簡(jiǎn)易電子琴課程設(shè)計(jì)報(bào)告教材

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)題 目：簡(jiǎn)易電子琴學(xué)院： 物理與電子信息學(xué)院專業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù)班級(jí)： 12 電子學(xué)號(hào)： 120803020學(xué)生姓名： 李燾指導(dǎo)老師： 劉小燕摘要單片機(jī)具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等的優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域目前單片機(jī)已用于工業(yè)控制、機(jī)電一體化設(shè)備、儀器儀表、 信號(hào)處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域， 隨著單片機(jī)性能的不斷提高，它的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非常快， 所以目前的產(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、價(jià)格合 理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究，精心設(shè)計(jì)； 及時(shí)掌握最新的單片機(jī)技術(shù)，

2、 在條件允許的 情況下，盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來研制其應(yīng)用系統(tǒng)， 再利用單片機(jī)體積 小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)， 以保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來的一段時(shí)間內(nèi)仍具生命 力。AT89C51是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、 高性能 CMOS位8 微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器, 使用經(jīng)典的 MCS-51內(nèi)核。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash ，使得 AT89C51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。單片機(jī)又稱微控制器，其中最基本的結(jié)構(gòu)是將 CPU 和計(jì)算機(jī)外圍功能單元，如儲(chǔ)存器、 I/O 口、定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成

3、 在一個(gè)芯片上構(gòu)成的。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)的延時(shí)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。本設(shè)計(jì)采用 AT89C52芯片組成的最小系統(tǒng)， 結(jié)合四位共陰數(shù)碼管， 八位獨(dú)立 按鍵，以及一位無源蜂鳴器構(gòu)成的簡(jiǎn)易電子琴。通過軟件設(shè)置，使系統(tǒng)達(dá)到，按 下控制按鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do，Re，Mi，F(xiàn)a，So，La，Si ，Do-H，八個(gè)簡(jiǎn)單的音 調(diào)，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)按鍵的標(biāo)號(hào)，達(dá)到簡(jiǎn)易電子琴系統(tǒng)

4、功能的實(shí)現(xiàn)。目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求 -. 1 -1.1、設(shè)計(jì)任務(wù)： - 3 -1.2 、設(shè)計(jì)要求： - 3 -二、方案總體設(shè)計(jì) -. 3 -2.1 、顯示模塊 - 3 -2.2 、按鍵模塊 - 3 -2.3 、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊 - 3 -2.4 、總體設(shè)計(jì)： - 4 -三、 硬件設(shè)計(jì) -. 5 -3.1 、最小系統(tǒng) - 5 -3.1.1 、時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生 - 5 -3.1.2 、復(fù)位電路 - 5 -3.2 、數(shù)碼管顯示模塊 -. 6 -3.2.1 、數(shù)碼管引腳圖 - 6 -3.2.2 、數(shù)碼管連線電路 - 6 -3.3 、矩陣鍵盤 - 7 -3.4 、蜂鳴器電路 - 7 -3.5 、整體電路

5、 - 8 -四、 程序流程圖-. 8 -五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試-. 9 -5.1、仿真軟件簡(jiǎn)介 - 9 -5.2 、調(diào)試與仿真過程圖 - 9 -5.3 、實(shí)物圖錯(cuò)誤！未定義書簽5.4 、使用說明 - 10 -六、總結(jié)、心得體會(huì) - 11 -七、 參考文獻(xiàn) -. 12 -設(shè)計(jì)任務(wù)、要求1.1 、設(shè)計(jì)任務(wù)：利用 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)，共陰數(shù)碼管，無源蜂鳴器以及獨(dú)立按鍵，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可發(fā)出八 個(gè)基本音階的簡(jiǎn)易電子琴系統(tǒng)。1.2 、設(shè)計(jì)要求：1、蜂鳴器可發(fā)出八個(gè)簡(jiǎn)單音階。2、八位獨(dú)立按鍵分別控制不同的音階產(chǎn)生。3、四位數(shù)碼管依據(jù)所按按鍵，在不同的數(shù)碼管上顯示不同的數(shù)字。4、通過按鍵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。二、方案總體設(shè)

6、計(jì)本次設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴， 通過 AT89C52芯片最小系統(tǒng)控制電路， 以八位獨(dú)立按鍵控制， 蜂 鳴器產(chǎn)生八個(gè)不同的音階， 四位共陰數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字， 獨(dú)立按鍵控制復(fù)位。 將不同模 塊結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)。2.1 、顯示模塊本設(shè)計(jì)采用四位數(shù)碼管顯示， 每位數(shù)碼管分別由八位發(fā)光二極管組成。 數(shù)碼管可分為共 陰和共陽(yáng)兩種， 通過不同的位選操作驅(qū)動(dòng)不同的數(shù)碼管顯示， 再通過不同的段選點(diǎn)亮不同的 發(fā)光二極管，達(dá)到顯示不同數(shù)字的功能。2.2 、按鍵模塊八位獨(dú)立按鍵，通過 P2 口控制音階的產(chǎn)生和數(shù)碼管顯示，按下響應(yīng)的鍵產(chǎn)生設(shè)定的聲 音點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管。2.3 、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊 蜂鳴器可分為

7、兩種，分別為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器 注意， 這里的 “源” 不是指電源。 而是指震蕩源。 也就是說， 有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源， 所以只要一通電就會(huì)叫。 而無源內(nèi)部不帶震蕩源， 所以如果用直流信號(hào)無法令其鳴叫。 必須 用 2K5K 的方波去驅(qū)動(dòng)它有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因?yàn)槔锩娑鄠€(gè)震蕩電路。無源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是： 1。便宜 2。聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的 效果 3。在一些特例中，可以和 LED 復(fù)用一個(gè)控制口。有源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是：程序控制方 便樂曲中不同的音符， 實(shí)質(zhì)就是不同頻率的聲音。 通過單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率的脈沖信號(hào)， 經(jīng)過放大電路，由蜂鳴器放出，就產(chǎn)生了美妙和諧的樂曲

8、。 (1) 單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率脈沖信 號(hào)的原理：要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（1/ 頻率），然后將此周期除以 2，即為半周期的時(shí)間， 利用定時(shí)器或延時(shí)函數(shù)計(jì)時(shí)這個(gè)半周期的時(shí)間， 每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的 I/O 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期的時(shí)間再對(duì) I/O 反相，就可以在 I/O 腳上得到此頻率的脈 沖。例如：要產(chǎn)生 1KHZ的頻率，則半周期為 0.5ms ，則 P35 所送出的信號(hào)中， 0.5ms 為高 電平， 0.5ms 為低電平。若 0.5ms 高電平與 0.5ms 為低電平為一組信號(hào)（總共 1ms），連續(xù)送 出 100 組，則可得到 1KHZ的聲音約 0.1s: 停止輸出

9、0.1s 之后，在連續(xù)送出 100 組高低電平， 則可聽到“嗶，嗶”兩聲。通過改變頻率，控制產(chǎn)生不同的方波，就可以產(chǎn)生不同的音階。使用無源蜂鳴器， 通過內(nèi)部程序延時(shí)產(chǎn)生不同頻率的方波， 使蜂鳴器產(chǎn)生八個(gè)基本的音 階 Do， Re， Mi， Fa， So， La，Si ， Do-H。l 按鍵與參數(shù)的對(duì)照表按鍵音階參數(shù)S1中音 Do115S2中音 Re102S3中音 Mi91S4中音 Fa86S5中音 So77S6中音 La68S7中音 Si61S8高音 Do57圖 2-1 音階參數(shù)對(duì)應(yīng)圖2.4 、總體設(shè)計(jì) ： 設(shè)計(jì)總體框架圖如圖 2-1 所示。圖 2-2 總體框架圖三、硬件設(shè)計(jì)3.1 、最小系統(tǒng)

10、3.1.1 、時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生89C52 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益法相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自己振蕩器，電 路如圖 3-1 所示。圖 3-1 晶振電路3.1.2 、復(fù)位電路復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式，本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位，結(jié)構(gòu) 如圖 3-2 所示。圖 3-2 復(fù)位電路3.2 、數(shù)碼管顯示模塊3.2.1 、數(shù)碼管引腳圖圖 3-3 四位八段共陰極數(shù)碼管3.2.2 、數(shù)碼管連線電路本設(shè)計(jì)中是用 P1口低四位接 1k的電阻控制數(shù)碼管的位選，用 P0口接 1k的上拉排阻 控制數(shù)碼管的段選。連

11、線電路圖：圖 3-4 數(shù)碼管連線電路圖- 6 -3.3 、矩陣鍵盤本設(shè)計(jì)采用八位獨(dú)立按鍵，通過 P2 口控制，按鍵序號(hào)及接線圖如下圖所示：圖 3-5 獨(dú)立鍵盤連線電路圖3.4 、蜂鳴器電路本課程設(shè)計(jì)使用的蜂鳴器是無源蜂鳴器，通過程序控制產(chǎn)生不同頻率的方波送給蜂鳴 器，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音，驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示：圖 3-6 蜂鳴器連線電路圖3.5 、整體電路圖 3-7 整體電路圖圖 3-8 PCB 電路圖四、程序流程圖程序流程圖如 4-1 所示五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1 、仿真軟件簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)使用 Proteus ISIS 仿真軟件進(jìn)行調(diào)試。 P r o t e u s I S I S

12、是英國(guó) L a bc e n t e r 公司開發(fā)的電路設(shè)計(jì)、分析與仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。該軟件的主要特點(diǎn)是： 集原理圖設(shè)計(jì)、仿真分析（ I S I S） 和印刷電路板設(shè)計(jì)（ A R E S） 于一身?？梢?完成從繪制原理圖、仿真分析到生成印刷電路板圖的整個(gè)硬件開發(fā)過程。 提供幾千種電子元件（分立元件和集成電路、模擬和數(shù)字電路）的電路符號(hào)、仿真 模型和外形封裝。 支持大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)以及各種外圍芯片（ R S 2 3 2 動(dòng)態(tài)仿真、 I 2 C 調(diào)試器、 S P I 調(diào)試器、鍵盤和 L C D 系統(tǒng)仿真等）的仿真。 提供各種虛擬儀器，如各種測(cè)量?jī)x表、示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。過去 需

13、要昂貴的電子儀器設(shè)備、繁多的電子元件才能完成的電子電路、單片機(jī)等實(shí)驗(yàn)，5.2 、調(diào)試與仿真過程圖X119189R11kEAP1.06P1.5P1.1P1.2ALE293031RP1RESPACK-8U1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.7/A15P3.0/RXDP3.5/T1P1.6P1.7P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P3.1/TXDP3.2/INT039P3.3/INT1P3.4/T0P2.1/A9P2.2/A10P3.6/WRSPEAKER

14、10u21R1R8R910k10kP1.2P1.5Q1P1.7PNPP1.0P1.1C1RST1k293031P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.4/T0P3.5/T1P3.6/WR24SPEAKERR2100圖 5-1 仿真調(diào)試圖5.4 、使用說明按鍵分布圖10圖 5-5 按鍵分布按下 0 號(hào)鍵，蜂鳴器發(fā)出Do的音階，第一位數(shù)碼管顯示0；按下 1 號(hào)鍵，蜂鳴器發(fā)出Re 的音階，第二位數(shù)碼管顯示1；按下 2 號(hào)鍵，蜂鳴器

15、發(fā)出Mi 的音階，第三位數(shù)碼管顯示2；按下 3 號(hào)鍵，蜂鳴器發(fā)出Fa 的音階，第四位數(shù)碼管顯示3；按下 4 號(hào)鍵，蜂鳴器發(fā)出So 的音階，第一位數(shù)碼管顯示4；按按下 5 號(hào)鍵，蜂鳴器發(fā)出 La 的音階，第二位數(shù)碼管顯示 5；按下 6 號(hào)鍵，蜂鳴器發(fā)出 Si 的音階，第三位數(shù)碼管顯示 6；按下 7 號(hào)鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do-H 的音階，第一位數(shù)碼管顯示 7.六、總結(jié)、心得體會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)中， 由剛開始時(shí)的手足無措不知從何下手， 到過程中電路設(shè)計(jì)， 程序編 寫，調(diào)試模擬，腐蝕電路板，做出實(shí)物，實(shí)物調(diào)試。一步一步收獲了很多。剛開始的幾天， 面對(duì)要把課本上的單片機(jī)做出實(shí)物， 并且實(shí)現(xiàn)一定的功能就讓動(dòng)手

16、實(shí)踐 能力不佳的我很犯難。 尤其是在選擇課題上， 怕選的太難實(shí)現(xiàn)不了功能， 選的太簡(jiǎn)單沒有挑 戰(zhàn)性，但是最終還是選擇了簡(jiǎn)易電子琴這個(gè)設(shè)計(jì)課題。選定課題后，第一步各種查資料，查音階的產(chǎn)生原理，數(shù)碼管的引腳分布，蜂鳴器的發(fā) 聲原理等等。畫電路板找元件到生成 PCB板，調(diào)節(jié)各個(gè)元件的位置，選擇封裝形式，處理飛 線等等。最開始 PCB的圖就做了三次，選錯(cuò)封裝，飛線太多，一步一步慢慢學(xué)著讓自己的板 子看起來更合理。 收獲了很多但是最后還是由于粗心忘記加電源和底線的孔。 程序的編寫可 能是這次課設(shè)中對(duì)我來說最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)了， 程序的編寫不但需要一定的 c 語言的基礎(chǔ)還 需要把單片機(jī)的各種功能和引腳知識(shí)結(jié)

17、合起來， 程序的編寫剛開始是錯(cuò)誤加警告滿篇， 查資- 11 - 料問同學(xué)，一步一步改。先是模仿書上的程序調(diào)試，然后是查資料。把課設(shè)的功能分為好幾 個(gè)模塊， 一個(gè)模塊一個(gè)模塊的通過編程實(shí)現(xiàn)， 然后相互加在一起通過一定的邏輯實(shí)現(xiàn)了最后 的功能。當(dāng)然調(diào)試中，也遇到了很多的麻煩，按鍵不能起到控制作用，數(shù)碼管亮度太低，引 腳底座被焊壞，用萬用表一條條的查線路，查引腳，按鍵，直到最后功能的全部實(shí)現(xiàn)。這次課設(shè)真的讓我收獲很多， 從硬件到軟件， 沒有經(jīng)驗(yàn)欠缺很多知識(shí)， 雖然這個(gè)簡(jiǎn)易電 子琴真的不難， 但是從設(shè)計(jì)構(gòu)想到實(shí)物的功能實(shí)現(xiàn)， 還是花費(fèi)了不少心血。 做設(shè)計(jì)不但要有 豐厚的知識(shí)做后盾，還要細(xì)心耐心，有很好

18、的動(dòng)手能力，才能取得最后成功。而我在這些方 面還差的很多， 這次課設(shè)在讓我鍛煉和收獲的同時(shí)， 也讓我明白了自己還有很多的東西要學(xué) 要做。最后感謝課設(shè)過程中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)。七、參考文獻(xiàn)1】李朝青 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 北京航天大學(xué)出版社2】楊長(zhǎng)興 C+程序設(shè)計(jì) 中國(guó)鐵道出版社3】張義和 例說 51 單片機(jī) 人民郵電出版社八, 源程序/*簡(jiǎn)易電子琴*/#include /#define Duanxuan P0#define Weixuan P1#define SW_Port P2sbit buzzer=P35;unsigned char keys;/* 聲明音階數(shù)組 Do Re Mi Fa So la Si Do_H*/unsigned char code tone8=115,102,91,86,77,68,61,57;unsigned char code TAB8=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07; unsigned char code CAB8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; void display(unsigned char);