簡(jiǎn)易電子琴課程設(shè)計(jì)_燕山大學(xué).doc

1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目： 簡(jiǎn)易電子琴 學(xué)院(系）: 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 10級(jí)精儀一班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱: 副教授 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)(論文）任務(wù)書院(系）:電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位:儀器科學(xué)與工程系 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）精儀一班設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易電子琴，按下不同按鍵，能夠發(fā)出不同的聲音。通過每個(gè)按鍵的控制使單片機(jī)系統(tǒng)輸出不同頻率的脈沖，經(jīng)過揚(yáng)聲器發(fā)出不同頻率音調(diào)。演奏一首歌曲。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)電子琴的鍵盤電路（包括硬件電路）；編制相應(yīng)的程序。工作量設(shè)計(jì)的內(nèi)容滿足課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的與要求，設(shè)計(jì)題目的難度和工作量適合學(xué)生的知

2、識(shí)和能力狀況,工作量飽滿。工作計(jì)劃查閱資料進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)硬件電路、編制程序，編制程序、驗(yàn)證設(shè)計(jì)、撰寫任務(wù)書。參考資料單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用 張淑清 國防工業(yè)出版社單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)匯編指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。2012年6月29日 目 錄第一章 摘要 第二章 引言 2。1 電子琴設(shè)計(jì)背景2.2電子琴設(shè)計(jì)意義2.3電子琴設(shè)計(jì)目標(biāo)第三章音樂產(chǎn)生原理及代碼值的計(jì)算第四章 硬件系統(tǒng)接線·4。1蜂鳴器的電路連接及實(shí)現(xiàn)4.2 4X4矩陣鍵盤部分·第五章 程序的設(shè)計(jì)思想及執(zhí)行流程5。1設(shè)計(jì)流程5.2 程序流程圖第

3、六章 程序設(shè)計(jì)第七章 總結(jié)參考文獻(xiàn)·附錄第一章 摘要隨著電子技術(shù)的發(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)希望能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣，電子技術(shù)與音樂的結(jié)合不斷加深.由此而產(chǎn)生的電子琴在這種形勢(shì)下，因其體積小，易于攜帶,經(jīng)濟(jì)適用，對(duì)初學(xué)者，尤其對(duì)識(shí)譜的人來說是很容易彈奏的,一首簡(jiǎn)單的曲子靈感好的人甚至不用很多的練習(xí)和教師的指導(dǎo)就能很快的彈奏出來。是一般家庭都能承受得了的經(jīng)濟(jì)投入，而且電子琴鍵盤操作直觀易于掌握。這樣就強(qiáng)烈地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，迅速地提高了電子琴的普及率。電子琴使用簡(jiǎn)單。深受廣大音樂愛好者推崇。本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是用WAVE60

4、00試驗(yàn)箱上的資源，以80C51單片機(jī)為核心控制元件，通過產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)產(chǎn)生出電子音調(diào)，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、蜂鳴器等模塊組成控制模塊。該系統(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，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用與參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子琴；脈沖信號(hào)第二章 引言2。1電子琴設(shè)計(jì)背景隨著電子科技的飛速發(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)希望能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣。基于當(dāng)前市場(chǎng)上的玩具市場(chǎng)需求量大，其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方面。單片機(jī)技術(shù)使我們可以利用軟硬件實(shí)現(xiàn)電子琴的功能，從而實(shí)現(xiàn)電子琴的微

5、型化，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(jìn)行一定的功能擴(kuò)展.鑒于傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“k0”到“k16”鍵演奏從低So到高DO等16個(gè)音，從而可以用來彈奏喜歡的樂曲。2.2電子琴設(shè)計(jì)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;（2)制作簡(jiǎn)單,成本低. (3)比傳統(tǒng)電子琴功能更完善。2.3電子琴設(shè)計(jì)目標(biāo)由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂方面，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，由于課程設(shè)計(jì)是提高我們的動(dòng)手能力以及資金有限.因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化的對(duì)于

6、我們課程設(shè)計(jì)來說是不可行的。通過分析后，無論是在器件價(jià)格或是常見度上均是可行的。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展并完成課程設(shè)計(jì)的主要問題，硬件、軟件能否滿足設(shè)計(jì)者的需要等。通過分析各種軟件環(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)的開發(fā)是完全可行的。第三章 音樂產(chǎn)生原理及代碼值的計(jì)算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)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)，因此

7、，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80C51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。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式（如式2-1所示）是: N÷12÷ ÷2 (3-1） 式中，N是產(chǎn)生需要脈沖所需的計(jì)數(shù)值， 是單片機(jī)的晶振頻率（本實(shí)驗(yàn)箱的晶體振蕩器為5MHz)， 是想要產(chǎn)生的頻率；

8、相應(yīng)的計(jì)數(shù)初值T的求法如下: T65536N （3-2) 本次課程設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱上的單片機(jī)晶振為6MHz,對(duì)應(yīng)的每次計(jì)數(shù)時(shí)間間隔為2us，則T65536N65536/12/ /265536250000/ （3-3）我們要為這個(gè)音符建立一個(gè)表格，單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，單片機(jī)6MHZ晶振,高中低音符與計(jì)數(shù)T0相關(guān)的計(jì)數(shù)值如表1所示：音符頻率（HZ)代碼值（T)音符頻率（HZ）代碼值（T）低1DO26264582中 5 SO78465217低2RE29464686中 6 LA88065252低 3 M33064779中 7 SI98865283低 4 FA34964820高 1

9、DO104665297低 5 SO39264898高 2 RE117565323低 6 LA44064968高 3 M131865346低 7 SI49465030高 4 FA139765357中 1 DO52365058高 5 SO156865377中 2 RE58765110高 6 LA176065394中 3 M65965157高 7 SI196765409中 4 FA69865178表3-1 音符頻率表音樂的音拍為基本的發(fā)聲時(shí)長(zhǎng)，一個(gè)節(jié)拍為單位（C調(diào)）相應(yīng)的時(shí)長(zhǎng)如表1-2所示： 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)2/4

10、250ms調(diào)2/4125ms表32 曲調(diào)值表第四章 硬件系統(tǒng)接線4.1蜂鳴器的電路連接及實(shí)現(xiàn)利用三極管作為門控信號(hào)，將三極管的基極連接在P1。0上,當(dāng)給P1.0以一定頻率的脈沖信號(hào)時(shí),三極管的射級(jí)也會(huì)輸出同等頻率的脈沖信號(hào)。蜂鳴器為脈沖驅(qū)動(dòng)型，其發(fā)聲頻率由P1.0的輸出頻率決定，發(fā)聲長(zhǎng)度由P1。0輸出的脈沖信號(hào)的有效時(shí)長(zhǎng)確定。其電路連接圖2-2如圖所示4.2 4X4矩陣鍵盤部分本次課程設(shè)計(jì)采用的WAVE6000試驗(yàn)箱，課程設(shè)計(jì)的功能均由鍵盤控制實(shí)現(xiàn)。4×4矩陣鍵盤的列掃描信號(hào)和行掃描信號(hào)分別由74HC374和74HC245控制送出和讀入，其片選信號(hào)端Key_LED_CS連接在一起，可

11、以與試驗(yàn)箱上的CS0CS7相連接， 采用80C51的并行口P0口作為數(shù)據(jù)信號(hào)線，輸出列掃描信號(hào)，讀入行掃描信號(hào)。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。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接VCC,而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的.鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，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開時(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，通過軟件查表，查出該鍵的功能,在本程序中，當(dāng)程序檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，將查表使

12、按鍵值與預(yù)存數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，并調(diào)用發(fā)聲程序。圖43 簡(jiǎn)化的矩陣鍵盤連接圖第五章 程序的設(shè)計(jì)思想及執(zhí)行流程5。1設(shè)計(jì)流程1)鍵盤掃描程序： 檢測(cè)是否有鍵按下，有鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無鍵按下，則返回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測(cè).  2）功能轉(zhuǎn)移程序：   對(duì)檢測(cè)到得按鍵值進(jìn)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?cè)O(shè)計(jì)的功能程序有兩種,即音色調(diào)節(jié)功能和自動(dòng)播放樂曲功能.  3）琴鍵處理程序：   根據(jù)檢測(cè)到得按鍵值，查詢音律表，給計(jì)時(shí)器賦

13、值,使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。 4）自動(dòng)播放歌曲程序： 檢測(cè)到按鍵按下的是自動(dòng)播放歌曲功能鍵后執(zhí)行該程序,電子琴會(huì)自動(dòng)播放事先已經(jīng)存放好的歌曲，歌曲播放完畢之后自動(dòng)返回至鍵盤掃描程序，繼續(xù)等待是否有鍵按下。5。2 程序流程圖開始初始化：設(shè)置定時(shí)器工作方式，使能中斷鍵盤掃描程序否有鍵按下否 是延時(shí)去抖動(dòng)識(shí)別按鍵功能是否是歌曲播放鍵“0”否 根據(jù)按鍵值，調(diào)用單發(fā)音子程序，播放鍵入音符調(diào)用連續(xù)放心子程序，播放歌曲 是返回鍵盤掃描程序圖5-1 主程序流程圖 單發(fā)音子程序的執(zhí)行流程：根據(jù)檢測(cè)到得按鍵值，查詢音律表,給計(jì)時(shí)器T0賦值,同時(shí)調(diào)用固定時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)子程序，發(fā)出相應(yīng)頻率的及時(shí)長(zhǎng)的聲音

14、，之后自動(dòng)返回至鍵盤掃描程序，繼續(xù)等待是否有鍵按下,執(zhí)行流程如圖3-2所示單發(fā)音子程序根據(jù)鍵值查音律表將代碼值轉(zhuǎn)入定時(shí)器T0 使能TR0，開始發(fā)聲調(diào)用固定時(shí)長(zhǎng)延時(shí)子程序返回鍵盤掃描程序圖5-2 單發(fā)音子程序流程圖圖播放歌曲子程序的執(zhí)行流程：檢測(cè)到按鍵按下的是歌曲播放鍵“0”鍵時(shí)執(zhí)行該程序，單片機(jī)自動(dòng)播放事先已經(jīng)存放好的歌曲,同時(shí)每隔一定時(shí)間掃描一次鍵盤，檢測(cè)是否有暫停鍵“F”或停止鍵“E”按下，有則處理相應(yīng)的子功能。歌曲播放完畢之后自動(dòng)返回至鍵盤掃描程序，繼續(xù)等待是否有鍵按下.執(zhí)行流程如圖3-3所示： 播放歌曲子程序取歌譜地址取對(duì)應(yīng)音符的代碼值和拍數(shù) 是否為停止碼0是 返回鍵盤掃描否賦值定時(shí)器

15、T1；賦值延時(shí)子程序參數(shù) 延時(shí) 掃描鍵盤 否歌曲計(jì)數(shù)器加一，準(zhǔn)備取下一歌曲音符代碼是否有鍵按下是掃描鍵盤是是否暫停鍵“F”否否是否停止鍵“E”是返回鍵盤掃描圖5-3 自動(dòng)播放歌曲程序流程圖第六章 程序設(shè)計(jì)程序清單:OUT_ADDS EQU 08002HIN_ADDS EQU 08001HPai_NUM EQU 30HSing_NUM EQU 31HTone_High EQU 32HTone_Low EQU 33HToneBuf EQU 34HKeyBuf EQU 35H ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 001BH LJMP INT_

16、T1 START: MOV SP, 70H MOV TMOD， #11H; MOV IE, 8AH ； MOV ToneBuf，#0MLOOP: CALL TestKey JZ MLOOP CALL Delay CALL TestKey JZ MLOOP CALL Get_Char MOV b, A CJNE A,0，utterMOV Sing_NUM，00next: MOV A, Sing_NUM MOV DPTR, Sing_Tab MOVC A,A+DPTR MOV R2,A JZ end_sing ANL A，0FH MOV R5，A MOV A,R2 SWAP A ANL A，0FH

17、 JNZ sing CLR TR1 JMP DM1sing: DEC A MOV 22H，A RL A MOV DPTR,Sing_Tab0 MOVC A,A+DPTR MOV TH1,A MOV 21H，A MOV A,22H RL A INC A MOVC A，A+DPTR MOV TL1，A MOV 20H，A SETB TR1DM1： CALL Delay1 INC Sing_NUM CALL TestKey JZ next CALL Delay CALL TestKey JZ next CALL Get_Char CJNE A,#0FH,next1next0: CLR TR1 CAL

18、L TestKey JZ next0 CALL Delay CALL TestKey JZ next0 CALL Get_Char CJNE A，#0FH，next AJMP next0 ; SETB TR1 ; JMP nextnext1： CJNE A，#0EH，next CLR TR1 LJMP MLOOP ；JMP nextend_sing： CLR TR1 LJMP MLOOP utter： DEC B MOV A, B RL A MOV B， A MOV DPTR, #Tone_Table MOVC A, A+DPTR MOV Tone_High， A MOV TH0， A MOV

19、 A, B INC A MOVC A， A+DPTR MOV Tone_Low， A MOV TL0, A SETB TR0 MOV Pai_NUM, #100next2: MOV A,Pai_NUM JNZ next2 CLR TR0 LJMP MLOOPTone_Table: DW 64578, 64686， 64778， 64821， 64898， 64968, 65029 DW 65058，65110,65157,65178, 65217, 65252， 65283，65029Sing_Tab0： DW 65058，65110,65157，65178,65217,65252，65283

20、DW 65296,65323，65346,64898,64968,65030Sing_Tab： DB 0C4H,0C2H，32H，22H,32H,12H,0D2HDB 0CCH,04HDB 32H,64H，52H,32H，22H,12H，22HDB 3CH，32H，52H，；DB 34H，34H，34H，32H,52H，DB 66H，72H，62H,52H,32H，22HDB 12H,14H，22H,38HDB 26H,32H,0D2H，0C2H，0B4H DB 0CCH， 02H，32HDB 54H,52H,32H，34H，02H,32HDB 84H，82H，62H，64H，62H，82HD

21、B 64H，54H，12H，24HDB 3CH,02H，32H，DB 86H,62H，066H,062H；DB 86H,92H,0A4H,0A4H DB 86H,92H,0A6H，0A2H,92H, 76H,52HDB 6CH,04H，DB 0C6H,32H，22H,32H，12H,0D2HDB 0CCH，04HDB 32H,64H，52H，32H,22H，12H,22HDB 34H，34H，34H,32H,52HDB 64H,62H，72H,62H，52H，32H,22HDB 12H，14H,22H，34H，34HDB 24H，22H，32H,72H,62H,54HDB 6CH，00HTes

22、tKey: MOV DPTR， OUT_ADDS MOV A, 0 MOVX DPTR, A MOV DPTR, #IN_ADDS MOVX A， DPTR CPL A ANL A， #0FH RETGet_Char: MOV R1, 20H MOV R2， 6L1： MOV DPTR, OUT_ADDS MOV A， R1 CPL A MOVX DPTR, A CPL A RR A MOV R1， A MOV DPTR,#IN_ADDS MOVX A，DPTR CPL A ANL A, #0FH JNZ L2 DJNZ R2， L1 MOV R2， #0FFH SJMP L4L2： MOV

23、R1， A MOV A, R2 DEC A RL A RL A MOV R2， A MOV A， R1 MOV R1， 4L3: RRC A JC L4 INC R2 DJNZ R1, L3L4: MOV DPTR, #OUT_ADDS CLR A MOVX DPTR, A MOV A, R2 MOV DPTR， Key_Table MOVC A， A+DPTR RETKey_Table： DB 16H, 15H, 14H， 0FFH DB 13H, 12H, 11H, 10H DB 0DH, 0CH, 0BH， 0AH DB 0EH， 03H, 06H, 09H DB 0FH, 02H， 05H, 08H DB 00H， 01H， 04H, 07HINT_T0： PUSH PSW CLR TR0 MOV TH0， Tone_High MOV TL0， Tone_Low SETB TR0 CPL P1.0 DEC Pai_NUM POP PSW RETIINT_T1： PUSH ACC PUSH PSW MOV tl1，20H MOV tH1,21H CPL p1。0