基于單片機(jī)控制電子琴畢業(yè)論文7

1、【精品】基于單片機(jī)控制-電子琴畢業(yè)論文7 畢業(yè)設(shè)計論文課 題：電子琴專 業(yè)：機(jī)電一體化班 級：06G2B設(shè)計人員：施洲旭指導(dǎo)老師：余永紀(jì)寧波第二技師學(xué)院目 錄概論硬件設(shè)計2.1總體設(shè)計2.2單片機(jī)外圍電路2.3揚(yáng)聲器按鈕及控制部分軟件設(shè)計3.1總體流程圖3.2主程序設(shè)計4 . 安裝調(diào)試 4.1接及調(diào)試 4.2 焊接調(diào)試的注意事項 4.3整體調(diào)試中出現(xiàn)的問題5. 總結(jié)6. 附錄第1章 概 論1.1 電子琴概念簡易電子琴結(jié)構(gòu)組成：電子樂器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，音源是由晶體管產(chǎn)生的 電振動，并通過音色回路而產(chǎn)生各種音色；同時由周波數(shù)調(diào)制產(chǎn)生顫音效果，由振幅調(diào)制產(chǎn)生各種樂器的音效。樂器特色：屬于電子樂器，發(fā)

2、音音量可以自由調(diào)節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個管弦樂隊的效果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如人聲，風(fēng)雨聲等）。另外，電子琴在獨奏時，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。另外，電子琴還安裝有混響、回聲、延長音、震音和顫音等多項功能裝置，表達(dá)各種情緒時運(yùn)用自如。簡易電子琴是電聲樂隊的中堅力量，常用于獨奏主旋律并伴以豐富的和聲。還常作為獨奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時代特色。但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂器的音色時，失真度更大，

3、還需要不斷改進(jìn)。1.2 電子琴工作原理大家都知道當(dāng)物體振動時，能夠發(fā)出聲音。振動的頻率不同，聲音的音調(diào)就不同。在電子琴里，雖然沒有振動的弦、簧、管等物體，卻有許多特殊的電裝置，每個電裝置一工作，就會使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音。當(dāng)按動某個琴鍵時，就會使與它對應(yīng)的電裝置工作，從而使喇叭發(fā)出某種音調(diào)的聲音。簡單的說就是按鍵觸發(fā)信號發(fā)給處理器，再由處理器調(diào)用音色庫音色通過功放電路輸出或者通過數(shù)碼接口進(jìn)行數(shù)字輸出。控制面板上的按鈕來選擇處理器對音色、音量、輸出方式、伴奏的控制?壓控振蕩器的輸出Uo接至相位比較器的一個輸入端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來的平均電壓Ud大小決定。施加于相位比較器另一

4、個輸入端的外部輸入信號Ui與來自壓控振蕩器的輸出信號Uo相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓U正比于Ui和Uo兩個信號的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個平均值電壓Ud。這個平均值電壓Ud朝著減小C輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至V輸出頻率和輸入信號頻率獲得一致。這時兩個信號的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。當(dāng)鎖相環(huán)入鎖時，它還具有“捕捉”信號的能力，V可在某一范圍內(nèi)自動跟蹤輸入信號的變化，如果輸入信號頻率在鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)發(fā)生變化，鎖相環(huán)能捕捉到輸人信號頻率，并強(qiáng)迫V鎖定在這個頻率上。鎖相環(huán)應(yīng)用非常靈活，如果輸入信號頻率f1不等于輸出信號頻率f2，而要求兩

5、者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以在外部加入一個運(yùn)算器，以滿足不同工作的需要。?過去的鎖相環(huán)多采用分立元件和模擬電路構(gòu)成，現(xiàn)在常使用集成電路的鎖相環(huán)，CD4046是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，其特點是電源電壓范圍寬（為3V18V），輸入阻抗高 約100M ，動態(tài)功耗小，在中心頻率f為10kHz下功耗僅為600W，屬微功耗器件。當(dāng)發(fā)聲時，除了發(fā)出某一頻率的聲音基音以外，還會發(fā)出響度較小、頻率加倍的輔助音諧音。我們聽到的樂器的聲音是它發(fā)出的基音和諧音混合而成的。不同的樂器發(fā)出同一基音時，不僅諧音的數(shù)目不同，而且各諧音的響度也不同。因而使不同的樂器具有不同的音品。在電子琴里，除了有與

6、基音對應(yīng)的電裝置外，還有與許多諧音對應(yīng)的電裝置，適當(dāng)?shù)剡x擇不同的諧音電裝置，就可以模仿出不同樂器的聲音來。利用定時器可發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出不同音調(diào)。其次，定時器按設(shè)置的定時參數(shù)產(chǎn)生中斷，這一次中斷發(fā)出脈沖低電平，下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖高電平，由于定時參數(shù)不同，就發(fā)出不同頻率的脈沖，本設(shè)計中按鍵一次，會發(fā)出50個脈沖，松開后隨之延時10個脈沖，但在延時的10個脈沖期間繼續(xù)檢測鍵盤，若此時又有鍵被按下，若被按下的仍為原鍵則聲音不變，否則鍵盤會譯出被按下的另一個鍵的音調(diào)。本電路中的硬件比較簡單，其功能的實現(xiàn)主要由軟件完成。軟件的設(shè)計思路通過框圖形式說明在正

7、文中會有介紹。圖2-1 設(shè)計總體框圖2.2單片機(jī)外圍電路 單片機(jī)是隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)極其發(fā)展，將計算機(jī)的CPU，RAM，ROM，定時/計數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片級的計算機(jī)，因此單片機(jī)早期的含義稱為單片微型計算機(jī) single chipmicrocomputer .它擁有優(yōu)異的性價比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗的顯著優(yōu)點.主要應(yīng)用于智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面,并且取得了顯著的成果。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以分為:1.最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉,結(jié)構(gòu)簡單，常構(gòu)成一些簡單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)狀

8、態(tài)的輸入/輸出控制等。片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶振，復(fù)位電路，電源的單個單片機(jī).片內(nèi)無ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了外部配置晶振，復(fù)位電路，電源外，還應(yīng)外接EPROM或EEPROM作為程序存儲器用.2.最小功耗應(yīng)用系統(tǒng)是指為了保證正常運(yùn)行，系統(tǒng)的功耗最小.3.典型應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)要完成工業(yè)測控功能所必須的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，我們使用的是Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)。AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8Bytes ISP In-system programmable 的可反復(fù)擦寫1000次的Flash

9、只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。兼容MCS-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫 1000次）ISP Flash ROM32個雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓3個16位可編程定時/計數(shù)器時鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線256x8bit內(nèi)部RAM2個外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級加密位看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的IS

10、P字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針AT89S52系列單片機(jī)可以工作于6MHz、12MHz等頻率下，這一頻率產(chǎn)生于一個石英晶體振蕩器，用于驅(qū)動AT89S52系列單片機(jī)。因此，我們針對AT89S52單片機(jī)，設(shè)計中采用11.0592MHz的石英晶體和兩個容值為22PF的電容。Y2（晶振）直接跨接在AT89S52的XTAL1、XTAL2兩端，其中C21、C22為起振電容。圖3.1晶振電路電路中的電容一般取22PF左右，而晶體振蕩器的頻率范圍通常是1.2MHZ12MHZ，在本系統(tǒng)中使用的11.0592MHZ，但我們必須注意的是振蕩脈沖經(jīng)過二分頻才作為系統(tǒng)的時鐘信號，在二分頻的基礎(chǔ)上再三分頻產(chǎn)生ALE信號，

11、在二分頻的基礎(chǔ)上再進(jìn)行六分頻就得到機(jī)器周期信號。因此一個機(jī)器周期只有振蕩周期的1/12,我們使用的是11.0592MHZ晶振，因此機(jī)器周期為1/ 11.0592*12 微秒。2.22復(fù)位電路讀RST引腳是單片機(jī)復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號為高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩脈沖周期（即2個機(jī)器周期）以上，產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖3.2所示。圖3.2 單片機(jī)復(fù)位電路 此復(fù)位電路為按鍵電平方式復(fù)位，首先具有開機(jī)復(fù)位的功能，在平時狀態(tài)中由于電容阻斷直流電壓，因此RST復(fù)位端口一直為低電平；當(dāng)按鍵S1按下時經(jīng)過R6、R7分壓，RST端為高電平則會進(jìn)行復(fù)位。2.3揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器是一種把電認(rèn)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?/p>

12、轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿Q能器件，揚(yáng)聲器和性能優(yōu)劣對音質(zhì)的高低影響很大。揚(yáng)聲器的種類揚(yáng)聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動式（即動圈式）、靜電式（即電容式）、電磁式（即舌簧式）、壓電式（即晶體式）等幾種，后兩種多用于農(nóng)村有線廣播網(wǎng)中，按頻率范圍可分為低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器、高音揚(yáng)聲器，這些常在音箱中作為組合揚(yáng)聲器使用。揚(yáng)聲器的參數(shù)是指采用專用的揚(yáng)聲器測試系統(tǒng)所測試出來的揚(yáng)聲器具體的各種性能參數(shù)值.其常用的參數(shù)主要包括:Z,Fo,0揚(yáng)聲器分為內(nèi)置揚(yáng)聲器和外置揚(yáng)聲器，而外置揚(yáng)聲器即一般所指的音箱。內(nèi)置揚(yáng)聲器是指MP4播放器具有內(nèi)置的喇叭，這樣用戶不僅可以通過耳機(jī)插孔還可以通過內(nèi)置揚(yáng)聲器來收聽MP4播放器發(fā)

13、出的聲音。具有內(nèi)置揚(yáng)聲器的MP4播放器，可以不用外接音箱，也可以避免了長時間配帶耳機(jī)所帶來的不便揚(yáng)聲器 圖3.3 單片機(jī)揚(yáng)聲器電路2.4鍵盤電路 按鍵電路主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機(jī)交互，實現(xiàn)音律的轉(zhuǎn)換。本設(shè)計的鍵盤部分我們采用按鈕型按鍵，按鍵未按下時其輸出端為高電平，按鍵按下時輸出端為低電平，為了增加電平的準(zhǔn)確性，我們可以在按鍵的輸出端加上上拉電阻來確保其高低電平的正確，這樣通過單片機(jī)來檢測I/O口的高低電平，然后執(zhí)行不同的操作，這樣就實現(xiàn)了按鍵的控制功能，其典型接線圖如圖2-4所示11個按鍵分別和I/O口P3.2，P3.1,P3.0,P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P

14、1.2,P1.1,P1.0相連，程序掃描哪一個鍵被按下，即可確定它的值。為保證鍵掃描的正確，求得閉合鍵的鍵碼，需進(jìn)行去抖動處理。去抖動有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是在鍵盤中附加去抖動電路，從根本上消除抖動發(fā)生的可能性；而軟件方法則是采用延遲以躲過抖動（大約延時2030ms即可），待開關(guān)狀態(tài)穩(wěn)定之后，再進(jìn)行狀態(tài)輸入。按鍵的掃描時間一般很短，僅僅幾十微妙就夠了，而按鍵的時間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有鍵按下的話都是可以被掃描到的，但是按鍵按下時有一定的時間抖動，因此要考慮按鍵的抖動處理。 圖2-4按鍵電路 第3章 軟件設(shè)計 3.1總體流程圖 本設(shè)計的總體流程圖如圖3-1所示，系統(tǒng)在復(fù)位后，

15、處于等待狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時，首先判斷是哪個音階，然后調(diào)用相應(yīng)的廷時程序，輸出相應(yīng)頻率的脈沖令揚(yáng)聲器通電和斷電，演奏出與頻率相符的韻律。圖3-1 單片機(jī)電子琴流程圖3.2主程序設(shè)計音律的音階是由不同的頻率構(gòu)成，各音階的頻率表如下表3-1所示，例如D0的音律：D0的頻率為262HZ，所以其 周期T 1/f 1/262s 3816us 半周期t T/2 1908us半周期t T/2 1908us此時，單片機(jī)輸出的波形如圖3-2所示。表3-1 電子琴C調(diào)各音階的頻率表音階DOREMIFASOLASI高音音符1234567頻率/Hz522587659700784880988中音音符1234567頻率/

16、Hz262294330349392440494低音音符1234567頻率/Hz131147165175196220247圖3-2 輸出相應(yīng)頻率波形圖 根據(jù)單片輸出頻率發(fā)聲原理，若以程序 Mov R6,#data ;1周 共需耗時3個機(jī)器周期，即耗時 ACALL DELAY ;2周 1us*3 3us DELAY :MOV B,R6 ; 2周 共需耗時2個機(jī)器周期，即耗時 1us*2 2us Mov R7,#06 ; 1周 此循環(huán)部分，每執(zhí)行一次共需耗時 DL: DJNZ R7,$ ; 2周 15個機(jī)器周期，即耗時 DJNZ R6,DL ; 2周 1us*15 15us Mov R6,B ; 2

17、周 共需耗時4個機(jī)器周期，即耗時 RET ; 2周 1us*4 4us 來達(dá)成延時T目的，則原因t 1908us,且 Mov R6,#data ACALL DELAY MOV B,R6 MOV R6,B RET 這5個指令共耗時9us,所以在DELAY子程序中，循環(huán)的部分只能是 1908us-9us 1899us 循環(huán)的部分每次執(zhí)行依次耗時15us,所以要延時1899us需重復(fù)執(zhí)行1899÷15次 126次，即R6 126就可以產(chǎn)生所需的D0音調(diào)。第4章 安裝調(diào)試4.1 焊接及調(diào)試焊接調(diào)試的大體步驟如下： 1. 利用PROTEL制作的電路圖（圖3-1），將相關(guān)的模塊、元件依次安插到面

18、包板上。測試各部分元件是否正常工作，用面包板調(diào)試，若各部分元件正常，則開始焊接。不正常則用萬用表測試，直到找出錯誤和不良元件，更換后再調(diào)試。2.開始焊接，首先焊動和型開關(guān)，焊接完畢，用萬用表測試各個開關(guān)閉合電阻是否為0，正常后進(jìn)行下一步。3.焊接顯示電路，將發(fā)光二極管及保護(hù)電路串聯(lián)焊接，分別測試其是否正常工作。4. 焊接頻率調(diào)節(jié)部分，主要是可調(diào)電位器。5. 焊多諧振蕩電路，主要是AT89S52集成塊及周邊輔助電路，包含揚(yáng)聲器，完畢后通電測試電路是否工作。4.2 焊接調(diào)試的注意事項對于模塊連接就是依照電路圖將所用元件連接到電路板上，連接模塊是要注意元器件要按照電路圖所示逐個的進(jìn)行連接，要分類進(jìn)行

19、。連接電阻時分清電阻的阻值和類別。集成塊的安裝要對應(yīng)好了方可安裝。三極管的安裝要分清它的集電極、基極、發(fā)射極。電位器的安裝要分清開關(guān)的位置。焊接時要看好元器件，不能錯裝，而且焊接時要注意焊接時間不要過長，防止焊壞電路板。裝配時注意不要扭動固定爪、拆卸；不要隨意修改PCB板、裝配孔、電路；不要修改導(dǎo)電膠條；不要壓、碰、摔、折、扭動模塊。在安裝前，我們對電路圖之中的電路進(jìn)行了相對仔細(xì)的觀察，弄懂了電路中各個元器件的功能、作用和連接方法。電路連接中，我們先對電路中的路線進(jìn)行了簡單的鋪設(shè)，由于我們使用面包板進(jìn)行安裝，所以一些路線一般都是由面包板的內(nèi)置電板進(jìn)行連接，我們的連接主要是對各個元器件之間的線路

20、進(jìn)行連接。在面包板中，我們最注意的就是各個元件的安插方向。由于面包板的安插方向不都是一個方向，有的是橫排連接，有的是豎排連接，這給我們的連接器件造成了一定的困難。在面包板中，我們還是嚴(yán)格的遵照電路圖中的連接方法，主要是將四個基本電路分開連接，然后將這四個基本控制電路再連接到一起，組成一個完整的回路。4.3整體調(diào)試中出現(xiàn)的問題1.在焊接完成后，由于焊接過程中對電路圖沒有充分掌握，芯片部分引腳焊錯位置，導(dǎo)致電路整體出現(xiàn)較大問題，在檢查過程中及時發(fā)現(xiàn)錯誤并重新改正。2.在仿真過程中，出現(xiàn)仿真過程不順利，效果時好時壞。重新檢查程序并一一矯正后程序正常運(yùn)行并成功燒錄進(jìn)芯片。3.電路整體調(diào)試過程中，經(jīng)通電

21、后電子琴蜂鳴器一直處于鳴叫狀態(tài)，而正常按鍵則毫無反應(yīng)。對此現(xiàn)象一直迷惑不解，隨經(jīng)過電路的焊接、程序的調(diào)試、電路中各重點元器件的電壓進(jìn)行逐一測試，一切處于正常狀態(tài)卻毫無結(jié)果。此后經(jīng)過*老師和其他老師的幫助，才進(jìn)一步找到問題的原因，一切恢復(fù)正常，電子琴也順利彈出音符，效果明顯。第5章 總結(jié) 通過本次設(shè)計，我懂得了如何解決電路中出現(xiàn)的問題，從而能夠使自己更好的學(xué)習(xí)和掌握一些電路常識。在本次設(shè)計中，我又相當(dāng)把以前學(xué)過的知識再復(fù)習(xí)一遍，對以前學(xué)過的知識加以鞏固。我又對一些電子元件有了進(jìn)一步的了解，如：電阻、電容、二極管和三極管等元件，還對一些常用的集成塊有了一些了解，如：AT89C51。在用Protel

22、 DXP繪制電路板時用到許多知識，也發(fā)現(xiàn)許多問題，還有以前上課沒有學(xué)到的知識。通過小組成員及指導(dǎo)老師的指導(dǎo)解決問題。這次設(shè)計后對用Protel DXP繪制電路板的知識更加鞏固。由于對以前學(xué)過的知識掌握不牢，所以在本次設(shè)計中遇到了許多問題，如：在調(diào)試階段的時候，根據(jù)電路圖把電路連接好以后，揚(yáng)聲器沒有任何的反應(yīng)；在調(diào)試的最后階段的種種問題，經(jīng)過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)及同學(xué)的共同探討，最后根據(jù)大家掌握的知識和通過查閱資料，把簡易電子琴順利完成設(shè)計?？傊?，通過這次設(shè)計我確實感到自己還有許多不足之處，在以后的工作中還要更好的學(xué)習(xí)，從而充實自己，并且在本次設(shè)計中使我學(xué)到了不少的東西，有的是我以前沒有接觸的東西，也有的是以前沒有掌握牢固的知識。我會在日后的開發(fā)中深入學(xué)習(xí)，加深