單片機課設(shè)設(shè)計論文：基于STC89C51單片機的簡易電子琴設(shè)計

1、單片機課程設(shè)計論文題 目：基于單片機的簡易電子琴設(shè)計 學(xué) 院：機電工程學(xué)院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 姓 名: # # # 指導(dǎo)教師: 完成日期: 2012-12-27 目 錄摘要1緒論.21方案論證31.1原理圖31.2主體方案31.3系統(tǒng)方案設(shè)計及主控芯片介紹41.3.stc89c51簡介51.3.1單片機工作原理81.3.2數(shù)碼管132實現(xiàn)過程142.1.1 程序設(shè)計內(nèi)容142.1.2 i/o并行口直接驅(qū)動led顯示142.2 音樂產(chǎn)生的方法152.2.1 原理152.2.2 程序框圖163全文總結(jié)173.1結(jié)束語18參考文獻(xiàn)19附錄201.電路原理圖202.程序框圖213.系統(tǒng)流程圖

2、224.語言源程序23摘 要在現(xiàn)代各種生活中，電子琴作為一種音樂型玩具 ，廣泛用于與人們的日常生活中。市場上有各種各樣的電子琴。特別是日本產(chǎn)的，音質(zhì)優(yōu)美，它是有專門的音樂控制芯片制造的。由于其價格較貴，無法大面積普及，且功能單一。用89c51作為主控中心，研制一種簡易的微型電子琴，盡可能地體現(xiàn)較好的音質(zhì)來，是一種可做的嘗試。 以單片機為核心設(shè)計的簡易電子琴系統(tǒng)，由按鍵掃描電路、聲音產(chǎn)生驅(qū)動電路、復(fù)位電路、等模塊組成的，是一種比較實用、廉價的電子玩具。 本論文所設(shè)計的簡易電子琴，它分為兩大部分，硬件電路的設(shè)計和軟件的設(shè)計。硬件電路的設(shè)計以at89s51單片機為控制主板，輔以外圍的擴展設(shè)備蜂鳴器、

3、矩陣鍵盤、共陽數(shù)碼管，形成一個可被控制的顯示系統(tǒng)。軟件設(shè)計通過控制單片機內(nèi)部的定時器t0來產(chǎn)生不同頻率的方波,驅(qū)動喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音.再利用延遲來控制發(fā)音時間的長短,即可控制音調(diào)中的節(jié)拍.把樂譜中的音符對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換為定時常數(shù),把相應(yīng)的節(jié)拍變換為定時常數(shù),然后作成表格存放在儲存器中,由程序查表得到定時常數(shù)和延時常數(shù),分別用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率和該頻率方波的持續(xù)時間.當(dāng)延遲常數(shù)到時,再查下一個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù).依次進(jìn)行下去,就可演奏悅耳動聽的音樂.主要實現(xiàn) 1能夠發(fā)出1.2.3.4.5.6.7等七個音符。2能自動演奏完，自選的一首歌曲兩種功能。 緒 論 本次設(shè)計的簡易電子琴在其

4、功能上能用單片機控制蜂鳴器發(fā)聲，擬合出樂曲曲調(diào)。能夠相應(yīng)按鍵，進(jìn)行簡單的樂曲彈奏。 本次設(shè)計是以單片機為基礎(chǔ),在論文中大概講述了一下單片機的原理。 在此次設(shè)計中，簡易電子琴的外圍設(shè)備主要有以下二個部分： 1、發(fā)聲器件的選擇：發(fā)聲器件比較多，例如喇叭、蜂鳴器、電鈴等。這次發(fā)聲元件采用蜂鳴器，蜂鳴器價格便宜，控制簡單，廣泛用于各種電子產(chǎn)品和玩具。本設(shè)計為保證聲音的響亮，通過三極管進(jìn)行電流放大，增加聲音的響度。 2、 按鍵部分的設(shè)計：在本電路的按鍵接口設(shè)計，按鍵數(shù)量比較多。 3、數(shù)碼管顯示電路：為指示出當(dāng)前演奏的曲目標(biāo)號和顯示當(dāng)前按下的鍵號，我們采用1位數(shù)碼管作為顯示部件，為了節(jié)省成本，采用i/o口

5、直接驅(qū)動數(shù)碼管。這樣設(shè)計充分利用了單片機的資源，使此設(shè)計才功能上很豐富、完善。1 方案論證1.1原理圖1.2主體方案 本文就是從單片機stc89c51入手，通過使用stc89c51的內(nèi)部的可編程定時器/計數(shù)器，結(jié)合對外接晶振的調(diào)節(jié)來確定一個合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機器周期。該簡易電子琴通過控制單片機內(nèi)部的定時器t0來產(chǎn)生不同頻率的方波,驅(qū)動喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音.再利用延遲來控制發(fā)音時間的長短,即可控制音調(diào)中的節(jié)拍.把樂譜中的音符對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換為定時常數(shù),把相應(yīng)的節(jié)拍變換為定時常數(shù),然后作成表格存放在儲存器中,由程序查表得到定時常數(shù)和延時常數(shù),分別用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率和該頻率方

6、波的持續(xù)時間.當(dāng)延遲常數(shù)到時,再查下一個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù).依次進(jìn)行下去,就可演奏悅耳動聽的音樂顯示電路（89c51）主控模塊鍵掃描電路發(fā)聲電路1.3 主要芯片簡介1.3.1 stc89c51簡介一、 單片機的主要性能特點atmel公司生產(chǎn)的at89c51單片機采用高性能的靜態(tài)80c51設(shè)計，欲先進(jìn)工藝制造，并帶有非易失性flash程序儲存器。它是一它是一種高性能，低功耗的8位cmos微處理芯片，。主要性能特點有：8kb flash rom，可以擦除1000次以上。數(shù)據(jù)保存10年，256字節(jié)內(nèi)部ram 電源控制模式：時鐘可停止和恢復(fù)；空閑模式；掉電模式。6個中斷源4個中斷優(yōu)先級4個8位i

7、/o 口全雙工增強型uart3個16位定時/計數(shù)器，t9，t1和增加的t2全靜態(tài)工作方式：024mhz二 、單片機的引腳功能89c51單片機的引腳圖見圖2.2所示,其中有2條主電源引腳,2條外接晶體引腳,4條控制或其他電源復(fù)用引腳,32條i/o引腳。下面分別敘述這些引腳的功能。 圖2.2 89c51單片機的引腳圖vcc（40腳）：接電源+5v。vss（20腳）：接地 也就是 gnd。xtal1 （19 腳） 和 xatl2（18 腳）：接振蕩電路，單片機是一種時序電路 必須有脈沖信號才能工作 在它的內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路。psen（29 腳）：片外 rom 選通信號,低電平有效.他同樣可以驅(qū)動

8、8個lsttl輸入。ale/prog（30 腳）：地址鎖存信號輸出端/eprom 編程脈沖輸入端。為了使地址與數(shù)據(jù)不混淆,通常是先送地址再傳送數(shù)據(jù)。ale將p0口輸出的低8位地址鎖存,從而實現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。rst/vpd（9 腳）：復(fù)位信號輸入端/備用電源輸入端。當(dāng)振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，將使單片機復(fù)位。vcc掉電期間,此引腳可以接上備用電源,以保存內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失;當(dāng)vcc低于規(guī)定水平時,vpd向內(nèi)部ram提供備用電源。ea/vpp（31）：內(nèi)/外部 rom 選擇端。當(dāng)ea端保持高電平時，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，只訪問外部程序存儲器。當(dāng)ea端保持

9、低電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器。p0 口（p0.0p0.7共8個引腳,既39-32 腳）：雙向 三態(tài)i/o 口。在訪問外部存儲器時,可分別用低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線;p0口可以驅(qū)動8個lsttl p1輸入。p1 口（p1.0p1.7共8個引腳,既1-8 腳）p1口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/0 口,在eprom編程和程序驗證時,它接受低8位地址,能驅(qū)動4個lsttl輸入。p2 口（p2.0p2.7共8個引腳,既21-28 腳）：p2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/0 口, 在eprom編程和程序驗證時,它接受高8位地址,能驅(qū)動4個lsttl輸入。p3 口 （p0.0p0.7共8個引

10、腳,既10-17 腳）：p3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/0 口。他是個多用途口。在這8個引腳里，其中p3.2的第二功能是外部中斷0申請輸入端；p3.3的第二功能是外部中斷1申請輸入端；p3.4的第二功能是定時器0申請輸入端。三 、單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組成結(jié)構(gòu)單片機是由中央處理器（cpu）、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ram）、片內(nèi)程序存儲器（rom）和輸入輸出接口（i/o口）四大部分組成： cpu是單片機的核心部分。其作用是讀入和分析每條指令，根據(jù)指令要求控制各個部件執(zhí)行相應(yīng)的操作，它包括運算器和控制器兩大部分：一是運算器包括算術(shù)邏輯部件(alu)、累加器a、暫存寄存器、寄存器b、程序狀態(tài)寄存器（p

11、sw），十進(jìn)制調(diào)整電路等。運算器主要用于實現(xiàn)算術(shù)/邏輯運算及位操作運算。二是控制器包括時鐘發(fā)生器,定時控制邏輯,指令寄存器,指令譯碼器,程序計數(shù)器pc,程序地址寄存器,數(shù)據(jù)指令寄存器dptr和堆棧指針sp等?？刂破魇怯脕斫y(tǒng)一指揮和控制計算機進(jìn)行工作的部件。 單片機存儲器，單片機在物理上有4個存儲空間:片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器, 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器.8051片內(nèi)有4kb的程序存儲器和256b數(shù)據(jù)存儲器。下面分別介紹程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。8051單片機內(nèi)部有4kb的片內(nèi)rom和64kb的片外rom,兩者是統(tǒng)一編址的。數(shù)據(jù)存儲器8051內(nèi)

12、部有256b ram,片外最多可以擴展64kb ram。片內(nèi)256 kb ram按其功能劃分兩部分:低128b位片內(nèi)數(shù)據(jù)ram區(qū),地址空間為00h7fh;高128b位特殊功能寄存器的區(qū)域.地址空間為80hffh。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元，8051內(nèi)部低128b ram是真正的ram,可用于暫存運算結(jié)果及標(biāo)志位等.按其用途可以分為三部分:工作寄存器區(qū);位尋址區(qū);用戶ram區(qū)。內(nèi)部ram的高于128單元是供給特殊功能寄存器使用，因此稱特殊功能寄存器： 指令寄存器ir和指令譯碼器id。指令寄存器是存放指令代碼的地方。當(dāng)執(zhí)行指令時，cpu把從程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，然后指令譯碼器譯

13、碼后由定時控制電路發(fā)生相應(yīng)的控制信號，最終完成指令所規(guī)定的操作。 程序計數(shù)器pc是一個16位的計數(shù)器。用于存放將要執(zhí)行的指令地址,cpu每讀取指令的一個字節(jié)pc便自動加1,指向本指令的下一個字節(jié)或下一條指令地址,pc可以尋址64kb范圍rom。 累加器是一個最常用的8位特殊功能寄存器,它可以用于存放操作數(shù),也沒有用于來存放運算結(jié)果。 寄存器b是一個8位寄存器,主要用于乘法和除法的運算, 狀態(tài)字寄存器psw是8位寄存器,用于存放程序運行狀態(tài)信息,其格式如下圖2.3所示 。 圖2.3 程序狀態(tài)字pswcy（psw.7）：進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加法（或減法）運算時，若運算結(jié)果最高位有進(jìn)位或借位，則cy自

14、動置“1”，否則cy置“0”，在進(jìn)行布爾操作運算時，cy（簡稱c）作為布爾處理器。ac(psw.6)：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。當(dāng)進(jìn)行加法或減法時，若低4位向高4位有進(jìn)位（或借位）時，ac被置“1”，否則ac被置“0”。在十進(jìn)制調(diào)整指令中ac還作為十進(jìn)制調(diào)整的判別位。f0(psw.5)：用戶標(biāo)志位。用戶可用軟件對f0位置“1”或清“0”以決定程序的流向。ov(psw.2)：溢出標(biāo)志位，當(dāng)運算結(jié)果溢出時ov為“1”，否則為“0”，此標(biāo)志位反映了運算結(jié)果是否溢出。p（psw.0）：奇偶標(biāo)志位。mcs-51單片機采用的是偶校驗。當(dāng)累加器a中“1”的個數(shù)為奇數(shù)時，p置“1”，否則p置“0”。此位反映累加器a中內(nèi)

15、容“1”的奇偶性，它常常用于機間通信。rs1(psw.4)、rs0(psw.3)：工作寄存器區(qū)選擇位。用來選擇當(dāng)前工作的寄存器區(qū)。用戶通過改變rs1 、rs0的內(nèi)容來選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)。 堆棧指針sp 數(shù)據(jù)指針寄存器dptr是一個16位寄存器,由高位字節(jié)dph和低位字節(jié)dpl組成,用來存放16位數(shù)據(jù)存儲器的地址,以便對外部數(shù)據(jù)存儲器ram數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。 工作寄存器mcs-51有32個工作寄存器，分為四個區(qū)（或組）每個區(qū)為8個寄存器r0、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7，每一時刻只有一個區(qū)工作。由psw寄存器中的rs1、rs0的值來決定當(dāng)前的工作區(qū)： 當(dāng) rs1 rs000時，0區(qū)為工

16、作區(qū)， rs1rs001時，1區(qū)為工作區(qū) rs1rs010時，2區(qū)為工作區(qū) rs1rs011時，3區(qū)為工作區(qū)這32個工作寄存器不但有它們的名稱和區(qū)號，而且還有地址。00h-1fh共32個單元。 00h07h為0區(qū)，分別對應(yīng)r0r7 08h0fh為1區(qū)，分別對應(yīng)r0r7 10h17h為2區(qū)，分別對應(yīng)r0r7 18h1fh為3區(qū)，分別對應(yīng)r0r7這32個單元為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（即片內(nèi)ram）的00h1fh存貯空間，這與普通微機中的通用寄存器基本相同，所不同的是，普通微機的通用寄存器只有名稱，不占有ram空間，因此只有名字，沒有對應(yīng)的地址；而mcs-51單片機的工作寄存器r0r7既可以用名字也可以用它

17、的地址來表示。其中r0、r1寄存器除做工作寄存器外還常做間址尋址的地址指針單片機的輸入/輸出端口c51中有4個位并行輸入/輸出端口記為p0、p1、p2、p3共32根線。每個并行i/o口都可以用作輸入/輸出,所以稱它們?yōu)殡p向i/o口。p0口有位， p0口有兩個用途,一是作為普通i/o口使用;二是作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。p0口作為普通i/o口使用: 當(dāng)控制線c=0時, mux開關(guān)向下, p0口作通用i/o口。這時與門輸入為0,場效應(yīng)管vt1截止。p0口作為分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線: p0口一般是作為地址/數(shù)據(jù)總線,這時控制線c=1,mux開關(guān)向上,使數(shù)據(jù)/地址經(jīng)反向器與場效應(yīng)管vt2接通,當(dāng)數(shù)據(jù)輸

18、入時,數(shù)據(jù)信號從引腳通過輸入緩沖器2進(jìn)入內(nèi)部總線。p1口是一個專用的8位準(zhǔn)雙向i/o口，只具有通用輸入/輸出口功能，每一位都能設(shè)定為輸入或輸出。p1口的驅(qū)動部分與p0口不同,內(nèi)部有上拉電阻。p2口是一個8位準(zhǔn)雙向i/o口，具有兩種功能。一是作通用i/o口用，與p1口相同。二是作擴展系統(tǒng)的高8位地址總線。p3口也是一個8位準(zhǔn)雙向i/o口，不但可以作通用i/o口使用，還具有第二功能。當(dāng)工作在第二功能時，每位都具有新的功能，當(dāng)p3口作通用i/o口時，與p1口相同。1.3.2單片機的工作原理一、 振蕩器與時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。at89c51的時鐘產(chǎn)生方法有以下兩種： 內(nèi)部

19、時鐘方式 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳xtal1和引腳 xtal2兩端接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路，如圖2.4（在圖中的外接線，上面的外接線接引腳xtal1，下面的外接線接引腳xtal2）外接晶振時，c1和c2的值通常選擇我30pf左右；外接陶瓷諧振器時c1和c2的值大約為47pf。c1、c2對頻率有微調(diào)作用，晶體或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.212mhz之間選擇。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近。 圖2.4 單片機外接振蕩電路外部時鐘方式 此方式是利用外部振蕩脈沖接入xtal

20、1或 xtal2。chmos(互補金屬氧化物hmos)是cmos和hmos(高密度溝道m(xù)os工藝)的結(jié)合,除了保持hmos高速度和高密度之外,還有cmos低功耗的特點.兩類器件的功能是完全兼容的,區(qū)別在chmos器件具有低功耗的特點.它所消耗的電流比hmos器件少很多,主要在于其采用了兩種降低功耗的方式:空閑方式和掉電方式.chmos器件在掉電方式(cpu停止工作,片內(nèi)ram的數(shù)據(jù)繼續(xù)保持)下時,消耗的電流可低于10a.采用chmos的器件在編號中用一個c來加以區(qū)別: 如80c51,80c31等. 外部時鐘信號通過一個二分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部的時鐘信號，要求高、低電平的持續(xù)時間都大于20ns，

21、一般為頻率低于12hz的方波。這種方式適用于多塊芯片同時工作，便于同步。片內(nèi)時鐘發(fā)生器就是上述的二分頻觸發(fā)器，它向芯片提供了一個2節(jié)拍的時鐘信號。 根據(jù)以上兩種方式的特點，在次設(shè)計中從而采用了第一種方式。第一種方式比第二種更簡潔為次設(shè)計而變的簡單化。其圖2.5就是本次設(shè)計中時鐘信號產(chǎn)生的外部電路圖。其中電容值所選用的是30pf，為了提高秒計時的精確度，采用12mhz的晶振。二、 單片機的工作方式單片機有三種工作方式：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式以及節(jié)電工作方式。單片機復(fù)位方式:單片機復(fù)位方式有上簡單復(fù)位電路和采用專用復(fù)位電路芯片構(gòu)成復(fù)位電路兩種。簡單復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動復(fù)位。不管那種方式都要保證

22、在reset引腳上提供10ms以上的穩(wěn)定高電壓。本次設(shè)計中采用的是按鍵式復(fù)位電路。程序執(zhí)行方式：（a）連續(xù)執(zhí)行方式（b）單步執(zhí)行方式節(jié)電工作方式：（a）hmos單片機的掉電工作方式（b）chmos單片機的節(jié)電工作方式三 、單片機外部并行擴展原理單片微機是通過芯片的引腳進(jìn)行系統(tǒng)擴展的。80c51系列帶總線的單片微機芯片引腳可以構(gòu)成圖81所示的三總線結(jié)構(gòu)即地址總線（ab）數(shù)據(jù)總線（db）和控制總線（cb）。具有總線的外部芯片都通過這三組總線進(jìn)行擴展。（1）地址總線（ab）地址總線由單片微機p0口提供 低8位地址a0a7，p2口提供高8位地址a8a15。p0口是地址總線低8位和8位數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，只

23、能分時用作地址線。故p0口輸出的低8位地址a0a7必須用鎖存器鎖存。鎖存器的鎖存控制信號為單片微機ale引腳輸出的控制信號。在ale的下降沿將p0口輸出的地址a0a7鎖存。p0、p2口在系統(tǒng)擴展中用做地址線后便不能作為一般i/o口使用。由于地址總線寬度為16位，故可尋址范圍為64 kb。（2）數(shù)據(jù)總線（db） 數(shù)據(jù)總線由p0口提供，用d0d7表示。p0口為三態(tài)雙向 口為三態(tài)雙向口，是應(yīng)用系統(tǒng)中使用最為頻繁的通道。所有單片微機與外部交換的數(shù)據(jù)、指令、信息，除少數(shù)可直接通過p1口外，全部通過p0口傳送。數(shù)據(jù)總線是并連到多個連接的外圍芯片的數(shù)據(jù)線上，而在同一時間里只能夠有一個是有效的數(shù)據(jù)傳送通道。哪

24、個芯片的數(shù)據(jù)通道有效，則由地址線控制各個芯片的片選線來選擇。 (3)控制總線（cb） 控制總線包括片外系統(tǒng)擴展用控制線和片外信號對單片微機的控制線。mcs51系列中有5個中斷源(或6個中斷源)，如圖所示。它們可分為2個優(yōu)先級其中每一個中斷源的優(yōu)先級都可以由程序排定。5個中斷源的中斷要求是否會得到響應(yīng)，受允許中斷寄存器ie中各位的控制；它們的優(yōu)先級分別由中斷優(yōu)先級寄存器ip的各位確定；同優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時要求中斷時，還要靠內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應(yīng)的次序，不同的中斷源有不同的中斷向量。52子系列的中斷系統(tǒng)與此類同，只不過增加了一個中斷源。1.允許中斷寄村器ie(1)ea(ie7總允許位。ea=

25、0禁止一切中斷。eal，則每個中斷源是允許還是禁止，分別由各自的允許位確定。(2)一(ie 6)保留位。 (3)et2(ie5)定時器2中斷允許位。et20，禁止定時器2中斷。 (4)es(ie.4)串行口中斷允許位。es0，禁止串行口中斷。 (5)etl(ie.3)定時器1中斷允許這。et10，禁止定時器1中斷。 (6)exl(ie.2)外部中斷l(xiāng)允許位。ex10，禁止外部中斷1。 (7)et0(ie.1)定時器0中斷允許位。et00，禁止定時器0中斷。 (8)ex0(ie .0)外部中斷0允許位。ex00，禁止外部中斷02.中斷優(yōu)先級寄存器ip mcs51的中斷分為2個優(yōu)先級。每個中斷源的

26、優(yōu)先級都可以通過中斷優(yōu)先級寄存器ip中的相應(yīng)位來設(shè)定。其中：(1)一(ip.7)保留位。 、(2)一(ip .6)保留位。(3)pt2(ip.5)定時器2中斷優(yōu)先級設(shè)定位。pt2l，設(shè)定為高優(yōu)先級。(4ps(1p.4)串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位。ps1，設(shè)定為高優(yōu)先級o(5)pt1(1p.3)定時器1中斷優(yōu)先級設(shè)定位。ptl1設(shè)定為高優(yōu)先級。(6)pxl(ip.2)外部中斷1優(yōu)先級設(shè)定位。pxl1，設(shè)定為高優(yōu)先級。(7)pt0(ip.l)定時器0中斷優(yōu)先級設(shè)定位。pt01，設(shè)定為高優(yōu)先級。(8)px0(1p0)外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位。px01，設(shè)定為高優(yōu)先級。3.優(yōu)先級結(jié)構(gòu)靠ip寄存器把各中斷源的

27、優(yōu)先級分為高低兩級。它們遵循這樣兩條基本規(guī)則：(1)低優(yōu)先級中斷可被高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能；(2)一種中斷(不管是什么優(yōu)先級)一旦得到響應(yīng)，與它同級的中斷不能再中斷它。 為了實現(xiàn)這兩條規(guī)則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部包含兩個不可尋址的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器。其中一個觸發(fā)器指示某高優(yōu)先級的中斷正在得到服務(wù)，所有后來的中斷都被阻斷。另一個觸發(fā)器指示某低優(yōu)先級的中斷正得到服務(wù)，所有同級的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷。 當(dāng)同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷要求時，哪一個要求得到服務(wù)，取決于內(nèi)部的查詢順序，相當(dāng)于在每個優(yōu)先級內(nèi)，還同時存在另一個輔助優(yōu)先結(jié)構(gòu)。如；中斷源 同級內(nèi)的優(yōu)先權(quán)外部中斷0 最高定時器/計數(shù)

28、器0溢出外部中斷1定時器/計數(shù)器1溢出串行口定時器/計數(shù)器2溢出 最低在每一機器周期中，所有中斷源都順序地被檢查一遍；這樣到任一周期的s6狀態(tài)時，找到了所有已激活的中斷請求，并排好了優(yōu)先權(quán)。在下一機器周期的s1狀態(tài)，只要不受阻斷就開始響應(yīng)其中最高優(yōu)先級的中斷請求。若發(fā)生下列情況，中斷響應(yīng)會受到阻斷：(1)同級或高優(yōu)先級的中斷已在進(jìn)行中；(2)正在執(zhí)行的指令，尚未完成其最后一個機器周期(換言之，正在執(zhí)行的指令完成前，任何中斷請求都得不到響應(yīng))； (3)正在執(zhí)行的是一條reti或者訪問專用寄存器ie或ip的指令(換言之，在reti或者讀寫ie或ip之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，而至少在執(zhí)行一條其他指

29、令之后才會響應(yīng))。若存在上述任一種情況，中斷查詢結(jié)果就被取消。否則在緊接著的下一個機器周期，中斷查詢結(jié)果變?yōu)橛行А?.中斷響應(yīng)協(xié)議 當(dāng)某中斷源提出中斷請求后，作為應(yīng)答，cpu首先使相應(yīng)的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器置位，以阻斷同級和低級的中斷。然后，根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下，程序轉(zhuǎn)向相應(yīng)的向量單元，執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。 硬件中斷服務(wù)子程序調(diào)用時，把當(dāng)時程序計數(shù)器pc的內(nèi)容壓入堆棧(在mcs5l中，pc是16垃的，占用了2個字節(jié)，沒有自動保存程序狀態(tài)字psw的內(nèi)容)，同時還根據(jù)中斷的來源，把相應(yīng)的向量單元地址裝入pc中。這些向量地址是： 中斷源 向量單元 外部中斷0 0003h 定時器0溢出 0

30、00bh 外部中斷1 00l3h定時器1溢出 001bh串行口 0023h定時器2溢出或t2ex端出現(xiàn)負(fù)跳變 002bh中斷服務(wù)子程序的最后一條指令應(yīng)是reti(中斷返回)。reti指令將清除”優(yōu)先級激活”觸發(fā)器(該觸發(fā)器在響應(yīng)中斷時被置位)。然后由堆棧彈出兩個字節(jié)(下一條指令地址)裝入到pc中。5.外部中斷 外部中斷的激活方式分為兩種：一種是電平激活另一種是邊沿激活。這兩種方式可以靠tcon寄存器中的中斷方式位iti或it0來控制。若itx0(x為0或l，后文中用到類同的符號，其含意相似)，則采用電平激活方式：在引腳上檢測到低電平，將觸發(fā)外部中斷。若itx1則采用邊沿激活方式：在相繼的兩個周

31、期中，對引腳進(jìn)行連續(xù)兩次采樣，若第一次采樣值為高，第二次為低，則tcon寄存器中的中斷請求標(biāo)志iex被置1，以請求中斷。由于外部中斷引腳每個機器周期被采樣一次，為確保采樣，由引腳輸入的信號應(yīng)至少保持一個機器周期，即12個振蕩器周期。如果外部中斷為邊沿激活方式，則引腳處的高電平和低電平值至少各保持一個機器周期，才能確保cpu檢測到電平的跳變，而把中斷請求標(biāo)志iex置1。如果采用電平激活外部中斷方式，外部中斷源應(yīng)一直保持中斷請求有效直至所請求的中斷得到響應(yīng)時為止。6 .中斷請求的撤除 cpu響應(yīng)某中斷請求后，在中斷返回(reti)前，該中斷請求應(yīng)該撤除，否則會引起另一次中斷。 對于定時器0或1溢出

32、中斷，cpu在響應(yīng)中斷后，就用硬件清除了有關(guān)的中斷請求標(biāo)志tf0(tcon.5)或tfl(tcon.?)，即中斷請求是自動撤除的，無需采取其他措施。對于邊沿激活的外部中斷，cpu在響應(yīng)中斷后，也甩硬件清除了有關(guān)的中斷請求標(biāo)志ie0(tcon.1)，或iel(tcon.3), 自動撤除了中斷請求。 對于電平激活的外部中斷，由于在硬件上，cpu對和引腳的信號完全沒有控制(在專用寄存器中，沒有相應(yīng)的中斷請求標(biāo)志)，也不像某些微處理機那樣響應(yīng)中斷后會自動發(fā)出一個應(yīng)答信號。因此在mc55l的用戶系統(tǒng)中，要另外采取撤除外部中斷的措施。例如，可以利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對中斷源信號進(jìn)行整形，使之符合要求。7.中斷響

33、應(yīng)時間 現(xiàn)以外部中斷為例，說明中斷響應(yīng)的最短時間。在每個機器周期的s5p2，和端的電平被鎖到內(nèi)部保持寄存器中，而實際上在下一個周期才會查詢這些值。如果中斷請求有效，一般情況下，下一條要執(zhí)行的指令將是一條硬件子程序調(diào)用指令，調(diào)用所要求的服務(wù)程序。調(diào)用本身要花費兩個機器周期。這樣，從外部中斷請求有效到開始執(zhí)行服務(wù)程序的第一條指令，中間要隔3個周期，這是最短的響應(yīng)時間。 如果發(fā)生了第3節(jié)所述的3種情況之一，那么中斷請求受阻，中斷響應(yīng)時間會更長些。如果一個同級的或高優(yōu)先級的中斷已經(jīng)在進(jìn)行，則很顯然，附加的等待時間將取決正在進(jìn)行的中斷服務(wù)程序。若正在執(zhí)行的一條指令還沒有進(jìn)行到最后一個周期，那么附加的等待

34、時間不會超過3個周期，因為一條指令的最長執(zhí)行時間為4個周期(mul和div)。如果正在執(zhí)行的是reti指令或者是訪問ie或ip的指令，則附加的等待時間不會超過5個周期(為完成正在執(zhí)行的指令，還需要一個周期，加上為完成下一條指令所需要的最長時間4個周期，故最長為5個周期)。若系統(tǒng)中只有一個中斷源，則響應(yīng)時間在3個同期到8個周期之間。1.3.2數(shù)碼管段數(shù)碼管a、段及小數(shù)點上加限流電阻b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80ma（每段 10ma）；動態(tài)：平均電流 4-5ma 峰值電流 100ma上面這只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共

35、陰極的是一樣的。數(shù)碼管使用注意事項說明：（1）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；（2）焊接溫度：260度；焊接時間：5s（3）表面有保護膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。 程序設(shè)計內(nèi)容 （1）led數(shù)碼顯示原理: 七段led顯示器內(nèi)部由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的極管的接線形式，可分成共陰極型和共陽極型。 led數(shù)碼管的ga七個發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不以發(fā)亮，不同亮暗的組合就能形成不同的字形，這種組合稱之為字形碼，下面給出共陰極的字形碼表（如表2-1所示）表2-1 字形碼表table 2-1 font code table“0”3fh“8”7f

36、h“1”06h“9”6fh“2”5bh“a”77h“3”4fh“b”7ch“4”66h“c”39h“5”6dh“d”5eh“6”7dh“e”79h“7”07h“f”71h（2)由于顯示的數(shù)字09的字形碼沒有規(guī)律可循，只能采用查表的方式來完成我們所需的要求了。這樣我們按著數(shù)字09的順序，把每個數(shù)字的筆段代碼按順序排好！建立的表格如下所示：tabledb 3fh，06h，5bh，4fh，66h，6dh，7dh，07h，7fh，6fh。2.2 音樂產(chǎn)生的方法2.2.1 音樂相關(guān)知識樂音聽起來有的高，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，不同音商的樂

37、音是用c、d、e、f、g、a、b表示的，這7個字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成do、re、mi、fa、so、la、si，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。音持續(xù)時間的長短即時值，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，而每個音符對應(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)對應(yīng)的延時，構(gòu)成音樂。2.2.2 如何用單片機實現(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)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以用延時來實現(xiàn)，如果1/4拍的延時是0.4秒，則1拍的延時是1.6秒，只要知道1/4拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪

38、數(shù)。如果單片機要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實現(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。對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機的另外一個定時/計數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（c調(diào)）具體如下表：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)2/4125ms 音樂節(jié)拍表2.3.3如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣

39、的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應(yīng)的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關(guān)系。在本設(shè)計中，單片機工作于12mhz時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器t0，工作模式為1，改變計數(shù)值th0和tl0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下，c調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值t的對照如下表: 音符頻率與計數(shù)值t的對照表t的值決定了th0和tl0的值，其關(guān)系為：th0=t/256，tl0=t%2562.3程序框圖音樂發(fā)聲程序框圖如圖2-4所示:圖2-4 音樂發(fā)聲程序框圖3 總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我們學(xué)到了不少課本上沒有的知識，也鍛煉了自己的動手能力，將以前學(xué)過的零散的知識串到一起。首先在課程設(shè)計剛開始的調(diào)研階段，我們

40、學(xué)會了怎么通過各種方式查詢相關(guān)的資料。通過對這些資料的學(xué)習(xí)，我們大致了解了單片機的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，認(rèn)識到目前單片機方面的各種各樣的發(fā)展，和它們之間的競爭。了解了單片機方面的先進(jìn)技術(shù)，這些都為我們的未來的學(xué)習(xí)指明了方向。我們的課程設(shè)計主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我們的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作?；菊莆樟藀rotel99se原理圖的方法，并設(shè)計了一個單片機最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設(shè)計和硬件搭建的過程，使我們對51系單片機的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機常用的外圍電路引腳和連接方法，如led數(shù)碼管，鍵盤等

41、。在軟件方面，通過串行口調(diào)試工具的開發(fā)，使我加深了對累封裝的理解，熟悉了51系列單片機內(nèi)部的寄存器和編程規(guī)則，以及如何控制外圍電路。結(jié) 束 語將程序燒入芯片,調(diào)試成功后,可任意彈奏自己想要的旋律。本研究通過制作電子琴，將幾個模塊很好的融合起來，對使用單片機設(shè)計簡易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹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(dá)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

42、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，同時通過顯示模塊來確知自己所彈的音符。 不足之處有：1.可彈奏的音符數(shù)較少，只能在一定范圍內(nèi)滿足用戶需要?？赏ㄟ^改進(jìn)鍵盤識別模塊和發(fā)生模塊來增加其復(fù)雜度。 2.音量不可調(diào)?？赏ㄟ^改進(jìn)功放電路，即在lm386的1腳和8腳間增加一直外界電阻和電容，將3腳與地之間的電阻換為10k的變阻，即可調(diào)節(jié)其放大增益。參考文獻(xiàn)1 陳明熒8051單片機課程設(shè)計實訓(xùn)教材m北京：清華大學(xué)出版社，2003年9月2 徐新艷單片機原理、應(yīng)用與實踐m北京：高等教育出版社，2005年3月3 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉8051單片機實踐與應(yīng)用m第一版北京：清

43、華大學(xué)出版社，2002年4 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉，8051單片機實踐與應(yīng)用m清華大學(xué)出版社，20015 馮博琴，微型計算機原理與接口技術(shù)m清華大學(xué)出版社，20046 張毅剛，mcs-51單片機應(yīng)用設(shè)計m哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20047 張淑清，姜萬錄等，單片微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用m國防工業(yè)出版社，20038 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉，8051單片機實踐與應(yīng)用m清華大學(xué)出版社，20019 馮博琴，微型計算機原理與接口技術(shù)m清華大學(xué)出版社，200410 張毅剛，mcs-51單片機應(yīng)用設(shè)計m哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，200411 龍威林,楊冠聲,胡山.單片機應(yīng)用入門:at89s51和avrm.北京:化

44、學(xué)工業(yè)出版社,2008. 12 黃鑫,馬善農(nóng),趙永科.基于cpld的電子琴研究與設(shè)計j.科技廣場,2007(5). 13 趙亮,侯國銳.單片機c語言編程與實例m.北京:人民郵電出版社,2003. 14 楊恢先,黃輝先.單片機原理及應(yīng)用m.北京:人民郵電出版社,2006. 15 張虹.單片機原理及應(yīng)用m.北京:中國電力出版社,2009. 16 李云鋼,鄒逢興,龍志強. 單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)計j.北京:中國水利水電出版社,2008.附 錄電路原理圖：程序框圖程序框圖如圖所示：系統(tǒng)程序流程如圖所示：程序開始關(guān)閉定時器，進(jìn)行下一次琴鍵識別延遲10ms讀p0口的狀態(tài)y再讀p0口的狀態(tài)判斷是否是抖動n啟動

45、定時器t0判斷是幾號琴鍵，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序查表得相應(yīng)琴鍵的定時初值重裝定時器t0處值對p1.0求反中斷返回y等待中斷，并判斷此次琴鍵是否被釋放 語言源程序#include#defineuchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char count,m;sbit kai=p24;sbit key0=p10;sbit key1=p11;sbit key2=p12;sbit key3=p13;sbit key4=p14;sbit key5=p15;sbit key6=p16;sbit key7=p30;sbit key8=p31;sb

46、it key9=p32;sbit key10=p33;sbit key11=p22;sbit key12=p35;sbit key13=p36;sbit key14=p34;uint code table1=64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030;uint code table2=65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283;uchar code tab1= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x

47、71;uchar code tab2= 0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87, 0xff,0xef,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar sth0;uchar stl0;unsigned char code song = /祝你平安0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x20,0x10,0x20,0x80,0x26,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x30,0x10,0x30,0x80,0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0

48、x20,0x1c,0x20,0x20,0x80,0x2b,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x2b,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x80,0x26,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x26,0x10,0x26,0x60,0x40,0x10,0x39,0x10,0x26,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x26,0x10,0x26,0x80,0x26,0x20,0x2b,0x10,0x2b,0x10,0x2b,0x20,0x30,0x10,0x39,0x10,0x26,0x10,0x2b,0

49、x10,0x2b,0x20,0x2b,0x40,0x40,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,0x2b,0x10,0x26,0x30,0x30,0x80,0x18,0x20,0x18,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x40,0x26,0x20,0x2b,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x20,0x80,0x1c,0x20,0x1c,0x20,0x1c,0x20,0x30,0x20,0x30,0x60,0x39,0x10,0x30,0x10,0x20,0x20,0x2b,0x10,0x26,0

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