課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的可存儲(chǔ)式電子琴設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)成 績(jī) 課程題目 ： 基于單片機(jī)的可存儲(chǔ)式電子琴設(shè)計(jì) 學(xué) 院 ： 華東交通大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) ： 電子信息工程技術(shù)2008-1 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 20085120160108 指導(dǎo)老師 ： 完成時(shí)間 ： 2010年12月17日 可存儲(chǔ)式電子琴的設(shè)計(jì)摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，音樂(lè)逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說(shuō)喜歡音樂(lè)的人不會(huì)向惡。我們都會(huì)抽空欣賞世界名曲，作為對(duì)精神的洗禮。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴。我們對(duì)于電子琴如何實(shí)現(xiàn)其功能，如聲音強(qiáng)弱控制、節(jié)拍器、自動(dòng)放音功能等等也很好奇。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)

2、，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(kāi)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。 微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大量使用將人類(lèi)社會(huì)帶入一個(gè)新的時(shí)代，單片微型計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī))在其中扮演著十分重要的角色。雖然它沒(méi)有常見(jiàn)的pc那樣大的體積和重量，不會(huì)在辦公桌或控制臺(tái)上占據(jù)一個(gè)顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計(jì)算、控制、測(cè)量等智能活動(dòng)的各個(gè)角落。自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，單片機(jī)以其體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、使用方便、性能價(jià)格比高、容易產(chǎn)品化等特點(diǎn)，在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控

3、制、分布式多機(jī)系統(tǒng)、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用，對(duì)人們生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。作為21世紀(jì)的工科大學(xué)生，學(xué)好單片機(jī)，一方面可以加深對(duì)計(jì)算機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，另一方面也為自身在專(zhuān)業(yè)上的深入發(fā)展構(gòu)筑了一個(gè)很好的平臺(tái)，在實(shí)踐過(guò)程中熟悉和熟練單片機(jī)的使用和開(kāi)發(fā)。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤(pán)樂(lè)器。它在現(xiàn)代音樂(lè)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

4、心，與鍵盤(pán)、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。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性?xún)r(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。通過(guò)基于單片機(jī)的嵌入式電子琴的設(shè)計(jì)課題熟悉和理解單片機(jī)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)過(guò)程，培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)踐出真知的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)的態(tài)度，提高實(shí)踐動(dòng)手操作技能。關(guān)鍵詞： stc89c52單片機(jī) 音色 節(jié)拍器 自動(dòng)播放目 錄摘 要第一章.2摘 要2.4第二章 方案論證52.1 控制模塊選擇方案.5 2.2 按鍵選擇方案6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及說(shuō)明63.1系統(tǒng)組成及總體框圖63.2元件簡(jiǎn)介.73.3.1 stc89c52簡(jiǎn)介73

5、.3.2 主要功能特性83.3.3 lm386內(nèi)部電路.8 3.3顯示電路.93.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程93.4.1 4x4行列式鍵盤(pán)識(shí)別及顯示.93.4.2系統(tǒng)板上硬件連線(xiàn)設(shè)計(jì)103.5 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容10第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)114.1 音樂(lè)產(chǎn)生的方法114.2程序框圖134.3原理圖.154.4系統(tǒng)板硬件連線(xiàn) .17第5章 系統(tǒng)調(diào)試175.1軟件仿真調(diào)試.175.2 軟件調(diào)試17第6章 調(diào)試結(jié)論17第7章 設(shè)計(jì)心得體會(huì)18參考文獻(xiàn).19附錄.20附錄2：主要電路原理圖20 附錄3：程序20摘 要1.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤(pán)樂(lè)器。它在現(xiàn)代音樂(lè)扮演著重要的

6、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(pán)、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(lái)獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂(lè)。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(lái)詳細(xì)闡述。設(shè)計(jì)了用at89s52單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的電子琴，有16個(gè)按鍵，可以做一些基本的彈奏。與傳統(tǒng)的模

7、擬信號(hào)不同，本設(shè)計(jì)主要介紹的是數(shù)字信號(hào)連接功率放大電路，驅(qū)動(dòng)喇叭，產(chǎn)生樂(lè)音。其中包括了音調(diào)的產(chǎn)生，節(jié)拍的產(chǎn)生，以及如何合理應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí)，中斷系統(tǒng)生成相應(yīng)的音調(diào)和節(jié)拍，設(shè)計(jì)出音樂(lè)演奏系統(tǒng)。一首音樂(lè)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(lè)了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)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(lái)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。1.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)意義該設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以隨意彈奏想要表達(dá)的音樂(lè)；（2）可以自動(dòng)播放系統(tǒng)自帶的音樂(lè)文件；(3)制作簡(jiǎn)單，成本低

8、。1.3設(shè)計(jì)目標(biāo)由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂(lè)方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡(jiǎn)單易操作。其次，在這次設(shè)計(jì)可行性上進(jìn)行分析如下：1、經(jīng)濟(jì)可行性：所謂經(jīng)濟(jì)可行性，即在這次設(shè)計(jì)上需要投入資金的多少，由于單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是沒(méi)有項(xiàng)目資金，沒(méi)有開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)，因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化的項(xiàng)目對(duì)于我們單片機(jī)課程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不可行的。通過(guò)分析后，無(wú)論是在器件價(jià)格或是常見(jiàn)度上均是可行的。2、技術(shù)可行性：技術(shù)可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順利開(kāi)展并完成開(kāi)發(fā)工作，硬件、軟件能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者的需要等。通過(guò)分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)已經(jīng)明確，在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上均可行，因此本系統(tǒng)的

9、開(kāi)發(fā)是完全可行的。關(guān)鍵詞：stc89c52單片機(jī) 電子琴 音樂(lè)演奏 音階 第2章 方案論證2.1 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(guò)整流、濾波，獲得+13.5v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(jiàn)，況且其rom只有4k在系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)方面沒(méi)有潛力。方案三：采用at89s51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性?xún)r(jià)比高，完全滿(mǎn)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

10、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 2.2 按鍵選擇方案?jìng)鹘y(tǒng)電子琴可以用鍵盤(pán)上的“1”到“a”鍵演奏從低so到高do等11音。該設(shè)計(jì)有16個(gè)按鈕矩陣，設(shè)計(jì)成16個(gè)音，可以實(shí)現(xiàn)音階在低音4-高音5之間。比傳統(tǒng)音階范圍大，彈奏效果好。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及說(shuō)明3.1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。由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)發(fā)生器是由用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入彈奏樂(lè)曲的，所以節(jié)拍由用戶(hù)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

11、能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)，因?yàn)樗鼪](méi)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(lái)實(shí)現(xiàn)音頻功放電路。程序框圖如圖所示：3.2元件簡(jiǎn)介3.2.1 stc89c52簡(jiǎn)介功能特性：stc89s52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、

12、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(xiàn)，看門(mén)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。8 位微控制器 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash at89s52。 管腳圖3.2.2 主要功能特性與mcs

13、-51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(xiě)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(xiàn)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(mén)狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符3.3.3 lm386內(nèi)部電路lm386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(lèi)產(chǎn)品。lm386特性：靜態(tài)功耗低，約為4ma，可用于電池供電；工作電壓范圍寬，4v-12v或5v-18v；外圍元件少；電壓增益可調(diào)，20-200；低失真度。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

14、、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內(nèi)部電路原理圖lm386內(nèi)部電路原理圖如圖1-3所示。與通用型集成運(yùn)放相類(lèi)似，它是一個(gè)三級(jí)放大電路. 第一級(jí)為差分放大電路，t1和t3、t2和t4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；t5和t6組成鏡像電流源作為t1和t2的有源負(fù)載；t3和t4信號(hào)從管的基極輸入，從t2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益 第二級(jí)為共射放大電路，t7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。 第三級(jí)中的t8和t9管復(fù)合成

15、pnp型管，與npn型管t10構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。二極管d1和d2為輸出級(jí)提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為otl電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 電阻r7從輸出端連接到t2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與r5和r6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增益。3.3顯示電路本次單片機(jī)課程設(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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。3.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程3.4.

16、1 4x4行列式鍵盤(pán)識(shí)別及顯示組成鍵盤(pán)的按鍵有機(jī)械式、電容式、導(dǎo)電橡膠式、薄膜式多種，但不管什么形式，其作用都是一個(gè)使電路接通與斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。目前微機(jī)系統(tǒng)中使用的鍵盤(pán)按其功能不同，通?？煞譃榫幋a鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種基本類(lèi)型。 編碼鍵盤(pán)：鍵盤(pán)本身帶有實(shí)現(xiàn)接口主要功能所需的硬件電路。不僅能自動(dòng)檢測(cè)被按下的鍵，并完成去抖動(dòng)、防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對(duì)應(yīng)的鍵碼（如ascii碼）送往cpu。所以，編碼鍵盤(pán)接口簡(jiǎn)單、使用方便。但由于硬件電路較復(fù)雜，因而價(jià)格較貴。 非編碼鍵盤(pán)：鍵盤(pán)只簡(jiǎn)單地提供按鍵開(kāi)關(guān)的行列矩陣。有關(guān)按鍵的識(shí)別、鍵碼的確定與輸入、去抖動(dòng)等功能均由軟件完成。目前微機(jī)系統(tǒng)中，一般為了降

17、低成本大多數(shù)采用非編碼鍵盤(pán)。 鍵盤(pán)接口必須具有去抖動(dòng)、防串鍵、按鍵識(shí)別和鍵碼產(chǎn)生4個(gè)基本功能。 （1）去抖動(dòng):每個(gè)按鍵在按下或松開(kāi)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為520mm。所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開(kāi)抖動(dòng)狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開(kāi)狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無(wú)誤。去抖問(wèn)題可通過(guò)軟件延時(shí)或硬件電路解決。 （2）防串鍵：防串鍵是為了解決多個(gè)鍵同時(shí)按下或者前一按鍵沒(méi)有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題。常用的方法有雙鍵鎖定和n鍵輪回兩種方法。雙鍵鎖定，是當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的按鍵按下時(shí)，只把最后釋放的鍵當(dāng)作有效鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼。n鍵輪回，是當(dāng)檢測(cè)到有多個(gè)鍵被按下時(shí)，

18、能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的順序依次產(chǎn)生相應(yīng)鍵的鍵碼。 （3）被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的主要問(wèn)題，一般可通過(guò)軟硬結(jié)合的方法完成。常用的方法有行掃描法和線(xiàn)反轉(zhuǎn)法兩種。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤(pán)逐行掃描，通過(guò)檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來(lái)確定閉合鍵，為此，需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè)，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。線(xiàn)反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過(guò)行列顛倒兩次掃描來(lái)識(shí)別閉合鍵，為此需要提供兩個(gè)可編程的雙向輸入/輸出端口。 （4）鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標(biāo)編碼得到反映鍵功能的鍵碼，一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個(gè)鍵盤(pán)編碼表，通過(guò)查表獲得被按鍵的鍵碼。用stc89c52的并行口p0接44矩陣鍵盤(pán)，以p0.0p0.3作輸入線(xiàn)，

19、以p0.4p0.7作輸出線(xiàn)。鍵盤(pán)識(shí)別模塊3.42系統(tǒng)板上硬件連線(xiàn)設(shè)計(jì)鍵盤(pán)模塊硬件連線(xiàn)如圖2-1所示： 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的p0.0p0.7端口用8芯排線(xiàn)連接到“4x4行列式鍵盤(pán)”區(qū)域中對(duì)應(yīng)的端口上；3.5 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）44矩陣鍵盤(pán)識(shí)別處理，每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線(xiàn)和列線(xiàn)分別通過(guò)兩并行接口和cpu通信。每 行列式鍵盤(pán)電路個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開(kāi)關(guān)的一端（列線(xiàn)）通過(guò)電阻接vcc，而接地是通過(guò)程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。（2）鍵盤(pán)處理程序的任務(wù)是：確定有無(wú)鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷

20、開(kāi)時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過(guò)軟件查表，查出該鍵的功能。電路圖如下第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41 音樂(lè)產(chǎn)生的方法4.1.1 原理一首音樂(lè)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(lè)了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)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(lái)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)系正確即可。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，即為半周期的時(shí)間。利用

21、定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)終止后就將p1.0反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。就可在p1.0引腳上得到此頻率的脈沖。 利用stc89c52的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（mode1）下，改變計(jì)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t1/5231912s，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956s/1s956，每計(jì)數(shù)956次時(shí)將i/o反相，就可得到中音do（523hz）。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式(如式2-1所示)是：n=fi2fr2-1式中，n是計(jì)數(shù)值；fi是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為12mhz時(shí)，其頻率為1mhz）；fr是想要產(chǎn)生的頻率。其計(jì)數(shù)初值t的求法如下：t655

22、36n65536fi2fr例如：設(shè)k65536，fi1mhz，求低音do（261hz）、中音do（523hz）、高音do（1046hz）的計(jì)數(shù)值。t65536n65536fi2fr6553610000002fr65536500000/fr 低音do的t65536500000/26263627 中音do的t65536500000/52364580 高音do的t65536500000/104665059單片機(jī)12mhz晶振，高中低音符與計(jì)數(shù)t0相關(guān)的計(jì)數(shù)值如表2-2所示表2-2 音符頻率表table 2-2 notes the frequency table音符頻率（hz）簡(jiǎn)譜碼（t值）音符頻率（

23、hz）簡(jiǎn)譜碼（t值）低1do26263628# 4 fa#74064860#1do#27763731中 5 so78464898低2re29463835# 5 so#83164934#2 re#31163928中 6 la88064968低 3 m33064021# 693264994低 4 fa34964103中 7 si98865030# 4 fa#37064185高 1 do104665058低 5 so39264260# 1 do#110965085# 5 so#41564331高 2 re117565110低 6 la44064400# 2 re#124565134# 6466644

24、63高 3 m131865157低 7 si49464524高 4 fa139765178中 1 do52364580# 4 fa#148065198# 1 do#55464633高 5 so156865217中 2 re58764684# 5 so#166165235# 2 re#62264732高 6 la176065252中 3 m65964777# 6186565268中 4 fa69864820高 7 si196765283我們要為這個(gè)音符建立一個(gè)表格，單片機(jī)通過(guò)查表的方式來(lái)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù) 低音019之間，中音在2039之間，高音在4059之間table1: dw 64021,641

25、03,64260,64400 dw 64524,64580,64684,64777 dw 64820,64898,64968,65030 dw 65058,65110,65157,65178音樂(lè)的音拍，一個(gè)節(jié)拍為單位（c調(diào)）（如表2-3所示）曲調(diào)值表2-3 tune the value of the table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(lái)完成。琴鍵處理程序，根據(jù)檢測(cè)到得按鍵值，查詢(xún)音律表，給計(jì)時(shí)器賦值，發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。對(duì)音調(diào)的控

26、制：根據(jù)不同的按鍵，對(duì)定時(shí)器t1送入不同的初值，調(diào)節(jié)t1的溢出時(shí)間，這樣就可以輸出不同音調(diào)頻率的方波。不同音調(diào)下各個(gè)音階的定時(shí)器。在這個(gè)程序中用到了兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)完成的。其中t0用來(lái)產(chǎn)生音符頻率，t1用來(lái)產(chǎn)生音拍。4.2程序框圖4.2.1程序框圖如圖所示：4.2.2鍵盤(pán)識(shí)別程序框圖如圖所示:4.2.3音樂(lè)發(fā)聲程序框圖如圖所示:4.3原理圖電子琴電路圖4.4系統(tǒng)板硬件連線(xiàn) 系統(tǒng)板硬件連線(xiàn)如圖1-1所示，發(fā)生模塊，鍵盤(pán)模塊，及l(fā)ed顯示模塊連接如下1.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的p1.0端口用導(dǎo)線(xiàn)連接到“音頻放大模塊”區(qū)域中的spk in端口上；2.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的p3.0p3.7端口用8

27、芯排線(xiàn)連接到“4x4行列式鍵盤(pán)”區(qū)域中的c1c4r1r4端口上；3.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的p0.0/ad0p0.7/ad7端口用8芯排線(xiàn)連接到“四路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個(gè)ah端口上；要求：p0.0/ad0對(duì)應(yīng)著a，p0.1/ad1對(duì)應(yīng)著b，p0.7/ad7對(duì)應(yīng)著h。第5章 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(guò)程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。5.1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(xiàn)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(guò)目測(cè)，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存

28、在斷路或者短路情況等。在確保軟件仿真電路正常，無(wú)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(pán)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(pán)控制部分調(diào)試：軟件運(yùn)行，隨機(jī)按動(dòng)鍵盤(pán)可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的音正確。5.2 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(guò)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

29、模塊進(jìn)行分別調(diào)試。第6章 調(diào)試結(jié)論通過(guò)各方面努力，本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)大部分功能已實(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，可以通過(guò)功能切換進(jìn)行自動(dòng)播放歌曲，基本達(dá)到預(yù)定的效果。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是專(zhuān)科學(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(guò)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(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)解決面臨實(shí)際問(wèn)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。対單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的整個(gè)流程和設(shè)計(jì)要求都有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)以后的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)都有很大的幫助。第7章 設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我弄懂了不少課本上的知識(shí)，還擴(kuò)展了一些課本沒(méi)有

30、的知識(shí)，通過(guò)自己的思考和努力，很好的完成了這次課程設(shè)計(jì)。首先在課程設(shè)計(jì)剛開(kāi)始的調(diào)研階段，我學(xué)會(huì)了怎么通過(guò)各種方式查詢(xún)相關(guān)的資料。通過(guò)對(duì)這些資料的學(xué)習(xí)，我大致了解了單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)識(shí)到目前單片機(jī)方面的各種各樣的發(fā)展，和它們之間的競(jìng)爭(zhēng)。了解了單片機(jī)方面的先進(jìn)技術(shù)，這些都為我的未來(lái)的學(xué)習(xí)指明了方向。我的課程設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過(guò)這些我的硬件和軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)流程和所要做的工作。雖然本次課程設(shè)計(jì)的硬件焊接工序沒(méi)有實(shí)際操作，但是我們對(duì)每一個(gè)元件的分析和選取都是很到位的，對(duì)電路的分析在指導(dǎo)老師鄧芳明老師的幫助下更是步步

31、深入。對(duì)電路的分析和理解有了更實(shí)際的感受。在軟件方面，程序的編寫(xiě)是我們的弱項(xiàng)，所以我們是先從網(wǎng)上找來(lái)類(lèi)似的程序模板，然后借助各方面的資料對(duì)程序的每一步進(jìn)行分析，按我們的需求進(jìn)行修改，最終才得到我們現(xiàn)在的程序方案。比如，在原有的基礎(chǔ)上增加了一些歌曲的程序，更改了中斷程序等等。微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大量使用將人類(lèi)社會(huì)帶入一個(gè)新的時(shí)代，單片微型計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī))在其中扮演著十分重要的角色。雖然它沒(méi)有常見(jiàn)的pc那樣大的體積和重量，不會(huì)在辦公桌或控制臺(tái)上占據(jù)一個(gè)顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計(jì)算、控制、測(cè)量等智能活動(dòng)的各個(gè)角落。自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，單片機(jī)以其體積小

32、、可靠性高、控制功能強(qiáng)、使用方便、性能價(jià)格比高、容易產(chǎn)品化等特點(diǎn)，在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、分布式多機(jī)系統(tǒng)、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用，對(duì)人們生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。作為21世紀(jì)的工科大學(xué)生，學(xué)好單片機(jī)，一方面可以加深對(duì)計(jì)算機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，另一方面也為自身在專(zhuān)業(yè)上的深入發(fā)展構(gòu)筑了一個(gè)很好的平臺(tái)其重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。 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。還可以自動(dòng)播放系統(tǒng)自帶的音樂(lè)歌曲。通過(guò)制作電子琴，將幾個(gè)模塊很好的融合起來(lái)，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)電子琴系統(tǒng)

33、硬件和軟件系統(tǒng)的組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來(lái)獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂(lè)。說(shuō)明一首音樂(lè)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(lè)了，于是我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0來(lái)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，然后我們利用功放電路來(lái)將音樂(lè)聲音放大，同時(shí)通過(guò)顯示模塊來(lái)確知自己所彈的音符。通過(guò)功能切換來(lái)播放你想要的系統(tǒng)歌曲音樂(lè)。 不足之處有：1.對(duì)于單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的一些設(shè)計(jì)小細(xì)節(jié)和單片機(jī)的實(shí)踐應(yīng)用還需要不斷的通過(guò)實(shí)踐和練習(xí)來(lái)提高加強(qiáng)。比如對(duì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)的最小系統(tǒng)要有跟多

34、的認(rèn)識(shí)。2.可彈奏的音符數(shù)較少，最多只能設(shè)置16個(gè)音符，只能在一定范圍內(nèi)滿(mǎn)足用戶(hù)需要?？赏ㄟ^(guò)改進(jìn)鍵盤(pán)識(shí)別模塊和發(fā)生模塊來(lái)增加其復(fù)雜度。 3.音色不可調(diào)，只有一種波形的頻率輸出?？梢栽谕鈬娐吩O(shè)計(jì)濾波電路，接在不同的輸出口，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)不同端口的輸出，從而接入不同的濾波電路，輸出不同的波形，從而獲得不一樣的音色。4.不能以和弦形式演奏，只能單個(gè)鍵按下輸出單個(gè)的音階。5.還是缺乏足夠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次選用的按鍵有些較難按下，有些反應(yīng)不夠靈敏，所以導(dǎo)致演奏時(shí)不夠流暢，音色還有些吵雜等等問(wèn)題。總之，通過(guò)本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多在課堂里沒(méi)有學(xué)到和用過(guò)的新知識(shí)和實(shí)踐技巧，對(duì)于單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)中遇到的

35、難點(diǎn)和問(wèn)題，自己不會(huì)的東西和知識(shí)點(diǎn)，我會(huì)以積極的態(tài)度和求實(shí)認(rèn)真的心態(tài)去思考和分析，對(duì)于課程設(shè)計(jì)的具體流程和設(shè)計(jì)方法，思路的探索和形成都有了自己的一些目標(biāo)，對(duì)于以后的課程設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)積累了不少的經(jīng)驗(yàn)，感覺(jué)自己比以前會(huì)更有目的的去做好一件事情，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)受益匪淺。參考文獻(xiàn)1 李廣弟，朱月秀. 單片機(jī)基礎(chǔ)（第三版）. 北京航天大學(xué)出版社 2007年6月.2 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）. 高等教育出版社 2005年12月.3 嚴(yán)天峰. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試. 北京航天大學(xué)出版社 2005年8月.4 馮博琴. 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)m清華大學(xué)出版社，20045 陳明熒單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

36、實(shí)訓(xùn)教材m北京：清華大學(xué)出版社，2003年9月6 郭勇. eda技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）.機(jī)械工業(yè)出版社 2005年5月.7 羅杰，謝自美.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第四版）.電子工業(yè)出版社 2008年4月.8 馮博琴，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)m清華大學(xué)出版社，20049 張毅剛，mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)m哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004附 錄電路原理圖：程序:keybuf equ 30h sth0 equ 31h stl0 equ 32h temp equ 33h spkequp1.0; 蜂鳴器所在端口org 0000h ljmp start org 0bh ljmp int_t0 start: mo

37、v tmod,#01h setb et0 setb ea wait: mov p2,#0ffh clr p2.4 ;從第四行開(kāi)始掃描mov a,p2 anl a,#0fh ;屏蔽高四位，高四位為行，低四位為列xrl a,#0fh jz nokey1 ;判斷是否有鍵按下，沒(méi)有就跳轉(zhuǎn)lcall dely10ms mov a,p2 ;消除抖動(dòng)和干擾anl a,#0fh xrl a,#0fh jz nokey1 mov a,p2 ;確定有鍵按下以后的處理anl a,#0fh cjne a,#0eh,nk1 ;是否為第四行第一列的鍵被按下mov keybuf,#0 ;保存列號(hào)ljmp dk1 nk1:

38、cjne a,#0dh,nk2 mov keybuf,#1 ljmp dk1 nk2: cjne a,#0bh,nk3 mov keybuf,#2 ljmp dk1 nk3: cjne a,#07h,nk4 mov keybuf,#3 ljmp dk1 nk4: nop dk1: ;第四行的處理mov a,keybuf mov dptr,#table movc a,a+dptr mov p0,a mov a,keybuf mov b,#2 ;table1以字保存，所以散轉(zhuǎn)mul ab mov temp,a mov dptr,#table1 movc a,a+dptr mov sth0,a ;送

39、入高字節(jié)mov th0,a inc temp mov a,temp movc a,a+dptr mov stl0,a ;送入低字節(jié)mov tl0,a setb tr0 dk1a: mov a,p2 ;判斷按鍵是否松開(kāi)anl a,#0fh xrl a,#0fh jnz dk1a clr tr0 nokey1: mov p2,#0ffh clr p2.5 mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jz nokey2 lcall dely10ms mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jz nokey2 mov a,p2 anl a,#0fh cjne a

40、,#0eh,nk5 mov keybuf,#4 ljmp dk2 nk5: cjne a,#0dh,nk6 mov keybuf,#5 ljmp dk2 nk6: cjne a,#0bh,nk7 mov keybuf,#6 ljmp dk2 nk7: cjne a,#07h,nk8 mov keybuf,#7 ljmp dk2 nk8: nop dk2: mov a,keybuf mov dptr,#table movc a,a+dptr mov p0,a mov a,keybuf mov b,#2 mul ab mov temp,a mov dptr,#table1 movc a,a+dpt

41、r mov sth0,a mov th0,a inc temp mov a,temp movc a,a+dptr mov stl0,a mov tl0,a setb tr0 dk2a: mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jnz dk2a clr tr0 nokey2: mov p2,#0ffh clr p2.6 mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jz nokey3 lcall dely10ms mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jz nokey3 mov a,p2 anl a,#0fh cjne a,#0eh,

42、nk9 mov keybuf,#8 ljmp dk3 nk9: cjne a,#0dh,nk10 mov keybuf,#9 ljmp dk3 nk10: cjne a,#0bh,nk11 mov keybuf,#10 ljmp dk3 nk11: cjne a,#07h,nk12 mov keybuf,#11 ljmp dk3 nk12: nop dk3: mov a,keybuf mov dptr,#table movc a,a+dptr mov p0,a mov a,keybuf mov b,#2 mul ab mov temp,a mov dptr,#table1 movc a,a+d

43、ptr mov sth0,a mov th0,a inc temp mov a,temp movc a,a+dptr mov stl0,a mov tl0,a setb tr0 dk3a: mov a,p2anl a,#0fh xrl a,#0fh jnz dk3a clr tr0 nokey3: mov p2,#0ffh clr p2.7 mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jz nokey4 lcall dely10ms mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jz nokey4 mov a,p2 anl a,#0fh cjne a,#0eh

44、,nk13 mov keybuf,#12 ljmp dk4 nk13: cjne a,#0dh,nk14 mov keybuf,#13 ljmp dk4 nk14: cjne a,#0bh,nk15 mov keybuf,#14 ljmp dk4 nk15: cjne a,#07h,nk16 mov keybuf,#15 ljmp dk4 nk16: nop dk4: mov a,keybuf mov dptr,#table movc a,a+dptr mov p0,a mov a,keybuf mov b,#2 mul ab mov temp,a mov dptr,#table1 movc a,a+dptr mov sth0,a mov th0,a inc temp mov a,temp movc a,a+dptr mov stl0,a mov tl0,a setb tr0 dk4a: mov a,p2 anl a,#0fh xrl a,#0fh jnz dk4a clr tr0 nokey4: jnb p1.0,musicljmp wa