單片機的簡易電子琴設(shè)計報告

1、河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 1 -設(shè)計摘要設(shè)計摘要本設(shè)計主要研究基于 AT89C52 單片機的簡易電子琴設(shè)計。它是以單片機作為主控核心，設(shè)置鍵盤、蜂鳴器等外圍器件；另外還用到一些簡單器件如：兩位數(shù)碼管，和 NPN 型三極管及電阻等。利用按鍵實現(xiàn)音符和音調(diào)的輸入；兩位的數(shù)碼管進行被操作的按鍵顯示；用 NPN 型三極管 8550 實現(xiàn)低音頻功率放大；最后用蜂鳴器進行播放“送別” 。本設(shè)計硬件部分主要由最小系統(tǒng)，按鍵系統(tǒng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器模塊組成。其軟件部分主要有主程序模塊、定時中斷程序、定時計數(shù)程序、顯示程序。（1）最小系統(tǒng)：它是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)。它包括單片機的選擇、時鐘系統(tǒng)

2、設(shè)計、復(fù)位電路設(shè)計、簡單的 I/O 口擴展、掉電保護等。（2）按鍵系統(tǒng)模塊：本設(shè)計采用 10 個按鍵，其中 7 個按鍵用來顯示 7 個音調(diào)，其它 3 個按鍵可以進行高低中音的切換，并自動播放已存歌曲。（3）數(shù)碼管顯示模塊：SM420562 段選端接在單片機的 P0 口，兩個位選端分別接在 P20 和 P21。（4）蜂鳴器模塊：此電子琴發(fā)音電路是通過三極管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)音，經(jīng)過上拉電阻提高驅(qū)動能力。本次設(shè)計首先對單片機設(shè)計簡易電子琴仔細(xì)分析，接著制作硬件電路和編寫軟件的程序，最后進行軟硬件的調(diào)試運行。并且從原理圖，主要芯片，各模塊的原理和各個模塊的程序調(diào)試來闡述。利用單片機產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要

3、求的音階，實現(xiàn)高、中、低共 21 個音符的發(fā)音和顯示和音樂播放時的控制顯示，并且能自動播放程序中編排的音樂。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比高等，具有一定的使用和參考價值。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 2 -河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 3 -目錄目錄1.1.概述概述.41.1 設(shè)計背景 .41.2 設(shè)計意義 .41.3 設(shè)計任務(wù) .42.2.系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計.52.1 總體設(shè)計.52.2 單片機選型 .62.3 單片機的最小工作系統(tǒng) .62.3.1 時鐘電路.62.3.2 復(fù)位電路.72.4 原理框圖.72.5 顯示部分設(shè)

4、計.82.5.1 數(shù)碼顯示方式.82.5.2 八位數(shù)碼管的結(jié)構(gòu).82.6 按鍵部分設(shè)計.92.6.1 操作鍵設(shè)計.92.6.2 鍵盤設(shè)計.92.6.3 去抖動.102.7 發(fā)音部分設(shè)計.113.3.系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計.123.1 系統(tǒng)分析.123.1.1 系統(tǒng)軟件的組成.123.1.2 系統(tǒng)總體功能流程圖 .133.2 參數(shù)計算.143.2.1 發(fā)音原理.143.2.2 計算舉例 .143.2.3 計算結(jié)果 .143.3 程序設(shè)計.163.3.1 判斷音階（高中低音）子程序 .163.3.2 播放子程序（包括自動播放存儲音樂和按鍵發(fā)音） .174.4. PROTEUSPROTEUS 軟件

5、仿真軟件仿真.194.1 硬件調(diào)試.194.2 軟件調(diào)試 .194.3 仿真結(jié)果（任舉一例） .204.4 結(jié)果分析 .205.5. 課程設(shè)計體會課程設(shè)計體會.21河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 4 -參考文獻.22附 1 源程序代碼 .23附 2 系統(tǒng)原理圖 .32河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 5 -1.概述概述1.1 設(shè)計背景隨著電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作,因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們帶來更多的生活樂趣?；诋?dāng)前市場上的玩具需求量增大，其中電子琴就是一個很好的應(yīng)用方面。單片機技術(shù)使我們可以利用軟硬件來實現(xiàn)電子琴的功能，從而可以實現(xiàn)電子琴的微型化，

6、可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。并且可以進行一定的功能擴展。鑒于傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“1”到“A”鍵演奏從低 So 到高DO 等 11 個音，從而也可以通過單片機實現(xiàn)對十個按鍵的擴展，實現(xiàn)七個音符鍵的高、中、低 21 個音調(diào)的顯示播放和任意音樂的自動播放。該設(shè)計將十個音鍵制作成獨立鍵盤，其中七個為音符鍵，三個為控制鍵，并用數(shù)碼管進行顯示，使電子琴的功能更加完美。不但可以實現(xiàn)對按鍵的顯示，而且可以實現(xiàn)對音樂的自動存儲和播放，使該設(shè)計功能更加完善。1.2 設(shè)計意義該設(shè)計具有以下優(yōu)點：可以方便得知播放的音符和音調(diào)；比傳統(tǒng)電子琴功能更完善；制作簡單，成本低；1.3 設(shè)計任務(wù) 實現(xiàn)電子琴發(fā)

7、聲控制系統(tǒng)；要求電路實現(xiàn)如下功能：利用蜂鳴器作為發(fā)聲部件，兩個數(shù)碼管作為顯示部件，設(shè)置 10 個按鍵，實現(xiàn)高音、中音、低音的 1、2、3、4、5、6、7 的發(fā)音。并在存儲一首歌曲的內(nèi)容，可以實現(xiàn)自動播放。 用 PROTEUS 實現(xiàn)的電子琴仿真設(shè)計說明：單片機的工作時鐘頻率為 11.0592MHz。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 6 -2.系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1 總體設(shè)計實現(xiàn)本次設(shè)計的方案有多種，下面比較說明一下最佳方案的選擇。方案一：采用單個的邏輯器件組合音樂是有由不同的音階組成的，而不同的音階又是由不同的頻率發(fā)出的，那么利用不同的頻率，就可以發(fā)出不同的音樂了。我們

8、知道計數(shù)器 8253 可以產(chǎn)生任意頻率的方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率與計數(shù)器的頻率對應(yīng)起來就可通過計數(shù)器產(chǎn)生音樂了。根據(jù)本實驗要求，采用 8279 將鍵掃得到的鍵值通過查表得到相應(yīng)的 8253的頻率值，將從 8253 得到相對應(yīng)的按鍵彈奏信號經(jīng)過 LM386 進行放大，再用喇叭輸出，就實現(xiàn)了簡易電子琴的基本功能，也就完成了實驗的要求。方案二：用 VHDL 語言編程來實現(xiàn)系統(tǒng)整體基本原理圖如下：圖 1、系統(tǒng)整體基本原理圖利用我們實驗室先進的數(shù)字電路實驗設(shè)備，我們可以采用 VHDL 語言編程來實現(xiàn)。我們可以通過 VDHL 語言，對實驗原理圖的各個部分進行設(shè)計，通過編譯，可以

9、在計算機上下載此實驗原理圖，利用電路學(xué)習(xí)機上的芯片。我們很快就可以設(shè)計出一個簡單的電子琴。并實現(xiàn)其功能。方案三：采用 AT89S52 單片機作為主控芯片，設(shè)置鍵盤、蜂鳴器等外圍器件，另外還用到一些簡單器件如：兩位數(shù)碼管，和 NPN 型三極管及電阻等。利用按鍵實現(xiàn)音符和音調(diào)的輸入；兩位的數(shù)碼管進行被操作的按鍵顯示；用 NPN河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 7 -型三極管 8550 實現(xiàn)低音頻功率放大；最后用蜂鳴器發(fā)音。三種方案的比較：方案一采用單個的邏輯器件組合實現(xiàn)。這樣雖然比較直觀，邏輯器件分工鮮明，思路也比清晰，一目了然，但是由于元器件種類、個數(shù)繁多，而過于復(fù)雜的硬件電路也容易引起系統(tǒng)的精度

10、不高、體積過大等不利因素。例如七個不同的音符是由七個不同的頻率來控制發(fā)出的，所用儀器之多顯而易見。方案二采用 VHDL 語言編程來實現(xiàn)電子琴的各項功能。系統(tǒng)主要由電子琴發(fā)聲模塊、選擇控制模塊和儲存器模塊組成。和方案一相比較，方案二就顯得比較籠統(tǒng)，雖然我們可以看到用超高速硬件描述語言 VHDL 的優(yōu)勢，但本質(zhì)上它只是把整個系統(tǒng)分為了若干個模塊，而不牽涉到具體的硬件電路。方案三與前兩種方案相比，主控芯片采用 AT89S52 單片機，它是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點。同時具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，由于本設(shè)計主要用于人們娛樂

11、方面，因此在設(shè)計上盡量使其安全以及簡單易操作。而第三種方案具有經(jīng)濟可行性、技術(shù)可行性、實物應(yīng)用性。綜上所述，本次課程設(shè)計采用第三種方案。2.2 單片機選型硬件電路要以單片機作為主控芯片，實現(xiàn)按鍵輸入音符和音調(diào)，兩位數(shù)碼管的顯示以及低音頻功率放大和蜂鳴器發(fā)音。針對本設(shè)計的功能和用途，采用AT89S51 單片機更好，實現(xiàn)功能完全，性價比較高，更適合本設(shè)計。2.3 單片機的最小工作系統(tǒng)單片機加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷蛻?yīng)用程序，構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)稱為最小系統(tǒng)。2.3.1 時鐘電路 單片機內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl 和 XTAL2 跨接石英晶體和兩個補償電容構(gòu)成自激振蕩器，

12、結(jié)構(gòu)圖 2 中X1、C1、C2。可以根據(jù)情況選擇 6MHz、12MHz 或 24MHz 等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇 30pF 左右的瓷片電容。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 8 -圖 2、時鐘電路2.3.2 復(fù)位電路 單片機小系統(tǒng)常采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機復(fù)位。其結(jié)構(gòu)如下圖。上電自動復(fù)位通過電容 C3 充電來實現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻R1 與 VCC 接通來實現(xiàn)。圖 3、復(fù)位電路2.4 原理框圖本系統(tǒng)有主控芯片 89S52、發(fā)音單元

13、、顯示模塊、按鍵模塊組成。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 9 -89S52單片機按鍵模塊發(fā)音單元顯示模塊圖 4、原理框圖2.5 顯示部分設(shè)計2.5.1 數(shù)碼顯示方式數(shù)碼顯示有靜態(tài)顯示方式與動態(tài)顯示方式兩種。工作在靜態(tài)顯示方式時，數(shù)碼管的位線與電源一直相連，數(shù)碼管中的二極管均處于通電狀態(tài)，即在靜態(tài)工作方式下，顯示電路中數(shù)碼管的位選線是同時選通，而數(shù)碼管的段選線是獨立輸入。工作在動態(tài)顯示方式時，數(shù)碼管的位線在掃描控制電路的控制下按設(shè)定順序?qū)?，即電路中的?shù)碼管是逐個接通電源，數(shù)碼管的段選線以并聯(lián)方式與譯碼電路聯(lián)接，即在動態(tài)工作方式下，數(shù)碼管不是同時導(dǎo)通顯示而是按照設(shè)定順序分時導(dǎo)通顯示。2.5.2

14、八位數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)本次課程設(shè)計的顯示電路采用兩位數(shù)碼管進行顯示，由于此設(shè)計采用的是共陰極的，使用時不加限流電阻。為了顯示字符，要為 LED 顯示器段碼，除了組成 8 字形的字符的 7 段，另加上 1 個小數(shù)點位，共計 8 段， 因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼為 1 個字節(jié)。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 10 - 圖 5、數(shù)碼管電路2.6 按鍵部分設(shè)計2.6.1 操作鍵設(shè)計常用的按鍵有三種：機械觸點式按鍵、導(dǎo)電橡膠式和柔性按鍵（又稱觸摸式鍵盤） 。 機械觸點式按鍵是利用機械彈性使鍵復(fù)位，手感明顯，連線清晰，工藝簡單，適合單件制造。但是觸點處易侵入灰塵而導(dǎo)致接觸不良，體積相對較大。 導(dǎo)電橡膠

15、按鍵是利用橡膠的彈性來復(fù)位，通過壓制的方法把面板上所有的按鍵制成一塊，體積小，裝配方便，適合批量生產(chǎn)。但是時間長了，橡膠老化而使彈力下降，同時易侵入灰塵。 柔性按鍵是近年來迅速發(fā)展的一種新型按鍵，可以分為凸球型和平面型兩種。柔性按鍵最大特點是防塵、防潮、耐蝕，外形美觀，裝嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、鍵距可按照整機的要求來設(shè)計。但是由于客觀條件與經(jīng)濟能力有限，本系統(tǒng)采用機械觸點式按鍵。2.6.2 鍵盤設(shè)計鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中是一個關(guān)鍵的部件，它能實現(xiàn)向計算機輸入數(shù)據(jù)，河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 11 -傳送命令等功能，是人工干預(yù)計算機的主要手段。鍵盤可以分為 2 類：獨立連接式鍵盤

16、和矩陣式鍵盤。(1)矩陣式鍵盤單片機系統(tǒng)中，若按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多 I/O 口。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V 上當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。(2)獨立連接式鍵盤獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀

17、態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O 口線，然而，在按鍵較多時，I/O 口線浪費較大，不宜采用。獨立式按鍵軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根 I/O 口線的輸入狀態(tài)，如某一根 I/O 口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該 I/O 口線所對應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。由于本程序較為簡單，為了使用方便及節(jié)省資源，選擇獨立式鍵盤。下圖為獨立式鍵盤電路圖： 圖 6、獨立式鍵盤電路圖河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 12 -2.6.3 去抖動鍵盤編程中主要考慮去抖動的問題。當(dāng)測試表明有鍵被按下之后，緊接著就進行去抖動處理。因為鍵是機械開關(guān)結(jié)構(gòu)，由于機械觸點

18、的彈性及電壓突跳等原因，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動。為保證鍵識別的準(zhǔn)確，在電壓信號抖動的情況下不能進行行狀態(tài)輸入。為此需進行去抖動處理。去抖動有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是加去抖動電路，從根本上避免抖動的產(chǎn)生。軟件消抖，在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時程序之后，再檢測此按鍵，如果第二次檢測結(jié)果仍為按下狀態(tài)，CPU 便確認(rèn)此按鍵己按下，消除了抖動。2.7 發(fā)音部分設(shè)計如下圖所示，發(fā)音電路是由蜂鳴器、三極管、上拉電阻構(gòu)成。由三極管來驅(qū)動揚聲器發(fā)音的，同時加上拉電阻增強驅(qū)動電流，提高驅(qū)動能力。圖 7、獨立式鍵盤電路圖河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 13 -3.系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件

19、設(shè)計3.1 系統(tǒng)分析3.1.1 系統(tǒng)軟件的組成 （1）鍵盤掃描程序：檢測是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無按鍵按下，則返回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測。 （2）功能轉(zhuǎn)移程序：對檢測到的按鍵值進行判斷，是琴鍵則跳轉(zhuǎn)至琴鍵處理程序，是功能鍵則跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的功能程序，我們設(shè)計的功能程序有兩種，即音色調(diào)節(jié)功能和自動播放樂曲的功能。 （3）琴鍵處理程序：根據(jù)檢測到的按鍵值，查詢音調(diào)表，給計時器賦值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。 （4）自動播放歌曲程序：檢測到按鍵按下的是自動播放歌曲功能鍵后執(zhí)行該程序，電子琴會自動播放事先已經(jīng)存放的歌曲，歌曲播放完畢之后自動返回至鍵盤掃描程序，繼續(xù)等待

20、是否有按鍵按下。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 14 -3.1.2 系統(tǒng)總體功能流程圖開始初始化T0自動播放鍵按下鍵盤掃描程序bo+音階鍵按下得到高中低三種方式判斷P0口輸入，設(shè)定鍵值鍵值不為0根據(jù)7個鍵值和工作方式確定T0值啟動T0選擇數(shù)碼管1顯示工作方式選擇數(shù)碼管2顯示7個音調(diào)，發(fā)出對應(yīng)聲音關(guān)閉聲音播放內(nèi)部存儲音樂Bo/2=0NYYNYN河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 15 -圖 8、系統(tǒng)總體功能流程圖3.2 參數(shù)計算3.2.1 發(fā)音原理若要產(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，即為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當(dāng)計時終止后就將P1.0 反相，然

21、后重復(fù)計時再反相。就可在 P1.0 引腳上得到此頻率的脈沖。利用 AT89C51 的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式（MODE1）下，改變計數(shù)值 TH0及 TL0 以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階。3.2.2 計算舉例例如，頻率為 523Hz，其周期 T1/5231912s，因此只要令計數(shù)器計時956s/1s956，每計數(shù) 956 次時將 I/O 反相，就可得到中音 DO（523Hz） 。計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：Nfi2fr，式中，N 是計數(shù)值；fi 是機器頻率（晶體振蕩器為 12MHz 時，其頻率為 1MHz） ；fr 是想要產(chǎn)生的頻率。其計數(shù)初值 T 的求法如下：T65536N65536f

22、i2fr例如：設(shè) K65536，fi1MHz，求中音 DO（261Hz） 。T65536N65536fi2fr6553610000002fr65536500000/fr，中音 DO 的 T65536500000/52364580。3.2.3 計算結(jié)果（1）單片機 12MHZ 晶振，中音符與計數(shù) T0 相關(guān)的計數(shù)值如表所示：音符頻率（HZ）計數(shù)值（T 值） 音符頻率（HZ）計數(shù)值（T值）低 1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763737中 5SO78464898低 2RE29463835#5SO#83194934#2RE#31163928中 6LA88064968低

23、3MI33064021#6LA#93264994低 4FA34964103中 7SI96865030#4FA#37064185低 1DO104665058低 SO39264260#1DO#110965085河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 16 -#5SO#41564331高 2RE117565110低 6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高 3MI131865157低 7SI49464524高 4FA139765178中 1DO52364580#4FA#149065198#1DO#55464633高 5SO156865217中 2RE58764633#5

24、SO#166165235#2RE#62264884高 6LA176065252中 3MI65964732#6LA#186565268中 4FA69864820高 7SI196765283采用查表程序進行查表時，可以為這個音符建立一個表格，有助于單片機通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)：低音 019 之間，中音在 2039 之間，高音在4059 之間。用單片機播放音樂，或者彈奏電子琴，實際上是按照特定的頻率，輸出一連串的方波。為了輸出合適的方波，首先應(yīng)該知道音符與頻率的關(guān)系。（2）音調(diào)數(shù)據(jù)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)

25、 2/4250ms調(diào) 2/4125ms上表中的頻率數(shù)值，有些過多，去掉不常用的黑鍵頻率，只是把白鍵對應(yīng)的數(shù)據(jù)存放在單片機中，即可滿足絕大部分的應(yīng)用需求。定義音調(diào)數(shù)據(jù)表的程序如下：DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 ;64580,低音區(qū):1 2 3 4 5 6 7 DW 64580,64671,64777,64820,64898,64968,65030 65058 中音區(qū):1 2 3 4 5 6 7 DW 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 65312 高音區(qū):1 2 3 4 5 6 7把這個數(shù)

26、據(jù)表，放在程序中，需要播音的時候，就從表中取出一個數(shù)據(jù)送到定時器，當(dāng)定時器溢出中斷的時候，再對輸出引腳取反，那么，在揚聲器中，河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 17 -即可聽到上表中頻率的聲音。3.3 程序設(shè)計3.3.1 判斷音階（高中低音）子程序 在軟件設(shè)計中采用 yinjie 代表音階，如下圖所示音階Yinjie 值高2中1低0初始化狀態(tài)為中音（yinjie=1） ，電路中設(shè)計高、低兩個音階鍵。上電后，若無按鍵按下，則為中音模式。若音階鍵被按下，則如下流程圖所示，初始化后進行按鍵掃描，在高音鍵按下，若初始 yinjie 不為 2，則另 yinjie=2,進入高音工作模式，若初始 yinjie

27、 為 2，則對 yinjie 進行初始化，即另 yinjie=1,重新進入進入中音工作模式，這樣即實現(xiàn)了高音鍵切換高、中音方式的轉(zhuǎn)換。同理，用低音鍵實現(xiàn)中、低音的切換。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 18 -初始化設(shè)定yinjie=1,即方式為中音高音選擇按下yinjie=2開始設(shè)定yinjie=2判斷工作方式y(tǒng)injie=0判斷yinjie值判斷yinjie值設(shè)定yinjie=0低音選擇按下NYNYN圖 9、判斷音階（高中低音）子程序3.3.2 播放子程序（包括自動播放存儲音樂和按鍵發(fā)音）本設(shè)計共兩種播放模式，包括自動播放存儲音樂和按鍵發(fā)音。上電后，首先開中斷并設(shè)定定時器 0 為工作方式 1

28、，當(dāng)自動播放鍵按下時，進入中斷，根據(jù)河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 19 -樂譜在定義的音頻數(shù)組中查找相應(yīng)音律，然后給定時器賦初值，即開始播放音樂。當(dāng) DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI 七種音符鍵按下時，根據(jù)音階值（如 3.3.1中高中低對應(yīng)）和音符值在定義的音頻數(shù)組中查找相應(yīng)音律，然后給定時器賦初值，即按鍵發(fā)音。開始開中斷并設(shè)定工作方式寄存器進入中斷根據(jù)樂譜在數(shù)組中查找相應(yīng)音律給定時器T0賦值自動播放鍵按下根據(jù)yinjie和工作方式取值，并在數(shù)組中查找相應(yīng)音律有鍵按下播放音樂給定時器T0賦值播放鍵值對應(yīng)的音符NY進入中斷圖 10、播放子程序河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 20 -4.

29、 Proteus 軟件仿真軟件仿真4.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對單片機部分進行的調(diào)試。在上電之前，先確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況的任務(wù)。注意焊點之間，確保焊點沒有短接在一起，同時注意焊點的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。在確保硬件電路正常且無異常情況(斷路或短路)的情況下方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確，在本次設(shè)計中，上電調(diào)試主要是檢測單片機控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和音頻轉(zhuǎn)換電路硬件調(diào)試。1、數(shù)碼管 LE

30、D 電路調(diào)試：接通電源，隨機按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字。2、鍵盤單片機控制部分調(diào)試：上電后，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應(yīng)的音正確。4.2 軟件調(diào)試調(diào)試主要方法和技巧：通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 21 -4.3 仿真結(jié)果（任舉一例）圖 10、低音音符 DO 仿真圖4.4 結(jié)果分析根據(jù)仿真結(jié)果可知，本次課程設(shè)計能夠準(zhǔn)確并徹底的完成設(shè)計要

31、求。左側(cè)數(shù)碼管可以顯示 a、b、c 三種結(jié)果，分別代表低音、中音和高音。右側(cè)數(shù)碼管可以顯示 1、2、3、4、5、6、7 七個數(shù)字，分別代表DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI 七種音符。下面以 4.3 為例具體進行分析：當(dāng)系統(tǒng)上電后，若按下低音鍵（如圖 P3.6）,，則選定工作方式為低音模式，圖中a 即代表低音。P0 口連接數(shù)碼管段選端，右側(cè)數(shù)碼管顯示的 1 即代表 DO。兩位數(shù)碼管即代表低音 DO。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 22 -5. 課程設(shè)計體會課程設(shè)計體會總體來說，此次單片機課程設(shè)計使我們收獲良多，雖然課程設(shè)計的過程中遇到了很多困難與問題，但我們最終還是完成了設(shè)計的任務(wù)及要求

32、。具體來說可以分為以下幾點：第一，不夠細(xì)心，不夠嚴(yán)謹(jǐn)（如因為粗心大意而焊錯線） ；第二，因?qū)φn本理論的掌握度不夠?qū)е戮幊坛霈F(xiàn)錯誤；第三，硬件方面，剛開始有的程序模塊不能實現(xiàn)預(yù)期的效果，對于有的硬件，在實物制作過程中焊了比較多的排線，同時對于整體各元器件的布局都有很高的要求。不過在向同學(xué)請教，各方面都有了不同程度的改善；第四，在做人方面，我認(rèn)識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力和決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。這次課程設(shè)計中，經(jīng)過我們的努力，在仿真軟件和實物上都實現(xiàn)了高、中、低 21 個音符的發(fā)聲和音樂的自動播放，使我們有了一定的成就感，也使我們進一步熟悉和掌握了

33、單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解了單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟, 掌握了單片機仿真軟件 Proteus 的使用方法和鍵盤、顯示器在的單片機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時也掌握了撰寫課程設(shè)計報告的方法。總之，通過這次課程設(shè)計，我們都清楚明白了自己的能力有多深，想提高還得歸于多鍛煉，多動手，多向別人學(xué)習(xí)。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 23 -參考文獻參考文獻【1】余發(fā)山、王福忠. 單片機原理及應(yīng)用技術(shù). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2008 年 6 月第 1 版【2】楊凌霄. 微型計算機原理與應(yīng)用，中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2008 年 8 月第一版【3】康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分） ，高等教育出版社.第

34、五版【4】徐志軍,伊廷輝等. EDA 技術(shù)與 PLD 設(shè)計 人民郵電出版社, 2006 年 2 月第 1 版【5】李朝青. 單片機原理及接口技術(shù)M. 北京：北京航天航空大學(xué)出版色，2001.【6】胡漢才. 單片機原理及其接口技術(shù)M. 北京：清華大學(xué)出版社，2004.河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 24 -附 1 源程序代碼#include #define keyport P1#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar high,low; /定時器預(yù)裝值的高定時器預(yù)裝值的高 8 8 位和低位和低 8 8 位位sbit spe

35、ak=P30;sbit gao=P35;sbit di=P36;sbit zdbf=P37;uchar yinjie=1;uchar time;uchar n=0;uchar bo=0;uchar code fre2= 0 x8c,0 xf8,0 x5b,0 xf9,0 x15,0 xfa,0 x67,0 xfa,0 x90,0 xfb,0 xae,0 xfb,河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 25 -0 x0c,0 xfc, /低音低音 0 x44,0 xfc,0 xac,0 xfc,0 x09,0 xfd,0 x34,0 xfd,0 x82,0 xfd,0 xc2,0 xfd,0 x06,0

36、 xfe, /中音中音0 x22,0 xfe,0 x56,0 xfe,0 x85,0 xfe,0 x9a,0 xfe,0 xc1,0 xfe,0 xe4,0 xfe,0 x03,0 xff, /高音高音 ;void delay(uint );void ITimer0(void);/定時器初始化定時器初始化void key(void);void dtxs(int,int);void song()河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告- 26 -TH0=high;TL0=low;TR0=1;delay(time*240); void yinyue()uchar code hls= 5,2,2, 3,2,1,

37、 5,2,1, 1,3,4, 6,2,2, 1,3,2, 5,2,4, 5,2,2, 1,2,1, 2,2,1 ,3,2,2 ,2,2,1, 1,2,1 ,2,2,6, 5,2,2, 3,2,1, 5,2,1, 1,3,3, 7,2,1, 6,2,2, 1,3,2, 5,2,4, 5,2,2, 2,2,1, 3,2,1, 4,2,3, 7,1,1, 1,2,6, 6,2,2, 1,3,2, 1,3,4, 7,2,2, 6,2,1, 7,2,1, 1,3,4 ,6,2,1,7,2,1, 1,3,1 ,6,2,1, 6,2,1 ,5,2,1 ,3,2,1, 1,2,1, 2,2,6, 5,2,2, 3,2,1, 1,2,1, 1,3,