基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì)前言單片微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子計(jì)算機(jī)，它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。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(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)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。本文的主要內(nèi)容是用STC89C52單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有16個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器。本文主要對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機(jī)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(dá)的音樂。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)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(duì)于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。1方案論證11控制模塊選擇方案方案一用可控硅制作電子琴。將220V交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波，獲得135V直流電壓。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。方案二采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于AT89C51不具備ISP功能，因此ATMEL公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見，況且其ROM只有4K在系統(tǒng)將來升級(jí)方面沒有潛力。方案三采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間達(dá)到8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。鑒于上述對(duì)比與分析，本設(shè)計(jì)采用方案三12按鍵選擇方案方案一利用I/O口直接連接的獨(dú)立式鍵盤,每鍵都有相應(yīng)的I/O口對(duì)應(yīng),編程容易控制，實(shí)現(xiàn)方便；但拒于IO口有限，能接的按鍵不能太多，而本系統(tǒng)需用戶根據(jù)需要調(diào)整的參數(shù)較多，用獨(dú)立按鍵會(huì)使操作變得復(fù)雜。方案二利用PA口接成44鍵盤。優(yōu)點(diǎn)利用8個(gè)IO口得到16個(gè)按鍵，可使操作介界變得簡(jiǎn)單，操作也方便；缺點(diǎn)軟件處理比獨(dú)立按鍵復(fù)雜。通過比較，方案二為最佳方案。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21系統(tǒng)組成及總體框圖硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的電子琴，單片機(jī)工作于12MHZ時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)。該設(shè)計(jì)具有11個(gè)音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂，因?yàn)樗鼪]有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，這就需要音頻功率放大電路。本例使用國(guó)家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器LM386來實(shí)現(xiàn)音頻功放電路。鍵盤掃描AT89S52數(shù)碼管顯示揚(yáng)聲器播放音樂電源部分圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（所有的圖注都不規(guī)范，參看格式要求）22元件介紹221AT89S52功能特性AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上FLASH允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能8K字節(jié)FLASH，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。主要性能與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作0HZ33HZ、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、32個(gè)可編程I/O口線、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。管腳說明VCC供電電壓。GND接地。P0口P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示表1管腳備選功能（所有的表注都沒對(duì)，參看格式要求）P30RXD（串行輸入口）P31TXD（串行輸出口）P32/INT0（外部中斷0）P33/INT1（外部中斷1）P34T0（記時(shí)器0外部輸入）P35T1（記時(shí)器1外部輸入）P36/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P37/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出。222LM386LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地為參考同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24MW，使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。增益增益負(fù)端輸入正端輸入地旁路輸出LM386電源圖2LM386的封裝形式特性FEATURES1靜態(tài)功耗低，約為4MA，可用于電池供電；2工作電壓范圍寬，412VOR518V；3外圍元件少；4電壓增益可調(diào)，20200；5低失真度。其典型電路如下圖圖3放大器增益20最少器件圖4放大器增益50圖5低頻提升放大器223LED數(shù)碼管本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，LED（LIGHTEMITTINGDIODE）是一種外加電壓從而流過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器如圖B所示，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器如圖C所示。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管AG控制七個(gè)筆畫（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來。（A）外形（B）共陽極C共陰極圖6數(shù)碼管引腳23顯示電路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，由于LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。通過單片機(jī)查表得出數(shù)碼管顯示編碼，傳送給數(shù)碼管顯示，以此來實(shí)現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。24各功能模塊原理圖241AT89S52模塊電路原理圖單片機(jī)主程序模塊通過對(duì)鍵盤掃描程序信號(hào)的讀取，在通過對(duì)應(yīng)的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時(shí)器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號(hào)。在這一過程中，對(duì)數(shù)碼管編碼是直接賦值，對(duì)聲音信號(hào)則是通過中斷程序進(jìn)行控制。圖7AT89S52模塊電路原理圖（將底色的格子去掉，以下的圖同）242鍵盤掃描模塊電路原理圖對(duì)鍵盤掃描電路的掃描方式有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法，在此次程序編寫中，采用行掃描法，通過在P20P23上循環(huán)送出0掃描信號(hào)，P24P27輸入按鍵上的高低電平信息給單片機(jī)，經(jīng)處理程序，判斷出是哪個(gè)開關(guān)按下，并送主程序以實(shí)現(xiàn)不同功能。圖8鍵盤掃描模塊電路原理圖243數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖數(shù)碼管顯示模塊核心是共陽級(jí)數(shù)碼管，通過來自單片機(jī)I/O口的電平高低來點(diǎn)亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過單片機(jī)送來的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字和字符，使應(yīng)用人員可以很容易的理解按鍵按下所對(duì)應(yīng)的音符。圖9數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖244音頻處理模塊電路原理圖由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力不夠，在處理音符信號(hào)時(shí)，需加功率放大裝置，因LM386芯片具有低功耗、高增益的特點(diǎn)，這合適單片機(jī)低功耗輸出，所以加裝LM386音頻信號(hào)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。圖10音頻處理模塊電路原理圖245電源模塊電路原理圖由于本次設(shè)計(jì)的芯片的工作電壓都為5V，為了排除因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定或者不準(zhǔn)確影響電路的工作和軟件的調(diào)試，本次設(shè)計(jì)單獨(dú)用LM7805設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出5V的電壓的電路，如圖311所示,其中J0為一變壓器插排接口，輸出電壓在75V，為交流電壓，經(jīng)過整流橋進(jìn)行整流，電容濾波，再經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓后，得到本次設(shè)計(jì)所需的5V直流電源。圖11電源模塊電路原理圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的簡(jiǎn)單音樂發(fā)生器，它由16個(gè)音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。31音樂相關(guān)知識(shí)樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調(diào)的樂音是用C、D、E、F、G、A、B表示的，這7個(gè)字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫唱名。音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂。32如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂的節(jié)拍除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，如果1/4拍的延時(shí)是04秒，則1拍的延時(shí)是16秒，只要知道1/4拍的延時(shí)時(shí)間，其余的節(jié)拍延時(shí)時(shí)間就是它的陪數(shù)。如果單片機(jī)要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計(jì)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。對(duì)于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個(gè)節(jié)拍為單位（C調(diào)）具體如下表表2音樂節(jié)拍表曲調(diào)值DELAY曲調(diào)值DELAY調(diào)4/4125MS調(diào)4/462MS調(diào)3/4187MS調(diào)3/494MS調(diào)2/4250MS調(diào)2/4125MS33如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖了解音樂的一些基本知識(shí)后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對(duì)于單片機(jī)而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。在本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)工作于12MHZ時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，在此情況下，C調(diào)的各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照如下表表3音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表音符頻率（HZ）計(jì)數(shù)值（T值）音符頻率（HZ）計(jì)數(shù)值（T值）低1DO262636284FA740648601DO27763737中5SO78464898低2RE294638355SO831949342RE31163928中6LA88064968低3MI330640216LA93264994低4FA34964103中7SI968650304FA37064185低1DO104665058低SO392642601DO1109650855SO41564331高2RE117565110低6LA440644002RE1245651346LA46664463高3MI131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO523645804FA1490651981DO55464633高5SO156865217中2RE587646335SO1661652352RE62264884高6LA176065252中3MI659647326LA186565268中4FA69864820高7SI196765283T的值決定了TH0和TL0的值，其關(guān)系為TH0T/256，TL0T25634系統(tǒng)總體功能流程圖N定時(shí)器初始化數(shù)碼管顯示0主程序開始循環(huán)檢測(cè)按鍵Y數(shù)碼管顯示揚(yáng)聲器出聲圖12主程序框圖K1鍵按下K2鍵按下K3鍵按下K4鍵按下K5鍵按下K6鍵按下K7鍵按下數(shù)碼管顯示3，并播放MI的低音數(shù)碼管顯示4，并播放FA的低音數(shù)碼管顯示5，并播放SO的低音K8鍵按下數(shù)碼管顯示6，并播放LA的低音數(shù)碼管顯示7，并播放SI的低音數(shù)碼管顯示1，并播放DO的中音數(shù)碼管顯示2，并播放RE的中音數(shù)碼管顯示3，并播放MI的高階中音K9鍵按下K10鍵按下K11鍵按下K12鍵按下K13鍵按下K14鍵按下K15鍵按下數(shù)碼管顯示4并播放FA的中音數(shù)碼管顯示5并播放SO的中音數(shù)碼管顯示6，并播放LA的中音K16鍵按下數(shù)碼管顯示7，并播放SI的中音數(shù)碼管顯示A，并播放DO的高音數(shù)碼管顯示B，并播放RE的高音數(shù)碼管顯示C，并播放MI的高音數(shù)碼管顯示D，并播放FA的高階高音圖13按鍵子程序流程圖4電路仿真41ISIS軟件介紹PROTEUSISIS是英國(guó)LABCENTER公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于WINDOWS操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析SPICE各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是1實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。2支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。3提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KEILC51UVISION2等軟件。4具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹PROTEUSISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。42仿真圖介紹單片機(jī)P0口對(duì)應(yīng)數(shù)碼管編碼輸出端；P10口做音樂信號(hào)輸出端；P2口做鍵盤掃描部分輸入輸出端。鍵盤掃描將16位開關(guān)通過矩陣連接，接出來四端接輸入口（P04P07）用于鍵盤情況的輸入，另外四端接輸出口（P00P03）用于給鍵盤掃描信號(hào)。數(shù)碼管顯示在使用時(shí)一要接上拉電阻（這是有單片機(jī)P0口的物理特性決定的），二是要加限流電阻以使流進(jìn)單片機(jī)的小于單片機(jī)所能承受的電流。音樂處理LM386將單片機(jī)P10口送過來的信號(hào)進(jìn)行20倍的功率放大并送揚(yáng)聲器進(jìn)行音樂的播出。43仿真圖圖14仿真圖5PCB印制板制作51印制板制作的要求（1）電源線、地線應(yīng)各設(shè)置一條總線；（2）線寬盡可能的寬；（3）應(yīng)減少軟線跳線的使用；（4）元器件排版要均勻，按模塊排版，防止各模塊信號(hào)干擾；（5）銅箔線不可以產(chǎn)生銳角。52印制電路板圖圖15主控電路PCB板圖圖16輸入按鍵PCB板圖6系統(tǒng)調(diào)試電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分為三大部分硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。61軟件仿真調(diào)試軟件仿真調(diào)試主要是針對(duì)單片機(jī)部分進(jìn)行調(diào)試。在軟件運(yùn)行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要通過目測(cè)，用來完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。在確保軟件仿真電路正常，無異常情況斷路或短路方可進(jìn)行軟件運(yùn)行，在本次設(shè)計(jì)中，軟件運(yùn)行主要是測(cè)試單片機(jī)鍵盤控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。1、數(shù)碼管LED電路調(diào)試軟件運(yùn)行，隨機(jī)按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字；2、單片機(jī)鍵盤控制部分調(diào)試軟件運(yùn)行，隨機(jī)按動(dòng)鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的音正確。62軟件調(diào)試調(diào)試主要方法和技巧通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試。7調(diào)試結(jié)論通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)部分功能已實(shí)現(xiàn)。可以隨意演奏一首喜歡的曲子，并可以顯示在數(shù)碼管上?；具_(dá)到預(yù)定的效果。畢業(yè)設(shè)計(jì)是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提高了我運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來解決面臨實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱各種文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及軟件編程排版的水平。附錄1元器件清單名稱參數(shù)數(shù)量備注排阻84702RP1,RP2SIP23J0,J1,J3插排SIP82J4,J5鍵盤直鍵開關(guān)16K1K16CC13V30PF2C21,C22CL103V00047U1C33CC13V01U3C12,C13,C31CD1163V10U1C32電容CD1125V470U3C11,C14,C23RT0125B4701R32RT0125B1K2R11,R21電阻RT0125B10K1R31晶振1105926MHZ1Y21揚(yáng)聲器駐極體電容式1數(shù)碼管DIP101DPY附錄2主要電路原理圖（最好將格子去掉，因打印時(shí)是黑白打印，擔(dān)心打的效果不好，另，將圖再弄清楚點(diǎn)）附錄3主要程序ORG0000H初始位置00HJMPSTARET跳到主程序ORG000BH定時(shí)器0中斷起始單元JMPTIME0跳到中斷程序STARETMOVTMOD,00000001B設(shè)定工作方式為1MOVIE,10000010B開中斷允許SETBTR0L1CALLKEY調(diào)用鍵盤掃描程序CLREA關(guān)中斷總允許JBF0,L1查詢鍵盤按下標(biāo)志MOVA,22H將鍵盤碼送單元AMOVDPTR,TABLE1MOVCA,ADPTR將查詢的數(shù)碼管顯示碼送AMOVP0,A將數(shù)碼管顯示碼送數(shù)碼管MOVA,22H將鍵盤碼送單元ARLA數(shù)據(jù)倍乘MOVDPTR,TABLEMOVCA,ADPTR將聲音編碼送AMOVTH0,A將聲音編碼高位給TH0MOV21H,A送聲音編碼給21H單元儲(chǔ)存MOVA,22HRLAINCAMOVCA,ADPTR取聲音編碼地位給AMOVTL0,A將聲音編碼送TL0MOV20H,A將聲音編碼低位送20H儲(chǔ)存L2CALLKEY調(diào)用江畔掃描程序SETBEA開斷總允許JBF0,L1查詢鍵盤按下標(biāo)志JMPL2沒有轉(zhuǎn)L2循環(huán)/鍵盤掃描程序/KEYSETBF0鍵盤按下標(biāo)志至1MOVR3,0F7HR3送掃描碼MOVR1,00HR1初始為0L3MOVA,R3將掃描碼送AMOVP2,A將掃描碼送P2掃描MOVA,P2讀取鍵盤狀態(tài)SETBC進(jìn)位至1MOVR5,04H將4給R5單元，用于行掃描L4RLC