功率消耗也具有明显的差异。强大的处理能力MSP系列是16位单片机，采用流行的，受学术界青睐的精简指令集（RISC）架构，一个CLK周期可以执行一条指令（传统的MCS-51是12个CLK周期执行一条指令） ，所以当MSP430单片机的晶振工作频率为8MHz时，其指令速度可达到8MIPS。现在，MSP430芯片的2系列的CPU时钟已经提高到16MHz，并且目前仍然在以非常高的速度增长。 基于单片机PWM 的音乐播放器设计:http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_21867.html