簡易電子琴課程設計報告教材

1、課程設計報告課程名稱：單片機課程設計題 目：簡易電子琴學院： 物理與電子信息學院專業(yè)： 電子科學與技術班級： 12 電子學號： 120803020學生姓名： 李燾指導老師： 劉小燕摘要單片機具有體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等的優(yōu)點，故廣泛應用于 國民經濟的各個領域目前單片機已用于工業(yè)控制、機電一體化設備、儀器儀表、 信號處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設備、醫(yī)療設備及家用電器等各個領域， 隨著單片機性能的不斷提高，它的應用將會更加廣泛。單片機技術發(fā)展非?？?， 所以目前的產品都致力于在功能全面、技術先進、操作簡便、安全可靠、價格合 理等方面進行仔細研究，精心設計； 及時掌握最新的單片機技術，

2、 在條件允許的 情況下，盡可能地利用最新的單片機技術來研制其應用系統(tǒng)， 再利用單片機體積 小、價格低、功能強等特點， 以保證所設計的產品在未來的一段時間內仍具生命 力。AT89C51是STC公司生產的一種低功耗、 高性能 CMOS位8 微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器, 使用經典的 MCS-51內核。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用系統(tǒng)提供 高靈活、超有效的解決方案。單片機又稱微控制器，其中最基本的結構是將 CPU 和計算機外圍功能單元，如儲存器、 I/O 口、定時器 / 計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成

3、 在一個芯片上構成的。一首音樂是許多不同的音階組成的， 而每個音階對應著不同的頻率， 這樣我 們就可以利用不同的頻率的組合， 即可構成我們所想要的音樂了， 當然對于單片 機來產生不同的頻率非常方便， 我們可以利用單片機的延時來產生這樣方波頻率 信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系弄正確即可。本設計采用 AT89C52芯片組成的最小系統(tǒng)， 結合四位共陰數(shù)碼管， 八位獨立 按鍵，以及一位無源蜂鳴器構成的簡易電子琴。通過軟件設置，使系統(tǒng)達到，按 下控制按鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do，Re，Mi，F(xiàn)a，So，La，Si ，Do-H，八個簡單的音 調，同時數(shù)碼管顯示相應按鍵的標號，達到簡易電子琴系統(tǒng)

4、功能的實現(xiàn)。目錄一、設計任務、要求 -. 1 -1.1、設計任務： - 3 -1.2 、設計要求： - 3 -二、方案總體設計 -. 3 -2.1 、顯示模塊 - 3 -2.2 、按鍵模塊 - 3 -2.3 、蜂鳴器音階產生模塊 - 3 -2.4 、總體設計： - 4 -三、 硬件設計 -. 5 -3.1 、最小系統(tǒng) - 5 -3.1.1 、時鐘信號的產生 - 5 -3.1.2 、復位電路 - 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)仿真與調試-. 9 -5.1、仿真軟件簡介 - 9 -5.2 、調試與仿真過程圖 - 9 -5.3 、實物圖錯誤！未定義書簽5.4 、使用說明 - 10 -六、總結、心得體會 - 11 -七、 參考文獻 -. 12 -設計任務、要求1.1 、設計任務：利用 51 單片機最小系統(tǒng)，共陰數(shù)碼管，無源蜂鳴器以及獨立按鍵，設計實現(xiàn)可發(fā)出八 個基本音階的簡易電子琴系統(tǒng)。1.2 、設計要求：1、蜂鳴器可發(fā)出八個簡單音階。2、八位獨立按鍵分別控制不同的音階產生。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、通過按鍵實現(xiàn)系統(tǒng)復位。二、方案總體設

6、計本次設計簡易電子琴， 通過 AT89C52芯片最小系統(tǒng)控制電路， 以八位獨立按鍵控制， 蜂 鳴器產生八個不同的音階， 四位共陰數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字， 獨立按鍵控制復位。 將不同模 塊結合起來，實現(xiàn)簡易電子琴的設計。2.1 、顯示模塊本設計采用四位數(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 陰和共陽兩種， 通過不同的位選操作驅動不同的數(shù)碼管顯示， 再通過不同的段選點亮不同的 發(fā)光二極管，達到顯示不同數(shù)字的功能。2.2 、按鍵模塊八位獨立按鍵，通過 P2 口控制音階的產生和數(shù)碼管顯示，按下響應的鍵產生設定的聲 音點亮對應的數(shù)碼管。2.3 、蜂鳴器音階產生模塊 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， 有源蜂鳴器內部帶震蕩源， 所以只要一通電就會叫。 而無源內部不帶震蕩源， 所以如果用直流信號無法令其鳴叫。 必須 用 2K5K 的方波去驅動它有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因為里面多個震蕩電路。無源蜂鳴器的優(yōu)點是： 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 復用一個控制口。有源蜂鳴器的優(yōu)點是：程序控制方 便樂曲中不同的音符， 實質就是不同頻率的聲音。 通過單片機產生不同的頻率的脈沖信號， 經過放大電路，由蜂鳴器放出，就產生了美妙和諧的樂曲

8、。 (1) 單片機產生不同頻率脈沖信 號的原理：要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（1/ 頻率），然后將此周期除以 2，即為半周期的時間， 利用定時器或延時函數(shù)計時這個半周期的時間， 每當計時到后就將輸出脈沖的 I/O 反相，然后重復計時此半周期的時間再對 I/O 反相，就可以在 I/O 腳上得到此頻率的脈 沖。例如：要產生 1KHZ的頻率，則半周期為 0.5ms ，則 P35 所送出的信號中， 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（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，控制產生不同的方波，就可以產生不同的音階。使用無源蜂鳴器， 通過內部程序延時產生不同頻率的方波， 使蜂鳴器產生八個基本的音 階 Do， Re， Mi， Fa， So， La，Si ， Do-H。l 按鍵與參數(shù)的對照表按鍵音階參數(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)對應圖2.4 、總體設計 ： 設計總體框架圖如圖 2-1 所示。圖 2-2 總體框架圖三、硬件設計3.1 、最小系統(tǒng)

10、3.1.1 、時鐘信號的產生89C52 芯片內部有一個高增益法相放大器，用于構成振蕩器。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電容就可以構成穩(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 、復位電路復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式，本設計采用按鍵電平復位，結構 如圖 3-2 所示。圖 3-2 復位電路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)碼管連線電路本設計中是用 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 、矩陣鍵盤本設計采用八位獨立按鍵，通過 P2 口控制，按鍵序號及接線圖如下圖所示：圖 3-5 獨立鍵盤連線電路圖3.4 、蜂鳴器電路本課程設計使用的蜂鳴器是無源蜂鳴器，通過程序控制產生不同頻率的方波送給蜂鳴 器，驅動蜂鳴器蜂鳴器發(fā)出相應頻率的聲音，驅動電路如下圖所示：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)仿真與調試5.1 、仿真軟件簡介本次設計使用 Proteus ISIS 仿真軟件進行調試。 P r o t e u s I S I S

12、是英國 L a bc e n t e r 公司開發(fā)的電路設計、分析與仿真軟件，功能極其強大。該軟件的主要特點是： 集原理圖設計、仿真分析（ I S I S） 和印刷電路板設計（ 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、仿真 模型和外形封裝。 支持大多數(shù)單片機系統(tǒng)以及各種外圍芯片（ R S 2 3 2 動態(tài)仿真、 I 2 C 調試器、 S P I 調試器、鍵盤和 L C D 系統(tǒng)仿真等）的仿真。 提供各種虛擬儀器，如各種測量儀表、示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。過去 需

13、要昂貴的電子儀器設備、繁多的電子元件才能完成的電子電路、單片機等實驗，5.2 、調試與仿真過程圖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、心得體會在這次課程設計中， 由剛開始時的手足無措不知從何下手， 到過程中電路設計， 程序編 寫，調試模擬，腐蝕電路板，做出實物，實物調試。一步一步收獲了很多。剛開始的幾天， 面對要把課本上的單片機做出實物， 并且實現(xiàn)一定的功能就讓動手

16、實踐 能力不佳的我很犯難。 尤其是在選擇課題上， 怕選的太難實現(xiàn)不了功能， 選的太簡單沒有挑 戰(zhàn)性，但是最終還是選擇了簡易電子琴這個設計課題。選定課題后，第一步各種查資料，查音階的產生原理，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，調節(jié)各個元件的位置，選擇封裝形式，處理飛 線等等。最開始 PCB的圖就做了三次，選錯封裝，飛線太多，一步一步慢慢學著讓自己的板 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 能是這次課設中對我來說最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)了， 程序的編寫不但需要一定的 c 語言的基礎還 需要把單片機的各種功能和引腳知識結

17、合起來， 程序的編寫剛開始是錯誤加警告滿篇， 查資- 11 - 料問同學，一步一步改。先是模仿書上的程序調試，然后是查資料。把課設的功能分為好幾 個模塊， 一個模塊一個模塊的通過編程實現(xiàn)， 然后相互加在一起通過一定的邏輯實現(xiàn)了最后 的功能。當然調試中，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現(xiàn)。這次課設真的讓我收獲很多， 從硬件到軟件， 沒有經驗欠缺很多知識， 雖然這個簡易電 子琴真的不難， 但是從設計構想到實物的功能實現(xiàn)， 還是花費了不少心血。 做設計不但要有 豐厚的知識做后盾，還要細心耐心，有很好

18、的動手能力，才能取得最后成功。而我在這些方 面還差的很多， 這次課設在讓我鍛煉和收獲的同時， 也讓我明白了自己還有很多的東西要學 要做。最后感謝課設過程中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。七、參考文獻1】李朝青 單片機原理及接口技術 北京航天大學出版社2】楊長興 C+程序設計 中國鐵道出版社3】張義和 例說 51 單片機 人民郵電出版社八, 源程序/*簡易電子琴*/#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);