課程設(shè)計---基于at89s52單片機簡易電子琴設(shè)計

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1、　　《單片機應(yīng)用與仿真訓(xùn)練》設(shè)計報告　　------基于AT89S52單片機簡易電子琴設(shè)計　　姓名： 　　學(xué) 號： 　　專業(yè)班級：電信08—2班

2、　　指導(dǎo)老師：　　　 　　所在學(xué)院：電氣工程與自動化學(xué)院 　　2011年11月22 日　　摘要　　設(shè)計的主要內(nèi)容是用 AT89S52單片機為核心控制元

3、件，通過脈沖觸發(fā)產(chǎn)生出電子音調(diào)，設(shè)計一個簡易的電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤、蜂鳴器等模塊組成控制模塊。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用與參考價值。　　關(guān)鍵詞：AT89S52；單片機；脈沖觸發(fā)；電子琴設(shè)計　　目錄<p&

4、gt;　　1 概述2　　1.1 功能簡介2　　1.2 功能的實現(xiàn)2　　1.3 音樂產(chǎn)生原理3　　2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計4　　2.1 總體方案4<p

5、>　　2.2 硬件部分4　　2.2.1 矩陣鍵盤部分4　　2.2.2 揚聲器接口電路部分5　　3 軟件設(shè)計6　　4 Proteus軟件仿真8　　5 課程設(shè)計體會9</p

6、>　　參考文獻10　　附錄1 源程序代碼10　　附錄2系統(tǒng)原理圖18　　1 概述　　1.1 功能簡介

7、　　電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。　　本簡易電子琴的設(shè)計可實現(xiàn)的功能如下：程序中預(yù)存了一首音樂《月亮代表我的心》，通過一個獨立鍵盤可以實現(xiàn)對該音樂的播放和停止操作的控制。4*4矩陣鍵盤的16個按鍵分別對應(yīng)著16個不同的音符，

8、分為高、低兩個八度，當(dāng)按下某一按鍵，會發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。按下按鍵時，揚聲器會發(fā)出聲音，松開按鍵后，揚聲器停止發(fā)聲，按鍵的時間越長，發(fā)聲時間越久。連續(xù)按下不同的按鍵，可以實現(xiàn)樂曲的演奏。　　1.2 功能的實現(xiàn)　　功能的實現(xiàn)部分分為軟件和硬件兩部分來簡介。　　1.3 音樂產(chǎn)生原理&

9、lt;/p>　　一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對于單片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，只需將一首歌的音階和頻率相對應(yīng)即可。　　若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除以2，即為半周期的

10、時間。利用定時器計時半周期時間，每當(dāng)計時終止后就將P1.0反相，然后重復(fù)計時再反相。就可在P1.0引腳上得到此頻率的脈沖。　　利用AT89S52的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式（MODE1）下，改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令計數(shù)器計時956μs/1μs＝956，每計數(shù)956次時將I/O反相，就可得到中

11、音DO（523Hz）。　　計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式(如式2-1所示)是：　　N＝fi÷2÷fr 2-1　　式中，N是計數(shù)值；fi是機器頻率（晶體振蕩器為12MHz時，其頻率為1MHz）；fr是想要產(chǎn)生的頻率。<p

12、>　　其計數(shù)初值T的求法如下：　　T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr 2-2　　例如：設(shè)K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計數(shù)值。　　T＝65536－N＝65536－fi÷2&

13、#247;fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr　　低音DO的T＝65536－500000/262＝63627　　中音DO的T＝65536－500000/523＝64580　　高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059

14、　　我們要為這個音符建立一個表格，單片機通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，音符表見附錄一。　　音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（C調(diào)）（如表2-1所示）　　表2-1 曲調(diào)值表　　對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機的定時/計數(shù)器來完成。<

15、p>　　程序流程圖如圖2.5。　　2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計　　2.1 總體方案　　本設(shè)計采用4*4鍵盤控制通過程序產(chǎn)生高八度和低八度音律，要考慮到軟件和硬件的匹配以及硬件電路焊接時的排版問題，否則建會帶來不必要的焊接麻煩，在編程序時要注意仿真與實際電路中可能的不符，&

16、lt;/p>　　2.2 硬件部分　　本設(shè)計硬件電路共由以下幾部分構(gòu)成：矩陣鍵盤部分；揚聲器部分；AT89S52主控電路部分；獨立按鍵部分。　　2.2.1 矩陣鍵盤部分　　設(shè)計中采用AT89S51的并行口P3接4×4矩陣鍵盤，以P3.0－P

17、3.3作輸入線，以P3.4－P3.7作輸出線。每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一

18、個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能，在本程序中，當(dāng)程序檢測到有鍵按下時，將查表使按鍵值與預(yù)存數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)對應(yīng)，并調(diào)用發(fā)聲程序。　　圖2.1 矩陣鍵盤的連接　　2.2.2 揚聲器接口電路部分　　仿真中的揚聲器一段接CPU的P2^4口，另一端接高電平。當(dāng)P

19、2^4口有電平變化時，揚聲器被驅(qū)動發(fā)聲。而在實物制作中，這樣是難以實現(xiàn)功能的，需要增加模擬電路以除去多余的干擾信號。也可選用集成芯片LM386作為揚聲器的驅(qū)動芯片。若使用LM386驅(qū)動揚聲器，通過相應(yīng)的模擬電路的設(shè)計，還可以實現(xiàn)音量的調(diào)節(jié)。不過，在平時做實物時，我們一般用一個三極管作為放大器，這次我采用的是8050　　圖2.2揚聲器接口電路<b&g

20、t;　　3 軟件設(shè)計　　本設(shè)計使用Protues仿真軟件進行仿真，在程序設(shè)計部分，包括鍵盤掃描程序，音樂發(fā)聲程序。程序見附錄1。　　4*4矩陣鍵盤是由CPU控制I/O口來實現(xiàn)掃描的。具體程序見附錄二主程序鍵盤掃描部分。鍵盤掃描程序流程圖如圖2.4。　　程序首先給P3口賦值，然后讀取P3的狀態(tài)，

21、將讀取的狀態(tài)值同所賦值相比較，如果二者不相同，則說明有鍵按下，子程序?qū)存I值返回主程序；否則，說明沒有鍵按下，程序繼續(xù)進行下一次掃描。 　　本系統(tǒng)的軟件流程圖如下　　圖 2.3 系統(tǒng)主程序流程　　鍵盤掃描程序流程圖　　圖 2.4鍵盤掃

22、描程序流程圖　　音樂發(fā)聲程序　　圖 2.5音樂發(fā)聲程序流程圖　　4 Proteus軟件仿真　　仿真電路圖　　5 課程設(shè)計體會</b

23、>　　將程序燒入芯片,調(diào)試成功后,可任意彈奏自己想要的旋律。本設(shè)計通過制作電子琴，將幾個模塊很好的融合，對使用單片機設(shè)計簡易電子琴進行了分析，并了解了基于單片機電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達的音樂。說明一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，于是我們可以

24、利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可，然后我們利用功放電路來將音樂聲音放大。　　遇到的問題：在剛剛焊接好后，程序燒入芯片后，發(fā)現(xiàn)并不發(fā)聲，經(jīng)檢查才發(fā)現(xiàn)是對鍵盤沒看清楚，將鍵盤接亂了，另外，在硬件電路修改好后，發(fā)現(xiàn)每次按鍵時會引起蜂鳴器一直響，再按鍵時有可能會消失，經(jīng)檢查后知道是再每按鍵件程序后蜂鳴器對應(yīng)參值沒有直接置零。<

25、/p>　　總之，這是一次動手能力的鍛煉，也是一次單片機知識的再回顧，還是對自己細(xì)心以及耐心能力的考察。　　參考文獻　　[1] 賈立新、王涌.電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐[M]，清華大學(xué)出版社，2008年2月版； [2] 陶春鳴、陳享成、甕嘉民.單片機使用技術(shù)[M],人民郵電出版社,2008年4月版

26、； [3] 余發(fā)山.單片機原理及應(yīng)用技術(shù)[M]，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003年12月版； [4] 李光飛.單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)[M], 航空航天大學(xué)出版社，2004年9月版； [5] 余永權(quán).ATMEL89 系列單片機[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，2002年4 月版； [6] 胡宴如，耿蘇燕.模擬電子技術(shù)[M]，高等教育出版社，2007年12月版； [7] 趙潤林，張迎輝.單片機原理與應(yīng)用教程[M]，北京大學(xué)出版社，200

27、7年1月版； [8] 馬淑華、王鳳文.單片機原理與接口技術(shù)[M]，北京郵電大學(xué)出版社，2005年10月版； [9] 李建忠.單片機原理及應(yīng)用[M]，西安電子科技大學(xué)出版社，2002 年5月版； [10] 楊子文.單片機原理及應(yīng)用[M],西安電子科技大學(xué)出版社，2006 年4月版　　附錄1 源程序代碼　　#i

28、nclude<reg51.h>　　#define uchar unsigned char　　#define uint unsigned int　　uint key,i,j,time,m,k;　　uchar temp;

29、　uchar STH0,STL0,STH1,STL1;　　sbit sw=P2^7;　　sbit speaker=P2^4;　　sbit P37=P3^7;　　sbit P36=P3^6;　　sbit P35=P3^5;</

30、p>　　sbit P34=P3^4;　　//月亮代表我的心數(shù)據(jù)表　　code unsigned char sszymmh[]={ 0,2,1, 5,1,1, 1,2,3, 3,2,1, 5,2,3, 1,2,1, 7,1,3, 　　3,2,1, 5,2,2, 0,2,1, 5,2,1,

31、 6,2,1, 7,2,2, 1,3,3, 　　6,2,1, 6,2,1, 5,2,1, 5,2,5, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,3, 　　1,2,1, 1,2,2, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,3, 1,2,1, 1,2,2, 　　2,2,1, 3,2,1,2,2,2, 1,2,1,6,1,2

32、, 2,2,1, 3,2,1, 2,2,5, 　　};　　// 音階頻率表高八位　　code unsigned char FREQH[]={　　0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,

33、;　　0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC, //1,2,3,4,5,6,7,8,i　　0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE,　　0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF,　　} ;

34、　　// 音階頻率表低八位　　code unsigned char FREQL[]={　　0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6,　　0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F, //1

35、,2,3,4,5,6,7,8,i　　0xEE,0x44, 0x6B,0xB4,0xF4,0x2D, 　　0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16,　　};　　unsigned int code tab[]=

36、{ 64103,64260,64400, 64524,64580,64684,64777,　　64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178,65217};　　void key_music()　　{&l

37、t;p>　　unsigned char tmp;　　P3=0xff;　　P34=0;　　temp=P3;　　temp=temp&0x0f;<

38、;/p>　　tmp = temp;　　if(temp!=0x0f)　　{　　for(i=50;i>0;i--)　　for(j=200;j>0;j--);

39、;　　temp=P3;　　temp=temp&0x0f;　　//(temp!=0x0f)　　if(temp==tmp)　　{

40、temp=P3;　　temp=temp&0x0f;　　switch(temp)　　{　　case 0x0e:　　key=0;&

41、lt;/p>　　break;　　case 0x0d:　　key=1;　　break;　　case 0x0b:

42、　　key=2;　　break;　　case 0x07:　　key=3;　　break;</p

43、>　　}　　//speaker=~speaker;　　STH1=tab[key]/256;　　STL1=tab[key]%256;　　temp=P3;

44、;　　temp=temp & 0x0f; 　　while(temp!=0x0f)　　{TR0=1;　　temp=P3;　　temp=temp

45、& 0x0f; 　　}　　TR0=0;　　speaker = 0;　　}<

46、b>　　}　　P3=0xff;　　P35=0;　　temp=P3;　　temp=temp&0x0f;

47、　　tmp = temp;　　if(temp!=0x0f)　　{　　for(i=50;i>0;i--)　　for(j=200;j>0;j--);

48、;　　temp=P3;　　temp=temp&0x0f;　　//(temp!=0x0f)　　if(temp==tmp)　　{　　temp=P3;&

49、lt;/b>　　temp=temp&0x0f;　　switch(temp)　　{　　case 0x0e:　　key=4;

50、　　break;　　case 0x0d:　　key=5;　　break;　　case 0x0b:

51、;　　key=6;　　break;　　case 0x07:　　key=7;　　break;<

52、;p>　　}　　//speaker=~speaker;　　STH1=tab[key]/256;　　STL1=tab[key]%256;　　temp=P3;<p&

53、gt;　　temp=temp & 0x0f; 　　while(temp!=0x0f)　　{TR0=1;　　temp=P3;　　temp=temp & 0x0

54、f; 　　}　　TR0=0;　　speaker = 0;　　}　　}&

55、lt;/b>　　P3=0xff;　　P36=0;　　temp=P3;　　temp=temp&0x0f;

56、　　tmp = temp;　　if(temp!=0x0f)　　{　　for(i=50;i>0;i--)　　for(j=200;j>0;j--); 　　temp=P

57、3;　　temp=temp&0x0f;　　//(temp!=0x0f)　　if(temp==tmp)　　{　　temp=P3;

58、　　temp=temp&0x0f;　　switch(temp)　　{　　case 0x0e:　　key=8;<p&g

59、t;　　break;　　case 0x0d:　　key=9;　　break;　　case 0x0b:

60、;　　key=10;　　break;　　case 0x07:　　key=11;　　break;&

61、lt;b>　　}　　//speaker=~speaker;　　STH1=tab[key]/256;　　STL1=tab[key]%256;　　temp=P3;　　te

62、mp=temp & 0x0f; 　　while(temp!=0x0f)　　{　　TR0=1;　　temp=P3;</p&

63、gt;　　temp=temp & 0x0f; 　　}　　TR0=0;　　speaker = 0;　　}

64、;　　}　　P3=0xff;　　P37=0;　　temp=P3;　　temp=

65、temp&0x0f;　　tmp = temp;　　if(temp!=0x0f)　　{　　for(i=50;i>0;i--)　　for(j=100;j>0;j--); <

66、;/p>　　temp=P3;　　temp=temp & 0x0f;　　//(temp!=0x0f)　　if(temp==tmp)　　{&

67、lt;p>　　temp=P3;　　temp=temp&0x0f;　　switch(temp)　　{　　case 0x0e:

68、　　key=12;　　break;　　case 0x0d:　　key=13;　　break;

69、case 0x0b:　　key=14;　　break;　　case 0x07:　　key=15;

70、　break;　　}　　//speaker=~speaker;　　STH1=tab[key]/256;　　STL1=tab[key]%256;　　temp

71、=P3;　　temp=temp & 0x0f; 　　while(temp!=0x0f)　　{TR0=1;　　temp=P3;

72、　　temp=temp & 0x0f; 　　}　　TR0=0;　　speaker = 0;　　}&l

73、t;/p>　　}　　}　　void timer0(void) interrupt 1 using 0　　{　　i

74、f(sw==1)　　{　　TH0=STH1;　　TL0=STL1;　　}&

75、lt;p>　　else 　　{　　TH0=STH0;　　TL0=STL0;　　}</b&

76、gt;　　speaker=~speaker;　　}　　void delay(unsigned char t)　　{　　unsigned char t1;

77、　　unsigned long t2;　　for(t1=0;t1<t;t1++)　　{ 　　for(t2=0;t2<8000;t2++)

78、{　　;　　} 　　}　　TR0=0;<p&g

79、t;　　}　　void song()　　{　　TH0=STH0;　　TL0=STL0;<p

80、>　　TR0=1;　　delay(time);　　}　　void music(void)　　{　　unsign

81、ed int cnt;　　m=0;　　time=1;　　sw=1;　　cnt = sizeof(sszymmh)/sizeof(char);

82、;　　while(time&&sw==0)　　{　　if(sw)　　{i=0;continue;}　　else</

83、p>　　{　　k=sszymmh[m]+7*sszymmh[m+1]-1;　　STH0=FREQH[k];　　STL0=FREQL[k];　　time=sszymmh[m+2];&l

84、t;p>　　song();m=m+3;　　if(m > cnt) break;　　}　　}　　speaker = 0;　　}

85、　　void main()　　{　　TMOD=0x01;　　ET0=1;　　TF0 = 1;&

86、lt;/p>　　EA=1;　　while(1)　　{　　if(sw==1)　　key_mus

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