優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計論文：電子技術(shù)模擬電子琴

1、畢 業(yè) 設(shè) 計題 系 專 班 姓 學(xué)目別業(yè)級名號模擬電子琴電氣工程系應(yīng)用電子技術(shù)電技0801班08020108指導(dǎo)教師2010年12月設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目模擬電子琴設(shè)計要求1設(shè)計一個簡單8按鍵的模擬電子琴，要求該電子琴具有自動播放樂曲的功 能；2. 要求在電子琴按鍵和音樂之間有一個控制鍵來實現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換；3. 設(shè)計模擬屯子琴的硬件屯路及相應(yīng)軟件；4. 接實驗箱能止確顯示設(shè)計結(jié)果。設(shè)計進(jìn)度要求第一周：和老師聯(lián)系分組分題目；第二周：到圖書館，屯子閱覽室及相關(guān)地方查找資料；第三周：繼續(xù)查找資料并開始寫設(shè)計思路；第四周：畫相關(guān)的電路圖及流程圖；第五周：進(jìn)行硬件設(shè)計；第六周：根據(jù)流程圖及電路圖進(jìn)行軟件

2、設(shè)計；第七周：調(diào)試修改交由老師檢查并開始寫畢業(yè)論文第八周：進(jìn)行畢業(yè)答辯。指導(dǎo)教師（簽名）:本設(shè)計主要是通過對屯子琴主體部分的電路進(jìn)行模仿設(shè)計，利用lm386和中 斷決定輸出咅調(diào)。達(dá)到電了琴固有的基木功能。音節(jié)有不同頻率的方波產(chǎn)生，利用定時器控制方波的頻率。定時器記數(shù)溢出 后，產(chǎn)生屮斷，將p1.0借口取反即得周期方波。音的節(jié)拍有延時子程序來實現(xiàn)。 延時子程序?qū)崿F(xiàn)基本延時時間。節(jié)拍值只是它的整數(shù)倍。本設(shè)計主要是通過對電 子琴主體部分的電路進(jìn)行模仿設(shè)計，達(dá)到電子琴固有的基木功能。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)。具有成本低，維護(hù)方便，軟件功

3、能強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，電子琴，定吋器abstractthe design of the flower mainly through the main part of the circuit design imitation, using lm386 and interrupt output decision pitch. inherent to the basic functions of the flower.syllabic with a different frequency square wave, square wave of the frequency cont

4、rol timer. ilutchison few overflow timer, interrupt, will take antipl. 0 pretext that a square wave cycle. music beat delayed subroutine to achieve. delay subroutine basically delay time. it just beats the whole value several times. the design of the flower mainly through the main part of the circui

5、t design imitation, inherent to the basic functions of the flower. timer can use a different frequency pulses of different frequency pulse amplification by the speaker drive circuit filter, will emit different tones.a low cost, easy maintenance, software functionality strong, stable and reliable ope

6、ration of the advantages.key words: scm, organ， timerin摘 耍ttabstractill1單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用21.1單片機(jī)的發(fā)展21.2單片機(jī)的應(yīng)用32總體設(shè)計方案52. 1單片機(jī)的選型52.2系統(tǒng)框圖52. 3模擬電子琴按鍵的控制方案62.4音樂控制方案73硬件的設(shè)計113. 1電路原理113.2 at89c51單片機(jī)的簡介113.3 at89c51單片機(jī)的引腳及附屬電路123.4 lm386的簡介及功能143.5獨立式鍵盤的接口電路154軟件的設(shè)計174. 1主程序模塊塊174.2中斷服務(wù)程序模塊184.3模擬電子琴的音樂鍵的設(shè)計流程圖

7、204.4模擬電子琴的控制鍵的框圖及程序214. 5音樂程序流程圖及程序245系統(tǒng)調(diào)試285.1輸入并編譯程序285. 2具體調(diào)試過程29結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄341單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用1.1單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代，像fairchid公司研制的f8單片微型計算 機(jī)。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(center processing unit,也即常稱的cpu)和數(shù)據(jù)存儲器(ram)、程序存儲器(rom)及其他1/0通信口集 成在一塊芯片上，構(gòu)成一個最小的計算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了小斷單 元，定時單元及a/d轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片

8、機(jī)的功能越來越強(qiáng) 大，應(yīng)用更廣泛。20世紀(jì)70年代，微電了技術(shù)止處于發(fā)展階段,集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時 期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模 還比較小，功能比較簡單，一般均把cpu、ram有的述包括了一些簡單的i/o口集成 到芯片上，像farich訂d公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方 才構(gòu)成完整的計算系統(tǒng)。類似的單片機(jī)還有zilog公司的z80微處理器。1976年intel公罰推出了 mcs-48單片機(jī)，這個時期的單片機(jī)才是真止的8位 單片微型計算機(jī)，并推向市場。它以休積小，功能全，價格低贏得了廣泛的應(yīng) 用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片

9、機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。在mcs-48的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片 機(jī)，像zilog公司的z8系列。到了 80年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段， 像intel公司的mcs-51系列，motorola公司的6801和6802系列,rokwell公司 的6501及6502系列等等,此外，日本的著名電氣公司nec和hitachi都相繼開發(fā) 了具有自己特色的專用單片機(jī)。1982年以后，16位單片機(jī)問世，代表產(chǎn)品是intel公司的mcs-96系列，16 位單片機(jī)比起8位機(jī)，數(shù)據(jù)寬度增加了一倍，實吋處理能力更強(qiáng)，主頻更高，集 成度達(dá)到了 12萬只晶體管，ram增加到了 232

10、字節(jié),rom則達(dá)到了 8kb,并且有8 個屮斷源，同時配置了多路的a/d轉(zhuǎn)換通道，高速的1/0處理單元，適用于更復(fù) 朵的控制系統(tǒng)。九十年代以后，單片機(jī)獲得了飛速的發(fā)展，世界齊大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了 功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)。美國microchip公司發(fā)布了一種完全不兼容mcs-51的新 一代pic系列單片機(jī)，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別它的產(chǎn)品只有33條精簡指令 集吸引了不少用戶，使人們從intel的111條復(fù)雜指令集中走出來。pic單片機(jī)獲 得了快速的發(fā)展，在業(yè)界屮占有一席之地。zilog公司的z8系列產(chǎn)品代表作是z8671,內(nèi)含basic debug解釋程序，極 大地方便用戶。而美國一半的c0p

11、800系列單片機(jī)則采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。atmel 公司則把單片機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的flash存儲技術(shù)完美地結(jié)合起來，發(fā)布了性能相當(dāng) 優(yōu)秀的at89系列單片機(jī)。包括中國的臺灣h0ltek和winbond等公司也紛紛加入 了單片機(jī)發(fā)展行列，憑著他們廉價的優(yōu)勢，分享一杯美羹。1990年美國intel公司推出了 80960超級32位單片機(jī)引起了計算機(jī)界的轟 動，產(chǎn)品相繼投放市場，成為單片機(jī)發(fā)展史上又一個重要的里程碑。此期間，單片機(jī)園地里，單片機(jī)品種異彩紛呈，爭奇斗艷。有8位、16位其 至32位機(jī)，但8位單片機(jī)仍以它的價格低廉、品種齊全、應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán) 境充分、開發(fā)方便等特點而占著主導(dǎo)地位。iflj i

12、ntel公司憑著他們雄厚的技術(shù)， 性能優(yōu)秀的機(jī)型和良好的基礎(chǔ)，口前仍是單片機(jī)的主流產(chǎn)品。只不過是九i年代 中期，intel公司忙著開發(fā)他們個人電腦微處理器，己沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自 己創(chuàng)導(dǎo)的單片機(jī)技術(shù)，而由philips等公司繼續(xù)發(fā)展c51系列單片機(jī)。1.2單片機(jī)的應(yīng)用由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得 力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的口 動化程度和精度，簡化儀器儀表的碩件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。2）單片機(jī)在機(jī)電一體化小的應(yīng)用機(jī)電一體化是械工業(yè)發(fā)展

13、的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電 子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車 床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品小的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、 功能強(qiáng)等優(yōu)點，可大大提高機(jī)器的自動化、智能化程度。3）單片機(jī)在實吋控制中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖 端武器、機(jī)器人等各種實時控制系統(tǒng)屮，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的 實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作 效率和產(chǎn)品質(zhì)量。4）單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能 各異

14、的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工 作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)小往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn) 場信息進(jìn)行實時的測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置 丁惡劣環(huán)境的前端工作。5）單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩 具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人 們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。比如說我們這次利用 單片機(jī)設(shè)計的模擬電子琴就是一個很好的例子，它可以應(yīng)用與幼兒教育，家庭教育 等，而且利用單片機(jī)體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點，可以

15、制作出小而輕便的模 擬電子琴以便小朋友隨身攜帶，大大提高了電子琴的利用率，并在不知不覺的情 況下成為小朋友稱心的玩具。綜合所述，單片機(jī)已成為計算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單 片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在丁，它從根木上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計 方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通 過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng) 控制技術(shù)的一次革命。2總體設(shè)計方案2. 1單片機(jī)的選型當(dāng)今單片機(jī)廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各界。常用的單片機(jī)有很多種： intel8051 系列、motorola和m68hc系列、atmel的at89

16、系列、臺灣winbond(華 邦)w78系列、荷蘭pilips的pcf80c51系列、microchip公司的pic系列、zilog的 z86系列、atmel的at90s系列、韓國三星公司的ks57c系列4位單片機(jī)、臺灣義隆 的em-78系列等。我們最終選用了atmel公司的at89c51單片機(jī)。at89c51是美國 atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cm0s8位單片機(jī)，片內(nèi)含skbytes的可反復(fù)擦寫 的只讀程序存儲器(perom)和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(ram),器件采用 atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及8051產(chǎn) 品引腳兼容，片內(nèi)

17、置通用8位中央處理器(cpu)和flash存儲單元，功能強(qiáng)大 at89c51單片機(jī)適用丁許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。所以我們最終選用at89c51單 片機(jī)。2.2系統(tǒng)框圖本次設(shè)計音樂電子琴主要以at89c51為核心，同時包含了按鍵電路，晶 振電路復(fù)位屯路，及用丁產(chǎn)生音樂的音頻功率放大器lm368,下面是木次設(shè)計 的主要框圖如圖2. 1：圖2. 1系統(tǒng)框圖晶振電路復(fù)位電路按鍵電路m38音頻功率敖大器l23模擬電子琴按鍵的控制方案2. 3.1模擬電子琴音樂鍵的控制原理電子琴的模擬鍵是用單片機(jī)上的p2. 0-p2. 6來模擬實現(xiàn)的，它分別接k0-k6, 當(dāng)分別按下這些鍵吋，就會發(fā)出do、re、mi、f

18、a、so、la. xi。2. 3.2模擬電子琴音樂鍵的設(shè)計說明音節(jié)是由不同的頻率的方波產(chǎn)生，音節(jié)與頻率的關(guān)系如表下表2. 1所示(x為 十六進(jìn)制數(shù))。表2. 1音節(jié)的頻率音節(jié)頻率/痕x (hex#)1262f9212294f9e13330fa8c4349fad85392fb686440fbe97494fc5b方波的頻率由定時器控制，定時器溢出后，產(chǎn)生中斷，將p1.0接口取反即得 周期方波，每個音節(jié)相應(yīng)的定時器初值x可按下法計算：(1/2) * (1/f) = (12/fosc)* (216-x)b|jx=216(f°sc/24f)當(dāng)品振fosc= 11.0592時，音節(jié)1相應(yīng)的定時器

19、初值為x,則可得 x=63777d=f921h,其他的可同樣求取。音節(jié)的節(jié)拍由延時子程序來實現(xiàn)。延時子程序?qū)崿F(xiàn)基本延時吋間，節(jié)拍值只 能是它的整倍數(shù)。調(diào)試程序前，模擬鍵的7位開關(guān)ko%均未被按下，運(yùn)行時，從左至右依次按下ko.6揚(yáng)聲器會發(fā)出do、re、ml、fa、so、la、xi。2. 3.4模擬電子琴的控制鍵的控制原理控制鍵主要是用來控制調(diào)用按鍵子程序還是音樂子程序，其功能主要是由p27 口來實現(xiàn)的。它的工作原理為：通過判別按下p2. 7鍵的次數(shù)來分別調(diào)用音樂 程序和按鍵程序。當(dāng)按下的次數(shù)為一次時調(diào)用按鍵程序，為2次時調(diào)用的是音怎 程序。2. 4音樂控制方案本系統(tǒng)主要完成生h快樂、兩只老虎、

20、蘭花草的播放功能，因此用定時器t1 中斷方式產(chǎn)生200ms基準(zhǔn)時間，再根據(jù)音樂的音拍的時間的長短對基準(zhǔn)時間用軟 件計時?？梢杂貌楸矸绞饺〉糜嫈?shù)參數(shù)，計吋到后將播放子程序地址送dptr,轉(zhuǎn) 入播放了程序，放2遍對應(yīng)號咅后再繼續(xù)計時。(1) 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。(2) 利用at89c51的內(nèi)部定吋器使其工作計數(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)生不同咅階，例如，頻率為523

21、hz,其周 期t=l/523 = 1912ns,因此只要令計數(shù)器計時956n s/1 n s = 956,每計數(shù)956 次時將i/o反相，就可得到中音do (523hz) oat89c51單片機(jī)的自動播放電路如圖2.2。r310kqr£470 f>gnd?|s|fi|s|m|co|cn|slojlajlculr231+c1hh910k f> |gnu8<c、0ed 6u、rnjd oiweed =<、coojd oji<1、寸 2d mw'locud ps、9cud d>、pd 卜 a<r 卜od ga<、9od gr'

22、goq. 寸g寸od ea<c、cuod law'rod oawo.od 呂 >cc_earstat89c51 二 h 二 i 二 i n cl(kdddo-dclqs n<lx w10lx 卜cod'ad 9nd、lorm ged'l pcd、01 eed'llhi ojcd、q!nl k、axlcnrxix2qj卜n in 9卜8卜卜二儀罔戈團(tuán)凹卜陽2 s|u119c230ufl匚 y1z=12mhz18 |30 pfgnd圖2. 2具體音樂播放電路圖計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：n=fi4-24-fr式屮，n是計數(shù)值；仁是機(jī)器頻率(品體振蕩

23、器為12mhz時，其頻率為 lmiiz) ； f是想要產(chǎn)生的頻率。其計數(shù)初值t的求法如下：t = 65536-n=65536 仁寧2三匚例如：設(shè)k=65536, fi = lmhz,求低音do (261hz)、中音do (523hz)、高音 do (1046hz)的計數(shù)值。t = 65536 一 n = 65536 一 fi4-24-fr = 65536 一 10000004-24-fr = 65536 一 500000/fr低音 do 的 t = 65536 500000/262 = 63627中音 do 的 t = 65536 500000/523 = 64580高音 do 的 1 = 6

24、5536-500000/1046 = 65059c調(diào)各音符頻率與計數(shù)初值t對照如表2. 2所示。 表2. 2簡譜碼對應(yīng)的t值簡譜發(fā)音簡譜碼t值3低咅m1640214低音fa2641035低音so3642606低咅la4644007低音ti5645241中音do6645802屮音re7646843中音mi8647774中音fa9648205中音soa648986中音lab649687中咅tic650301高音dod650592高音ree651103高音mif65157不發(fā)音065110卜而我們要為這個音符建立一個表格，冇助于單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù):table1:db 64260,6

25、4400, 64524, 64580db 64684, 64777, 64820, 64898db 64968, 65030, 65058, 65110db 65157, 65178, 65217（3）音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（c調(diào)）如表2. 3所示。表2.3各調(diào)1/4節(jié)拍的時間設(shè)定曲調(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)2/4250ms調(diào)2/4125ms3硬件的設(shè)計3.1電路原理此次設(shè)計的是一個8按鍵的咅樂電了程序，我們由電路的框圖而知，按鍵 p2. 0-p2. 6分別模擬音樂電子琴的7個按鍵，p1.0通過一個音頻放大器接到一個

26、 喇叭上，p2.7鍵模擬音樂電子琴的控制鍵。我們可以通過判別按下控制鍵p2. 7的 次數(shù)來判別是可以按電子琴的7個按鍵還是播放音樂，比如，當(dāng)我們按下控制鍵 的次數(shù)為奇次，這吋我們可以分別按下p2. 0-p2. 6鍵，這樣就可以清楚的聽到從 喇叭處發(fā)出的do、re、mi、fa、so、la、xi 7個不同的咅調(diào)，當(dāng)按下p2. 7鍵的 次數(shù)為2次，這時單片機(jī)內(nèi)部程序就會自動轉(zhuǎn)到音樂程序處順序播放岀好聽的生 h快樂、兩只老虎、蘭花草。我們?nèi)绻侔聪履M鍵盤時不會發(fā)出任何的聲音， 同理，當(dāng)我們再次按下控制鍵p2.7,此時它為1次，音樂的程序就會關(guān)閉，轉(zhuǎn)去 執(zhí)行模擬鍵盤的程序。如此重復(fù)，就會達(dá)到設(shè)計所提出

27、的要求。3. 2 at89c51單片機(jī)的簡介at89c51是一個低功耗,高性能cmos 8位單片機(jī),片內(nèi)含4k bytes isp (in- system programmable)的可反復(fù)擦坊1000次的flash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at89c51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。at89c51具有如下特點：40個引腳,4k bytes flash片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機(jī)存取

28、數(shù)據(jù)存儲器(ram) , 32個外部雙向輸入/輸出(i/o) 口，5個 中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定吋計數(shù)器,2個全雙工串行通信 u,看門狗(wdt)電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，at89c51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。 空閑模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數(shù)器，串行口，外小斷系統(tǒng)可繼續(xù)工 作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能宜至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片述具有pdip、tqfp和plcc等三種封製形式，以適應(yīng)不 同產(chǎn)品的需求。3.3 at89c51單片機(jī)的引腳及附屬電路3. 3.1主要特性:1、與mcs-51兼容

29、2、4k字節(jié)可編程閃爍存儲器3、壽命:1000寫/擦循環(huán)4、數(shù)據(jù)保留吋間：10年5、三級程序存儲器鎖定6、128*8 位內(nèi)部 ram7、32可編程i/o線8、兩個16位定時器/計數(shù)器9、5個中斷源10、可編程串行通道11、低功耗的閑置和掉電模式12、片內(nèi)振蕩器和吋鐘電路at89c51的管腳圖如圖3. 1所示。3. 3. 2主要管腳介紹p1.olzp1.1lz14039二 vccipj.qaiwip1 二口33s1 .adl)f1 437ip0.jad21p1.4i536ip0.3ad31p1.5i635|h>.4(ai>i)p1.6i734ruad5)p1.7isats9c5133

30、ir.&ad6)rst 932ip0./yad7)(rxd)p3.0lz1031(txd)f3.1 匚11301 alh/prog(5)p32 匸1229_1 psen(nm ) f3.3 匸132s二|p2."15)f3.4匸|14271 p2.6(a14)(tdp3.3i15261 p2.ja13)(wr) p3.6 1625zp2.4<a12)(rd) p3.7 匚1724二jpyaii)xtal2 口is23zj p2 >a10)xtal1o1922zj p2.1(a9)gt-id 口2021二| p2 .0(as)圖3.1 at89c51管腳圖p0 口（

31、39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)i/o 口，在外接存儲器時，與地址總 線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用。p1 口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位i/o 口，由于這種接口輸出沒冇高阻狀 態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向i/o 口。p2 口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位i/o 口，在訪問外部存儲器時，它可以 作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。p3 口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位i/o 口，在mcs-51中，這8個引腳還 用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。p3各口的第二功能定義如下所示。p3.0 - rxd （串行輸入口）p3. 1 - txd （串行輸出口）p3. 2 - into （外部中斷0

32、）p3. 3 - int1 （外部中斷1）p3.4 - t0 （定時器0外部輸入）p3. 5 - t1 （定時器1外部輸入）p3.6 - wr （外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）p3. 7 - rd （外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）本次做音樂電子琴畢業(yè)設(shè)計只用到了 at89c51的p2. 0-p2. 7管腳和p1. 0管腳3. 3. 3 at89c51單片機(jī)的附屬電路單片機(jī)附屬電路主要有晶體振蕩電路和復(fù)位電路。3. 3. 4振蕩電路石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可 以取代lc諧振回路的品體諧振元件。木設(shè)計所用的晶體振蕩電路如圖3. 2所示。20 r |xiii12m47111

33、x2120p圖3. 2晶體振蕩電路此晶振電路所選用的石英晶振頻率為12mhzo時鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，例如12m的晶振，它的時間周期就是 （1/12 us）,是計算機(jī)中最基本的、最小的時間單位。在一個時鐘周期內(nèi)，cpu僅完成一個最基本的動作。對于某種單片機(jī)，若采用了 1mhz的時鐘頻率，則時鐘周期為lus；若采用4mhz的時鐘頻率，則時鐘周期為 250uso由于時鐘脈沖是計算機(jī)的基木工作脈沖，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏（使計 算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。顯然，對同一種機(jī)型的計算機(jī)，時鐘頻率 越高，計算機(jī)的工作速度就越快。但是，由于不同的計算機(jī)硬件電路和器件的不完 全相同，所以其

34、所需要的時鐘周頻率范圍也不一定相同。設(shè)計中使用到的單片機(jī)的吋鐘范圍是12mhz或11. 0592mhzo3. 3.5復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使cpu和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從 這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后pc = 0000h,使單片機(jī)從第一個單元取指令。無論是 在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以必須弄清 楚at89c51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使rst/vpd或rst引腳(9)加上持續(xù)兩個機(jī)器周期(即 24個振蕩周期)的高電平。例如，若吋鐘頻率為12mhz,每機(jī)器周期為lus,則只需 2us以上時間的

35、高電平，在rst引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片 機(jī)常用的復(fù)位電路如圖3. 3所示。+3vovc clopfs匕fjfjet圖3. 3上電復(fù)位電路圖3. 3. 3為上電復(fù)位電路也是本次設(shè)計所用的復(fù)位電路，其復(fù)位方法為只要單片 機(jī)一上電rest為高電平單片機(jī)即復(fù)位。除此z外我們所學(xué)的電路還自手動復(fù)位電路 和自動復(fù)位電路。3.4 lm386的簡介及功能音頻功率放:大器lm386-'lm386是為低壓應(yīng)用設(shè)計的音頻功率放大器。lm386 增益在內(nèi)部設(shè)定到20可使外部元件數(shù)少，在引腳1和8 z間連接電阻和電容可使增益超過200.1m386集成電路適 用于調(diào)幅一調(diào)頻無線電放大器、便

36、攜式磁帶重放設(shè)備、內(nèi)部通信電路、電視音頻 系統(tǒng)、線性驅(qū)動器、超聲波驅(qū)動器和功率變換電路。lm386是一種音頻集成功 放，具有功耗小，電壓增益可調(diào)節(jié)，電源電壓范圍大，外接元件少和總諧波失真 小等優(yōu)點。3.4.1封裝與引腳功能該電路采用8引線雙列直插封裝lm386如圖3. 4所示。圖3. 4 lm386的外形和引腳的排列3. 4. 2性能該集成電路rtr丁外接元件少、電源電壓vcc使用范圍寬(vcc=4-i2v)、靜態(tài) 功耗低(vcc二6v時為4niw),因而在便攜式無線電設(shè)備、收咅機(jī)、錄咅機(jī)、小型 放大設(shè)備屮得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)1腳和8腳z間開路時，電壓增益為26db；若在1腳和8腳z間接阻容串 聯(lián)

37、元件，則增益可達(dá)46db,改變阻容值則增益可在26db-46db之間任意選取。電 阻值越小增益越犬。3.5獨立式鍵盤的接口電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)屮，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息。這時， 叮將每個按鍵接在一根i/o接口線上，這種方式的連接稱為獨立式鍵盤。每個獨 立式按鍵單獨占有一根i/o接口線，每根i/o接口線的工作狀態(tài)不會影響到其他 i/o接口線。這種按鍵接口電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一 根1/0接口線，1/0接口線浪費(fèi)較大。本次設(shè)計只需要8個獨立式按鍵就可以實 現(xiàn)。因此，本次設(shè)計按鍵電路采用獨立式鍵盤按鍵電路，如圖35所示。ak9c51圖3.5獨立式鍵盤電路kok

38、1曲k3k4k5k6k7在此電路屮，按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開時，1/0 接口線有確定的高電平。當(dāng)i/o接口內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉 電阻。獨立式鍵盤的編程：獨立式鍵盤的編程常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根 i/o接口線的輸入狀態(tài)，如某一根i/o接口線輸入為低電平，則可確定該i/o接口 線所對應(yīng)的按鍵以按下，然后，再轉(zhuǎn)向按鍵的功能處理程序。在本次設(shè)計屮我使 用p2.0p2.7接按鍵，p2. 0-p2. 6按鍵分別接7個電子琴的鍵盤，p2. 7為控制按 鍵，判斷按它的次數(shù)是奇次還是偶次來分別調(diào)用電子琴鍵盤或音斥。4軟件的設(shè)計4. 1主程序模塊塊主程序主要包含對

39、定吋器to、和t1的初始化，及重復(fù)調(diào)用其它的子程序來工作的。其程序的流程圖如圖4.1：開始to初始化t1初始化調(diào)控制子程序圖4.1主程序流程圖主程序為:org 000011ljmp startorg ooobhljmp 1nt-t0org 001bhljmp int-t1org 0030hmain： mov sp, #60hmov tmod, #01hclr tromov ie, #8211mov ie, #88hnext： lcall startsjmp next4.2中斷服務(wù)程序模塊4. 2. 1 to 口中斷是用在模擬按鍵的子程序中 流程圖如圖4. 2所示：/2 i中析an鄧jtoiw5

40、31寸器ito允許sl中斷返i叫圖4.2 to中斷程序流程圖中斷程序是在判斷完按鍵并且有鍵按下之后關(guān)閉to,將p1.0取反，從而形成 一個止脈沖驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)咅。程序如下：int-0:clr trocpl p1.0mov ti10, r7mov tlo, r6setb troret i4. 2.2 t1 口中斷tim1播放子程序是用t1中斷方式控制p1.0不斷取反以產(chǎn)生不同頻率音符，節(jié)拍的長短靠調(diào)用200ms延吋子程序次數(shù)來完成。子程序也用查衣來完成，流程圖如圖4. 3所示:進(jìn)入中斷一重設(shè)計數(shù)值p1.0取反i中斷返回t1中斷程序為：圖4. 3 t1中斷流程圖push acc;將a的值暫存丁堆棧p

41、ush psw;將psw的值暫存于堆棧mov tl1,2ohmov th1,21h;重設(shè)計數(shù)值cpl p1.0;將p10位反相pop psw；至堆棧取回psw的值pop acc;至堆棧取冋a的值reti；返回主程序4.3模擬電子琴的音樂鍵的設(shè)計流程圖將p? 口送1圖4.4模擬電子琴音樂鍵的設(shè)計流程圖4.4模擬電子琴的控制鍵的框圖及程序其流程圖如圖4. 5所小:開始3圖4. 5模擬電子琴控制鍵的框圖 相應(yīng)的程序為：start： mov 40h, #00hjb p2.7, startljmp delyjb p2. 7, startwait1： jnb p2. 7, $ljmp delywait2

42、: jnb p2. 7, $inc 4011jb p2. 7,z1ljmp lelyjb p2. 7, z1wait3： jnb p2.7,$ljmp delywatt4： jnb p2. 7, $inc 40hmov a, 40hzl： cjnee a, #01h ,z2ljmp readz2:cjne a, #2011, startljmp startdely:mov r7,#200dely1:mov r6 #123nopdel2：djnz r7, deliret4. 5音樂程序流程圖及程序主程序流程如圖4. 6所示7t始圖4. 6音樂程序流程圖播放子程序是用t1中斷方式控制p1.0不斷取

43、反以產(chǎn)生不同頻率音符，節(jié)拍 的長短靠調(diào)用200ms延吋子程序次數(shù)來完成。子程序也用查表來完成。所對應(yīng)的咅樂程序為：starto: mov a, 30hmov dptr ,stablemovc a, a+dptrmov r2,ajz endoanl a, #ofhmov r5, amov a,r2swap aanl a, #ofhjnz singclr trojmp dising: dec amov 22h, arl amov dptr, tttablelmovc a, a+dptrmov tho, amov 21h, amov a,22hrl ainc amovc a, a+dptrmov t

44、lo, amov 20h, asetb trodi:call delayinc 3ohjmp nextexdo:clr tromov 30h,#00jmp starttimo:push accpush pswmov tlo, 2011mov th0,21hcpl p1.0pop pswpop accretidelay:mov r7,#02d2: mov r4,#125d3:mov r3, #248djnz r3, $djnz r4, d3djnz r7, d2djnz r5,delayrettablei:;決定音調(diào)的定時初值.dw 64260,64400,64524,64580dw 64684

45、,64777,64820,64898dw 64968,65030, 65058,65110dw 65157, 65178, 65217table:;決定音調(diào)和節(jié)拍的表格，不同的歌曲只是此表不同；1db 82h, 01h, 81h, 94h, 84h, 0b4h, 0a4h, 04h, 82h, olh, 81h, 94h, 84h, 0c4h, ob4h, 04hdb 82h, olh, 81h, 0f4h, 0d4h, 0b4h, 0a4h, 94h, 0e2h, olh, oelh, 0d4h, 0b4h, 0c4h,db 0b4h, 04h；3db 82h, olh, 81h, 94h,

46、 84h, 0b4h, 0a4h, 04h, 82h, olh, 81h, 94h, 84h, 0c4h, 0b4h, 04h；4db 82h, olh, 81h, 0f4h, 0d4h, 0b4h, 0a4h, 94h, 0e2h, olh, oelh, 0d4h, 0b4h, 0c4h,db 0b4h, 04h, 00end5系統(tǒng)調(diào)試完成了硬件的設(shè)計、制作和軟件編程z后，要使系統(tǒng)能夠按設(shè)計意圖止常運(yùn) 行，必須進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試包括碩件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個部分。不過，作為 一個單片機(jī)系統(tǒng)，其運(yùn)行是軟硬件相結(jié)合的，因此，軟硬件的調(diào)試也是絕對不可能 分開的，其調(diào)試的基本步驟如下：5. 1輸入并

47、編譯程序打開偉福防真軟件，輸入自己編好的程序.asm文件，存在f:/電子琴文件夾下調(diào)試程序在編譯過程屮出現(xiàn)了以下的錯課，如圖5. 1所示：圖5.1程序輸入編譯界而仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)是由于疏忽在輸入timo時把0錯輸成0了，檢查行37, 39o如圖5. 2所示：movc a,0a+dptrmov tlozamov 2oh,asetb trodi:call delayinc 3ohjmp nextendo:clr trooio)37:1iinzer t|c：5jmp starto行：37,錯誤 353:符號未定義：next <nonaf1e 1333. asm>- 運(yùn)遼®畐)匚綢

48、卷匚綢n0nahe1333. asm <n0岬e1333. asm>行：39,錯誤 353：符號未定義：starto <no»af1e 1333. asm> 行：屯 錯誤 353：符號未定義：timo <nowafi1e 1333. asm>圖5.2編譯錯誤顯示界而發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的是同樣的錯謀，都是由于疏忽造成的，修改z后再次編譯:結(jié)果如圖5. 3所不:圖5. 3編譯成功后的界面編譯成功后最后以.asm擴(kuò)展名保存5. 2具體調(diào)試過程編譯通過之后就開始連接實驗箱驗證效果了，其步驟如下：1用扁平線連接實驗箱的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)p2 口和喇叭的輸出模塊.2用串型數(shù)據(jù)通信線連接計算機(jī)與仿真器，把訪真器插到模塊的鎖緊插座屮.3打開keil軟件，建立本實驗的項h文件，接著添加剛才偉福里而編譯好的源程序進(jìn)行編譯.4進(jìn)行軟件設(shè)置，選擇atmel公司的at89c51芯片，選擇硬件仿真，選擇串行口c0m1波特率為38400.如圖5. 4,圖5. 5所示。宀一atm口 口 口口口口at48801at87c5103at8tf51at87f51rcat87f52at87f55wdat89c1051at89c1